Выбрасывать деньги в трубу, или …?

О возможных способах преобразования солнечной энергии в электричество и тепло рассказывают специалисты Лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ.

Наблюдаемое увеличение температуры атмосферы Земли многие связывают с большим содержанием в ней парниковых газов, в том числе СО₂, который образуется при сжигании углеводородного топлива.

Одна из мер уменьшения выбросов СО₂ — переход на экологически чистые возобновляемые источники энергии. Особое место среди них занимает энергия Солнца. Наибольшее распространение получили три  способа её преобразования:

• в электричество с помощью полупроводниковых элементов,

 

• в тепло с использованием инфракрасной составляющей излучения в  солнечных коллекторах,

 

• в электричество с применением термодинамического  преобразования энергии в  тепловых машинах, рабочее тело которых нагревается с помощью концентрированного солнечного излучения.

 

Сравнительно недавно новый импульс к развитию получил  аэродинамический способ преобразования солнечной энергии. При этом способе тепло солнечного излучения конвертируется в энергию движения воздуха, которая преобразуется в электричество.

Рис.1 Схема аэродинамической установки

Схема аэродинамической установки показана на рис 1. Установка содержит солнечный коллектор, выполненный в виде прозрачного перекрытия,  находящегося на некотором расстоянии от земли и открытого  на окружающую среду по внешнему периметру,  вытяжную башню, расположенную в центре коллектора, и воздушную турбину, соединенную с электрогенератором, которая может быть установлена,  например, у основания вытяжной башни.

Установка работает следующим образом. Днем солнечное излучение, проходя через прозрачное  перекрытие солнечного коллектора, нагревает находящийся под ним воздух. Теплый воздух поступает в вытяжную башню и поднимается вверх, создавая в ней вертикальный воздушный поток.

Если внутрь вытяжной башни поместить воздушную турбину, то этот поток будет вращать  ее и соединенны с ней генератор, вырабатывающий электричество.

Первая солнечная аэродинамическая установка,  названная «solar chimney» — «солнечный камин», была построена в Испании в 1982 году (рис.2). Она имела следующие параметры:

• высота вытяжной башни – 195 метров,
• диаметр вытяжной башни -10 метров
• диаметр солнечного коллектора- 244 метра,
• высота прозрачного перекрытия от
• поверхности земли -1,8метра
• пиковая мощность установки -50 KW

Рис.2 Установка «солнечный камин» в Испании.

Установка проработала 8 лет. После ее сооружения и успешной работы появилось множество проектов создания солнечных аэродинамических станций большой мощности.

В качестве примера можно привести проект станции в Австралии мощностью 200 MВт. Высота вытяжной башни станции составляет 1000 метров, а диаметр солнечного коллектора 7000 метров.

В 2010 году в Китае  приступили к строительству солнечной аэродинамической станции  мощностью 200 кВт с годовым выходом электроэнергии 400 тысяч кВт-час. Работа такой электростанции эквивалентна замещению угольной станции с годовым потреблением угля в 100 тонн. Окончание строительства намечено на 2013 год.

Сегодня во многих лабораториях мира ведутся  исследовательские работы по повышению эффективности аэродинамического способа преобразования энергии.     В Лаборатории возобновляемых источников энергии Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова в течение последних десяти лет проводятся исследовательские работы с физическими моделями аэродинамических электростанций.

Учитывая, что  в солнечных аэродинамических установках воздушный поток создается в результате нагрева воздуха с помощью неконцентрированного солнечного излучения, было предложено расширение области применения аэродинамического способа на другие источники низкопотенциального тепла.

Такими источниками могут быть, геотермальное тепло воды, вытекающей на поверхность земли, тепло оборотной воды, которое используется для охлаждения тепловых машин на крупных электростанциях, а также тепло дымовых газов электростанций, работающих на углеводородном топливе.

Для этих источников низкопотенциального тепла были созданы макеты  установок, на которые получены патенты РФ  (№ 2298751 от 10 мая 2007 г., № 2314474 от 10 января 2009 г., № 2382277 от 2 августа 2008 г., № 2415297 от 2 ноября 2009 г.). В качестве примера на рис. 3 приведена схема геотермальной аэродинамической установки, позволяющая преобразовывать геотермальное тепло воды, вытекающей на поверхность земли.

Рис.3 Схема геотермальной аэродинамической установки

Установка содержит вытяжную башню, расположенную в центре бассейна с  проточной геотермальной водой. Сверху бассейна на некотором расстоянии от поверхности воды находится перекрытие,образующее зону нагрева воздуха теплой водой, заполняющей бассейн.

Аэродинамическая геотермальная установка работает точно так же, как и солнечная, только воздух в ней нагревается за счет геотермального тепла воды, вытекающей на поверхность земли.

Вместо геотермальной воды в бассейн можно    подавать оборотную теплую воду, которая используется для охлаждения тепловых  машин на крупных электростанциях, в том числе атомных.

Совершенно аналогично можно организовать работу аэродинамической установки, в которой в качестве источника тепла используются дымовые газы.

Такая установка будет отличаться от предыдущей только тем, что, вместо бассейна с геотермальной водой, в ней находится емкость с отверстиями в верхней стенке для поступления дымовых газов.

Они выходят через отверстия, перемешиваются с находящимся над ним воздухом и поступают в вытяжную башню. Тепло оборотной воды можно также преобразовывать с помощью аэродинамической установки, созданной на базе испарительной градирни.

Для этого внутри вытяжной башни в ее основании  устанавливается воздушная турбина таким образом, чтобы ее лопасти вращались напротив входных окон вытяжной башни.

Теплая оборотная вода разбрызгивается в виде мелких  капель внутри вытяжной башни. Капли воды, парая и испаряясь, охлаждаются, отдавая тепло находящемуся внутри башни воздуху.

Рис. 4 Аэродинамическая установка на базе испарительной градирни

Нагретый воздух поднимается вверх, создавая  внутри башни воздушный поток, при этом через входные окна в основании башни в нее поступает наружный воздух, который ударяется в лопатки воздушной турбины, вращает ее и соединенный   с ней электрогенератор.

Использование аэродинамического способа преобразования низкопотенциального тепла находится на ранней стадии своего развития, и поэтому потребуется некоторое время для создания эффективных установок, однако персперкивы его широкого использования несомненны.

Одна из причин особого внимания к подобному способу преобразования энергии заключается в том, что преобразование тепла в электричество через совершение работы осуществляется с помощью тепловых машин, работа которых невозможна без их охлаждения. И это не зависит от источника тепловой энергии, будь то углеводородное топливо или атомная энергия.

Получающиеся тепловые отходы в настоящее время выбрасываются в атмосферу через градирни, охладительные пруды и дымовые трубы. Аэродинамический способ преобразования  низкопотенциального тепла позволяет утилизировать эти тепловые отходы для производства электричества, повышая таким образом эффективность  энергетических установок, экономит топливо и уменьшает количество выбрасываеого в атмосферу СО₂.

Научно-исследовательская лаборатория возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

http://www.rgo.ru

деньги 

20.10.2013, 3971 просмотр.