Возобновляемые источники энергии. Солнце

Вс, 03/23/2014 - 14:31

Солнце в цифрах:
Масса - 1,99.1030 кг
Диаметр - 1 392 000 км
Температура поверхности 5800°К;
Удаленность от центра Галактики - 25000 световых лет ;
Период обращения вокруг центра Галактики ~200 млн. лет;
Скорость движения вокруг центра Галактики - 230 км/с;
Абсолютная звездная величина +4,8

Солнечный параболоцилиндрический концентратор

Гелиотермический завод в штате Невада (США)

Стирлинговая энергетическая система (СЭС) Сандийской Национальной лаборатории (США)

-

Немного истории

Еще в 212 году до н. э. древнегреческий ученый Архимед использовал светоотражающие свойства бронзовых боевых щитов для того, чтобы сосредоточить солнечный свет и поджечь вражеские деревянные суда римлян, осаждающих его родной город Сиракузы. Но прошло почти полтора тысячелетия, за время которых люди продолжали греться на солнышке, не задумываясь, какой мощный источник представляет собой это божественное дневное светило. И лишь в 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. ведущий французский химик Антуан Лоран Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650°С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8х3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке.

Кстати, о коллекторе. Есть такая штука, как балансировочный коллектор Gidruss в Москве. Этот коллектор распределяет теплоноситель по контурам потребителя. Возможно его принцип действия и отличается от того, что предложил француз Тельер, но работает этот коллектор также исправно.

В 1866 г. французский математик Август Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных коллекторов, ставших прообразами современных, и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника. В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000°С. Однако только в 1980-е годы были созданы первые крупномасштабные солнечные электрогенераторы.

Естественный ядерный реактор

Солнце принадлежит к типу звезд, называемых желтыми карликами. За время своей жизни (5 миллиардов лет), в центре нашего светила сгорело около половины всего имеющегося там водорода. Солнцу осталось жить примерно столько же — 5 миллиардов лет. Мощность излучения Солнца 3,8.1020 МВт. На Землю попадает лишь около одной половины миллиардной доли всей энергии Солнца. Но именно благодаря этой энергии на Земле происходит круговорот воды, дуют ветры, развивалась и развивается жизнь. Излучает Солнце свою энергию во всех длинах волн. Но не равномерно. 48% энергии излучения приходится на видимую область спектра, при этом максимум соответствует желто-зеленому цвету. Около 45% энергии, теряемой Солнцем, уносят инфракрасные лучи. На гамма-лучи, рентгеновское, ультрафиолетовое и радио излучение приходится лишь 8%. Однако излучение Солнца столь сильно вкупе с различными потоками заряженных частиц (солнечным ветром), что оно очень ощутимо на расстояниях даже в сотни солнечных радиусов. Эта ближайшая к нам звезда является естественным ядерным реактором, при этом магнитосфера и атмосфера нашей планеты естественным образом защищают нас от смертоносной радиации, а к нам приходит животворящая энергия нашей ближайшей звезды, которую она нам дарит безвозмездно.

На расстоянии 150 млн. км (Земли от Солнца) интенсивность солнечного излучения уменьшается, рассеиваясь в космическом пространстве, а когда солнечный свет доходит до Земли, то его рассеивание продолжается. Атмосфера нашей планеты дополнительно снижает мощность энергии солнечных лучей до одного киловатта на квадратный метр поверхности Земли.

Это обусловлено поглощением и рассеянием света, в частности, пылью и водяными парами. Даже в самый ясный день по крайней мере 10% энергии Солнца — это энергия рассеянного света, которая тем не менее тоже может поглощаться плоскими поверхностями. Интенсивность солнечной энергии, падающей на поверхность земли, варьируется в зависимости от ряда факторов: массы облачного покрова, количества пыли и оптически активных загрязняющих атмосферу веществ, толщины слоя атмосферы (на вершине горы максимальная интенсивность выше, чем на уровне моря, больше на экваторе, чем на полюсе), а также от угла падения лучей, который изменяется даже на одной широте в разное время года.

Почему парабола?

