Стартовая >> Архив >> Генерация >> Возобновляемые источники энергии

Солнечная энергия - Возобновляемые источники энергии

Оглавление
Возобновляемые источники энергии
Солнечная энергия
Использование пассивной солнечной энергии
Активное использование солнечной энергии
Солнечное электричество
Солнечный дом
Солнечное электричество в сельском хозяйстве
Солнечный пруд
Производство солнечных установок
Геотермальная энергия
Энергия ветра
Гидроэнергия
Энергия океанов
Энергия тепловых перепадов океанов
Биомасса
Анаэробное разложение биомассы
Газовые гидраты
Биотопливо
Водород
Водомазутные эмульсии
Сжатый и сжиженный природный газ
Топливо из угля
Заключение

1. Возобновляемые источники энергии.
1.1. Солнечная энергия.
На Солнце энергия вырабатывается в результате термоядерных реакций, и часть её излучается в космическое пространство. Менее одного процента этой энергии в виде коротковолнового излучения попадает на Землю, но этого достаточно для обеспечения всех энергетических нужд.
Диаметр Солнца составляет 1392 тыс. км, а его масса равна 2х1030 кг. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий, и ежесекундно 4 млрд кг материи преобразуется в энергию, излучаемую Солнцем в космическое пространство в виде электромагнитных волн различной длины, в основном это ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная части спектра.
Количество лучистой энергии, поступающей на площадку в 1 м2, расположенную на границе атмосферы и перпендикулярную солнечным лучам, называется солнечной постоянной; эта постоянная равна 1353 Вт/м2.
При прохождении через атмосферу солнечное излучение ослабляется в результате процессов поглощения и рассеивания. Поглощение обусловлено присутствием в атмосфере водяных паров, озона, пыли и так называемых парниковых газов (диоксид углерода, метан, оксиды азота и т. д.).
Потоки солнечной энергии по поверхности Земли распределяются неравномерно - на севере меньше, а на юге больше.
Количество поступающей на поверхность Земли энергии зависит от времени суток, сезона, облачности и удаленности от экватора. Часть излучения отражается облаками и земной поверхностью в открытый космос.
Нас не удивляет, что мы все время пользуемся накопленной в толще Земли солнечной энергией. Ведь уголь и нефть образовались из органических останков (деревья, животные), которые в незапамятные времена поглощали солнечную энергию. Все растения и сейчас потребляют солнечную энергию (этот процесс называется фотосинтез).
Человечество всегда использовало для практических нужд солнечную энергию или непосредственно (сушка одежды и продуктов), или косвенно (выращивание различных растений).
Этот вид энергии будет существовать всегда, поэтому он неиссякаем и вечен.

Потенциал.

Ежедневно на поверхность Земли с лучами Солнца поступает в 200 тыс. раз больше энергии, чем её вырабатывают все электростанции в мире. Пока есть единственное ограничение её использования - относительно высокая стоимость.
Возможно (и не только теоретически) в будущем применять спутники Земли для этой цели.

