Гелиотермальный способ преобразования солнечной энергии

Гелиотермальная энергетика

• Гелиотермальная энергетика — один из способов практического использования возобновляемого источника энергии — солнечной энергии, применяемый для преобразования солнечной радиации в тепло воды или легкокипящего жидкого теплоносителя. Гелиотермальная энергетика применяется как для промышленного получения электроэнергии, так и для нагрева воды для бытового применения.

Первая гелиотермальная энергоустановка существовала приблизительно в 1912-1913 годах в Египте. Автор — Фрэнк Шуман (en:Frank Shuman) В ней паровой двигатель мощностью 60-70 л.с. работал от пара, получаемого с помощью солнечного света. Из-за дальнейшего развития жидкого топлива этот проект забросили на десятилетия.

Геотермальная энергия образуется с помощью параболического вогнутого зеркала, которое концентрирует солнечный свет с преобразованием в тепло и затем в электричество. Существуют особенности в необходимости сложной системы слежения за Солнцем и изменению в зависимости от широты по наклону зеркала. Существует несколько способов использования солнечной генерации.Около 2,55 ГВт энергии во всем мире вырабатывается по этому принципу.

Связанные понятия

Использование эне́ргии является основой развития человеческого общества и позволяет ему изменять окружающую среду. Общественные формы использования энергии являются решающими для воспроизводства его результатов. В индустриальном и постиндустриальном обществах разработка энергетических ресурсов необходима для сельского хозяйства, транспорта, переработки отходов, развития информационных технологий и телекоммуникаций и других отраслей экономики, развитие которых означает достижение высокого уровня общественного.

ITER (ИТЭР; изначально англ. International Thermonuclear Experimental Reactor; в настоящее время название связывается с латинским словом iter — путь) — проект международного экспериментального термоядерного реактора. Задача ИТЭР заключается в демонстрации возможности коммерческого использования термоядерного реактора и решении физических и технологических проблем, которые могут встретиться на этом пути.

С самого момента разработки лазер называли устройством, которое само ищет решаемые задачи. Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза. Лазер стал одним из самых значимых изобретений XX века.

Источник

Источник солнечной энергии

Дата публикации: 28 августа 2018

Становились ли вы участником обсуждений альтернативной энергии? Практически каждый человек хоть что-то, но слышал об этом. И многим даже выпадало воочию наблюдать солнечные батареи или ветровые электростанции. Сейчас развитие данной сферы энергоснабжения очень важно для дальнейшего комфортного существования человечества.

Так как основную часть традиционных ресурсов, таких как полезные ископаемые, мы практически исчерпали, приходится искать более долговечные источники. Одним из таких нетрадиционных источников энергии является солнечная энергия. Этот ресурс один из наиболее распространенных и легкодоступных, поскольку солнечный свет в том или ином количестве есть в любом уголке нашей планеты. Поэтому разработки, связанные с аккумуляцией солнечной энергией, начались достаточно давно и активно проводятся и по сей день.

Как источник энергии солнечный свет отличная альтернатива традиционным ресурсам. И при грамотном использовании вполне может вытеснить все другие энергоресурсы в будущем.

Что является источником солнечной энергии?

Чтобы найти наиболее эффективные методы преобразования энергии Солнца, ученым нужно было понять, какое превращение является источником солнечной энергии. Для получения ответа на данный вопрос было проведено огромное количество опытов и исследований. Существуют разные гипотезы, призванные объяснить это явление. Но экспериментальным путем в процессе долгих исследований было доказано, что реакция, во время которой с помощью ядер углерода водород превращается в гелий, выступает тем самым основным источником солнечной энергии.

Солнце как источник энергии Солнечной системы

Мы уже знаем, что источником солнечной энергии являются водород и гелий, но ведь и сама солнечная энергия – это источник для определенных процессов. Все земные природные процессы осуществляются благодаря энергии, полученной от Солнца.

Без солнечных излучений был бы невозможным:

• Круговорот воды в природе. Именно благодаря воздействию Солнца испаряется вода. Именно этот процесс запускает циркуляцию влаги на Земле. Повышение и понижение температуры влияет на образование облаков и выпадение осадков.
• Фотосинтез. Процесс, благодаря которому поддерживается баланс углекислого газа и кислорода, образуются необходимые для развития и роста растений вещества также происходит с помощью солнечных лучей.
• Циркуляция атмосферы. Солнце влияет на процессы перемещения воздушных масс и теплорегуляции.

Солнечная энергия – это основа существования жизни на Земле. Но на этом ее благотворное воздействие не заканчивается. Для человечества солнечная энергия может быть полезной как альтернативный источник энергии.

Гелиотермальная энергетика как вид автономного питания

В настоящее время активное развитие технологий сделало возможным преобразование энергии Солнца в другие применяющиеся человеком виды. Как возобновляемый источник энергии солнечная энергия получила широкое распространение и активно используется, как в промышленных масштабах, так и локально на небольших частных участках. И с каждым годом сфер, где применение гелиотермальной энергии является обыденным делом, становится все больше.