Парабола — это особая кривая, которая может быть описана уравнениями типа Y=Ax2+Bx+C и имеет один фокус, который собирает все “отраженные” от нее лучи. В обычных сферических зеркалах не получается четкой фокусировки из-за сферической аберрации, т.е. несовпадении фокусов для лучей, проходящих разные расстояния от оптической оси.

Самые простые системы концентрации солнечной энергии — это параболоцилиндрические концентраторы, поверхность которых описывается параболой, размазанной вдоль прямой. Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в прямую линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (маслом) или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300-390 °C. Параболоцилиндрические зеркала изготовляют длиной до 50 метров. Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором.

Эти системы требуют контроля для того, чтобы максимальное количество солнечного света попадало в систему концентрации. Системы зеркал могут быть ориентированы как горизонтально, так и вертикально. Горизонтально ориентированные системы, как правило, расположены в восточно-западном направлении, что сокращает необходимость контроля за системой, в то время как вертикально установленным “солнечным корытам” необходимо вращаться вслед за движением солнца в течение дня.

Параболические системы концентрации солнечных лучей используют параболические “тарелки”, которые сосредотачивают поступающую на них солнечную энергию на ресивере (приемнике), расположенном в фокусе тарелки. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Жидкость в приемнике нагревается до температуры около 750°C. Эта жидкость затем используется для выработки электроэнергии в небольшом двигателе Стирлинга, который подключен к ресиверу. Параболическая система является наиболее эффективной из всех солнечных технологий.

С 1984 по 1991 гг. в Калифорнии было построено девять электростанций из параболоцилиндрических концентраторов общей мощностью 354 МВт. Стоимость электроэнергии составляла около $0,12 за кВт•ч.
Германская компания Solar Millennium AG строит во Внутренней Монголии (Китай) солнечную электростанцию. Общая мощность электростанции увеличится до 1000 МВт к 2020 году. Мощность первой очереди составит 50 МВт.
В июне 2006 г. в Испании была построена первая термальная солнечная электростанция мощностью 50 МВт. В Испании к 2010 году может быть построено 500 МВт электростанций с араболоцилиндрическими концентраторами

Другие материалы рубрики


  • Если внимательно присмотреться к рынку многофункциональных преобразователей, то даже не смотря на всемирный спад и уменьшение продаж, многие производители не перестают выступать новые инверторы. Отчасти подобное связано с тем, что компании стараются привлечь внимание покупателей, частично из-за применения последних технологий.
    Несмотря на то, что источник бесперебойного питания купить можно в любом магазине, новинки не так быстро достигают конечного потребителя.



  • Вопрос смесевых технологий при производстве бензинов давно уже интересует технологов, экологов, энергетиков, автомобилистов и просто любителей всяческих новшеств и современных технологий. Несмотря на множество позитивных моментов, так же как и на наличие определенных недостатков, однозначности в выводах пока еще не присутствует, что оставляет обширные пространства для размышлений и убеждений, похвалы и критики.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Чтобы получать тепло из снега, дождя и, что реже, града, нужен АТМОТЕРМ. Это устройство относится к стационарным приборам для нагревания текущих сред, использующий при прохождении данного процесса тепловой эффект экзотермической реакции образования гидроксида кальция из СаО, которая проходит при утилизации снежного покрова на месте его образования.
    Область применения устройства – генерация тепловой энергии для обогрева стен жилых и нежилых помещений, используя атмосферные осадки.
    Исследуя решения в данной области, мы не найдем наверняка устройства, объединяющего в себе функции переработки атмосферных осадков и обогревателя, работающего без подвода электроэнергии, при этом являясь таким экономичным, как атмотерм (экономичность смотрите дальше). Решения, предлагаемые другими авторами (смотри ниже) имеют ряд недостатков: потребляемость большого количества электроэнергии, узкая направленность технологий – только утилизация снега или только генерация тепловой энергии, сложность устройства, лежащее в наличии большого количества комплектующих компонентов, таких как ИК-излучатели и другие подобные устройства.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Многие ученые считают, что единственным масштабным и долговременным решением надвигающейся энергетической проблемы, одновременно удовлетворяющей условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на базе использования лунного изотопа элемента гелия.
    Страна, которая опередит другие в освоении Луны и добычи гелия-3, станет лидером в мировой экономике, считает академик Эрик Галимов.