На спутниках могут быть размещены постоянно освещаемые Солнцем фотоэлектрические панели, вырабатываемая энергия в виде микромоля может передаваться на Землю, а на приемных станциях она будет преобразована опять в электроэнергию.
США получают солнечной энергии примерно в 5000 раз больше, чем вырабатывается в стране электроэнергии. В Калифорнии в среднем на 1 м2 горизонтальной  земной поверхности поступает ежегодно 2500 кВт-ч солнечной энергии. Для большей части европейской территории России эта величина составляет  примерно 830-1100 кВт-ч, для Украины - 1050-1450 кВт-ч, Великобритании -1000 кВт-ч.
За сутки на широте 55° на 20 м2 горизонтальной поверхности в среднем за год поступает энергии 50-60 кВт-ч, а этого количества достаточно для отопления одноэтажного жилого дома площадью 60 м2.
Годовое поступление солнечной энергии на горизонтальную поверхность при ясном вебе (т. е. возможный приход) на севере Иркутской области составляет 4200 МДж/м2 и увеличивается до 5150 МДк/м2 к югу. На берегу Байкала годовое поступление возрастает до 5280 МДж/м2, а в высокогорных районах Восточного Саяна достигает 5620 МДж/м2. Увеличение облачности в отдельные месяцы года снижает поступление прямой солнечной радиации в среднем на 60 % от возможной.
В Ростовской области при ясном солнце на 1 м2 поверхности Земли, перпендикулярной к солнечным лучам, падает поток энергии мощностью около 1 кВт. За год же в области на 1 м2 поступает энергии порядка 1320 кВт-ч.
Системы, использующие солнечную энергию, обычно характеризуются высокими начальными капитальными затратами и низков стоимостью обслуживания.
Очень важно то, что использование солнечной энергии не приводит к загрязнению окружающей среды и не повреждает земную поверхность. К сожалению, многие районы, где наиболее велика потребность в энергия, не очень солнечны, следовательно, при прочих равных условиях использование солнечной энергии наиболее эффективно в приближенных к экватору районах Земли. Однако уж сейчас этот вид энергии можно эффективно применять даже в таких относительно прохладных странах, как, например, Великобритания.
Главная проблема - что делать, когда не светит солнце (когда темно и холодно) и мы наиболее сильно нуждаемся в энергии

Солнечная энергия сегодня

Существуют несколько возможных путей практического использования солнечной энергии. Среди самых популярных из них сегодня отмечают два: использование пассивных солнечных систем для обогрева зданий и небольшие отдельно стоящие солнечные электростанции.
Менее популярны, но более эффективны следующие пути: солнечные водонагреватели, солнечные насосы в удаленных от электрических сетей районах и системы электрообеспечения для удаленных радиорелейных станций. И, конечно, системы генерации энергии на космических спутниках.

Солнечная энергия завтра

В числе областей применения солнечной энергии в недалеком будущем прежде всего отметим фотоэлектрические системы и солнечные электростанции, передающие энергию в электрические сети.
Фотоэлементы одинаково надежно работают при низких температурах, ярком солнце и не очень пасмурной погоде, во многих случаях необязательны системы слежения за солнцем. Единственное, что требуется для их обслуживания, - периодически удалять пыль с поверхности.

Сложности использования солнечной энергии.

Во многих случаях потребителю требуются постоянные по мощности источники энергии. Иногда ему нужна энергия в конкретный промежуток времени. В этом-то и состоят сложности, так как падающий на конкретную поверхность Земли поток солнечной энергии меняется во времени и зависит от многих факторов:

  1. вращение Земли вокруг Солнца по эллиптической орбите;
  2. колебания земной оси;
  3. переменная облачность;
  4. загрязнение атмосферы и пыль.

Сложности связаны также с техникой превращения лучистой энергии в другие формы энергии. В среднем на 1 м2 плоской земной поверхности ежедневно поступает примерно 5 кВт ч энергии. Выходит, что в час на 1 м2 поступает около 0,2 кВт-ч энергии, а это очень небольшое количество. Отметим для сравнения, что обычная электрическая плита мощностью 500 Вт создает плотность теплового потока около 25 кВт/м2.
Очевидно, что солнечные энергетические системы должны занимать большие площади по сравнению с обычными источниками энергии (электростанциями на обычных видах топлива).
Есть ещё одна сложность, связанная с экономикой. Создание солнечной энергетики требует использования новых материалов и систем, поэтому им трудно соревноваться с традиционными (относительно дешевыми). Но, несмотря на эти сложности, солнечная энергетика интенсивна развивается.



 
« Возможность эксплуатации котла ТП-170 на пониженных параметрах перегретого пара   Восстановление работоспособности металла котлотурбинного оборудования методом сварки »
электрические сети