Сегодня солнечный свет как источник энергии используется:

• В сельском хозяйстве для отопления и электроснабжения различных хозяйственных построек таких, как теплицы, ангары и прочие.
• Для обеспечения электричества в медицинских центрах и зданий спортивного назначения.
• Для снабжения электроэнергией населенных пунктов.
• Для обеспечения более дешевого освещения на улицах городов.
• Для поддержания налаженной работы всех коммуникационных систем в жилых домах.
• Для ежедневных бытовых потребностей населения.

Исходя из этого, мы видим, что солнечная энергия в действительности может стать отличным источником питания практически в каждой сфере человеческой деятельности. Поэтому продолжение исследований в данной отрасли могут изменить привычное нынешнее существование в корни.

Активные и пассивные системы преобразования солнечной энергии

На сегодняшний день благодаря различным разработкам и методам солнечная энергия как альтернативный источник энергии может быть преобразована и аккумулирована разными способами. Сейчас существуют системы активного использования гелиоэнергии, и пассивные системы. В чем их суть?

• Пассивные (подбор стройматериалов и проектировка помещений для максимального применения энергии солнечного света) по большей части направлены на использование прямой солнечной энергии. Пассивные системы – это здания, в которых проектирования происходило таким способом, чтобы как можно больше световой и тепловой энергии получать от Солнца.
• Активные (фотоэлектрические системы, солнечные электростанции и коллекторы), в свою очередь, подразумевают действительно переработку полученной солнечной энергии в другие необходимые человеку виды.

Оба вида подобных систем применяются в тех или иных случаях в зависимости от потребностей, которые они должны удовлетворять. Будь то строительство экологически чистого солнечного дома или установка коллектора на участке – это в любом случае даст свой результат и будет выгодным вложением.

Солнечная электростанция как источник энергии

Что такое солнечная электростанция? Это специально организованное инженерное сооружение, благодаря которому происходят процессы преобразования солнечной радиации для дальнейшего получения электроэнергии. Конструкции подобных станций могут быть совершенно различными в зависимости от того, какой способ переработки будет применяться.

Разновидности солнечных электростанций:

• СЭС, в основе сооружения которой находится башня.
• Станция, сооружающаяся по тарельчатому типу.
• Основанная на работе фотоэлектрических модулей.
• Станции, работающие с применением параболоцилиндрических концентраторов.
• С двигателем Стерлинга, взятым за основу работы.
• Станции аэростатного типа.
• Электростанции комбинированного типа.

Как мы видим, солнечная электростанция как источник энергии давно перестала быть частью утопических научно-фантастических романов и активно используется во всем мире для удовлетворения энергетических потребностей общества. В ее работе существуют как явные преимущества, так и недостатки. Но их правильный баланс дает возможность получать необходимый результат.

Плюсы и минусы солнечных электростанций

• Солнечная энергия является возобновляемым источником энергии. При этом сама по себе она общедоступная и бесплатная.
• Солнечные установки достаточно безопасны в использовании.
• Подобные электростанции являются полностью автономными.
• Они отличаются экономностью и быстрой окупаемостью. Основные затраты происходят только лишь на необходимое оборудование и в дальнейшем требуют минимальных вложений.
• Еще одна отличительная черта – это стабильность в работе. На подобных станциях практически не бывает скачков напряжения.
• Они не прихотливы в обслуживании и достаточно просты в использовании.
• Также для оборудования СЭС характерный долгий эксплуатационный период.

• Как источник энергии солнечной системы очень чувствительны к климату, погодным условиям и времени суток. Подобная электростанция не будет эффективно и продуктивно работать ночью или в пасмурный день.
• Более низкая продуктивность в широтах с яркой сменой сезонов. Максимально эффективны в местности, где количество солнечных дней в году наиболее близко к 100%.
• Очень высокая и малодоступная стоимость оборудования для солнечных установок.
• Потребность в проведении периодических очисток от загрязнений панелей и поверхностей. Иначе меньшее количество радиации поглощается и падает продуктивность.
• Значительное повышение температуры воздуха в пределах электростанции.
• Потребность в использовании местности с огромной площадью.
• Дальнейшие трудности в процессе утилизации составляющих станции, в особенности фотоэлементов, после окончания срока их эксплуатации.

Как и в любой производственной сфере, в переработке и преобразовании солнечной энергии есть свои сильные и слабые стороны. Очень важно, чтобы преимущества перекрывали недостатки, в таком случае работа будет оправдана.

Сейчас большинство разработок в данной отрасли направлены на оптимизацию и улучшение функционирования и использования уже существующих методов и на разработку новых, более безопасных и продуктивных.

Солнечная энергия – энергия будущего

Чем дальше шагает в своем техническом развитии наше общество, тем больше источников энергии может потребоваться с каждым новым этапом. Но традиционных ресурсов становится все меньше, а цена на них растет. Поэтому люди начали активнее задумываться об альтернативных вариантах энергоснабжения. И тут пришли на помощь возобновляемые источники. Энергия ветра, воды или Солнца – это новый виток, позволяющий и дальше развиваться обществу, снабжая его необходимыми ресурсами.