  • ...Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее – от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт·ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Многие десятилетия неизменным элементом пейзажа промышленной нефтедобычи являлись грандиозные факелы, в которых сгорал попутный газ — неизбежный спутник нефтедобычи. Громадные шлейфы дыма простирались на десятки и сотни километров и были прекрасно видны даже из космоса. Так было долго и казалось, что так будет всегда. Но все меняется в этом мире, и иногда — в лучшую сторону.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • В начале нового тысячелетия почти весь мир столкнулся с новой, весьма болезненной проблемой — истощением топливных запасов планеты. Ученые с каждого угла кричали, что через 30 лет на земле не останется ни капли нефти. Но прошло уже 10 лет, и эти крики понемногу улеглись. Были найдены новые месторождения в Саудовской Аравии, в России разведали новые, огромные запасы сибирской и заполярной нефти. Единственная проблема — добраться до них, но учитывая сегодняшнюю стоимость «черного золота» на мировом рынке, это не будет составлять особого труда.
    Но беда, как известно, не приходит одна. С топливной проблемой пришла проблема загрязнения окружающей среды обитания человека. Продукты сгорания бензина и дизтоплива стали настолько насыщать атмосферу Земли, что экологи забили тревогу. Их главный девиз — «Парниковый эффект!» К сожалению, они до сих пор не могут определиться, чем он грозит нашей планете — глобальным потеплением или новым ледниковым периодом. Впрочем, одно не исключает другое. Сначала довольно сильно потеплеет, арктические льды растают, опять понизят температуру, но настолько сильно, что 2/3 суши (по самым пессимистическим прогнозам) покроется снегом и льдом.
    Что же делать? Отказаться от автомобильного транспорта и вообще от использования нефти и нефтепродуктов? В данный исторический отрезок времени это даже не теория, а какая-то фантазия Гринписа, если не сказать больше. Но нам надо как-то сберечь природу и при этом не нанести вреда экономике, как в мировом масштабе, так и в масштабе отдельной страны. И тут, к огромной радости почти всех экологов (почему почти — будет сказано ниже) на мировую топливную арену семимильными шагами выходит новое горючее — биодизель.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Нефте- и газодобыча уже в течение многих лет — ведущие отрасли российской экономики. В иные периоды они давали до 50% поступлений в федеральный бюджет. Это стало возможным только после введения в эксплуатацию крупнейших месторождений Западной Сибири. Поиск месторождений, ставших открытием века, стоил огромного труда. Основной вклад в него внесли сибирские геологи.
    Чтобы понять, где и как искать нефть, — а ее считают самым труднодоступным богатством планеты, — надо знать, как она образуется. В 1932 году была опубликована классическая работа основоположника советской нефтяной геологии Ивана Михайловича Губкина (1871-1939) «Учение о нефти», которая сыграла огромную роль в развитии представлений о происхождении нефти и формировании ее залежей. Он сформулировал четыре этапа образования нефтяных запасов, которые и сегодня лежат в основе научных воззрений о процессах нефтеобразования.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Сначала приведем высказывание российского геофизика Е.П. Борисенкова о прошлом человечества:
    «Причины гибели или упадка некоторых цивилизаций, а также многие неблагоприятные социальные явления в период средневековья так же, как и в древней истории, были связаны с экологией.
    Если мышление человека античности в ряде случаев было настолько эгоистичным, что, несмотря на свои выдающиеся по тому времени научные и естественные познания, он не думал о связи между лесом, водой, почвой и последствиями своей деятельности, то и в период средневековья человечество ушло от этого уровня понимания не очень далеко».

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...После более чем столетия нескончаемых усовершенствований двигатель внутреннего сгорания все еще имеет коэффициент полезного действия около 16%. КПД всех тепловых двигателей ограничено циклом Карно. Теоретически, даже при идеальных условиях тепловой двигатель, используемый для приведения в движение автомобиля или электрогенератора, не может преобразовать всю тепловую энергию в механическую. Некоторая часть тепла теряется. В двигателе внутреннего сгорания тепло подается от источника с высокой температурой (Т1), часть энергии преобразуется в механическую и оставшаяся часть выбрасывается при низкой температуре (Т2). Чем больше разность между этими температурами, тем выше КПД двигателя...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3