• Тонкопленочная технология отвоевывает позиции на рынке солнечной энергетики
• Солнечная энергетика захватывает новые стихии
• Ложка дегтя в бочке с солнечными батареями
• Какая жизнь без света?

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Концентрационные (гелиотермальные) технологии солнечной энергетики — CSP/STE

Технологии концентрирования солнечной энергии (CSP — Concentrated Solar Power), другое название — cолнечное тепловое электричество (STE — Solar Thermal Electricity), или гелиотермальные технологии, основаны на использовании не световой силы солнечного света, а его температуры.

Элементы систем, работающих с применением таких технологий, концентрируют тепловую энергию, что позволяет вырабатывать пар, который затем двигает классическую систему турбины и электрогенератора. Подобные системы могут работать без остановки в любое время дня, даже при отсутствии солнца, потому как часть энергии может в течение определенного времени сохраняться в специальном термальном хранилище и постепенно использоваться для производства энергии. Концентрационные солнечные электростанции не причиняют вреда окружающей среде и достаточно надежны, чтобы удовлетворить растущую потребность в электроэнергии по всему миру.

История технологий концентрации солнечной энергии

История термальных солнечных электростанций насчитывает уже более 100 лет. В 1890 году был изобретен паровой двигатель, работающий от коллектора, концентрирующего солнечную энергию. В 1912 году в Египте была построена первая в мире гелиотермальная электростанция мощностью 45 кВт, использовавшая вогнутые параболические коллекторы.

В конце 1970-х годов начались масштабные исследования в области концентрационных гелиотермальных технологий на основе раннее созданных вогнутых параболических коллекторов. К концу 1980-х гг. начался ввод этих технологий в коммерческую эксплуатацию. С тех пор, по мере продолжающихся исследований и изобретения новых материалов, технологии все больше совершенствуются, в ряде индустриально развитых стран (США, Япония, Испания, Италия) были построены пилотные проекты гелиотермальных станций. Компании Luz International Limited удалось совершить значительный прорыв в разработке и применении CSP технологий на ее солнечных электростациях SEGS, построенных между 1984 и 1991 годами. Это были одни из первых солнечных электростанций, разработанных, построенных, финансируемых и работающих на коммерческой основе. Электростанции SEGS, расположенные в пустыне Мохаве в Калифорнии, до сих пор успешно работают и ежегодно поставляют примерно 354 мВт энергии в энергетическую сеть штата. Этот проект и поныне является самым упоминаемым, когда речь заходит о данном типе технологий.

В настоящее время мир переживает настоящий бум проектов, основанных на гелиотермальных технологиях: по оценкам на первую половину 2010-х гг. уже строится более 5000 мВт мощностей, большая их часть в США и Испании. Лидеры на рынке концентрационной солнечной энергетики — это США, Испания и Германия. Существует три основных типа технологий CSP для строительства электростанций:

• технология центральной башни-ресивера
• технология вогнутых параболических коллекторов
• солнечные генераторы на двигателях

Технология центральной башни-ресивера

Технология центральной башни-ресивера

Электростанции с центральной башней-ресивером состоят из множества рядов гелиостатов, окружающих центральную башню высотой более 100 метров. Жидкая субстанция, протекающая через башню, концентрирует в себе тепловую энергию солнечного света, с помощью нее затем генерируется пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество.

Более подробно и наглядно принцип работы системы с центральной башней-ресивером описан на странице гелиотермальной станции Gemasolar (Испания).

Технология вогнутых параболических коллекторов

Вогнутые параболические коллекторы

Системы, построенные с применением технологии вогнутых параболических коллекторов (или цилиндрических параболических коллекторов, CPC), состоят из множества отражателей с волнистой поверхностью с параболической секцией. В их центральной части расположена туба-абсорбер, по которой течет жидкость (синтетическое термомасло), поглощающая тепловую энергию солнечного света. Эта тепловая энергия, переносимая раскаленным маслом, затем используется для испарения воды и генерации пара, которые вращает турбину, вследствие чего вырабатывается электричество.

В данный момент электростанции, построенные с использованием этой технологии, показывают большую производительность, чем другие CSP-электростанции, и их сравнительно больше по всему миру. Эта технология в различных формах используется уже два десятилетия, включая девять электростанции в Калифорнии; за это время было выработано более 12 миллиардов кВт энергии. Энергоэффективность ее по статистике составляет более 14% (чистый объем производства к количеству полученного солнечного света).

Более подробно и наглядно принцип работы системы, работающей с использованием вогнутых параболических коллекторов, описан на странице гелиотермальных станций Valle 1 и Valle 2 (Испания).

Термохранилище

И та и другая описанные технологии работают совместно с системой промежуточного хранения тепловой энергии (термохранилище), что позволяет электростанции вырабатывать энергию стабильно, избегая пиков и провалов, а также дает ей возможность работать в течение определенного периода без поступления солнечного света, на внутреннем резерве.

Источник