Транспортировка газа 7 страница

1 – пресная вода

2 – изоляционный слой с увеличивающейся к низу концентрацией солей

3 – слой горячего раствора

4 – теплообменник

Обычно глубина солнечного пруда достигает 1-3 м. На 1 м² солнечного пруда требуется 500-100 кг поваренной соли. Наиболее крупным из существующих солнечных прудов находится в Израиле, его площадь составляет 250 км². Он используется для выработки электрической энергии. Мощность составляет 5 МВт.

Горячая вода из нижних слоев пруда подается в теплообменник и используется для испарения жидкости с низкой температурой кипения (пропан, аммиак).

5 6 4 7 8

9 10

3 2 1

1 – дамбы солнечного пруда

2 – горячая вода с повышенной концентрацией

3 – холодная вода

4 – теплообменник

5 - турбина

6 - генератор

7 - конденсатор

8, 9, 10 – насосы

Непостоянство солнечной радиации и ее сравнительно небольшая интенсивность, приходящаяся на единицу поверхности, требует больших площадей для размещения пруда или гелиостатов. В связи с этим высказываются идеи строительства космической электрической станции, при этом спутник особой конструкции, запускается на геостационарную орбиту на высоту 35 тыс. км, где он вращается синхронно с планетой и как бы зависает над определенной точкой земной поверхности. В этих условиях спутник более 99% времени будет освещаться Солнцем, при этом плотность потока энергии в 5-7 раз больше. Сконцентрированная на спутнике солнечная энергия преобразуется в электрическую с помощью полупроводниковых фотоэлектрических преобразований. И через специальную систему узким пучком в микроволновом диапазоне с частотой 2,4-2,5 ГГц передается на Землю. Для того, чтобы выработанную электрическую энергию преобразовать в СВЧ излучение, предлагается использовать специальные электронные приборы. Малая длина волны необходима для того, чтобы уменьшить размеры наземных принимающих антенн. На Земле энергия высокой частоты должна быть преобразована в переменный ток промышленной частоты.

Технико-экономическая оценка использования солнечной энергии.

При обосновании параметров СЭС используют метод сравнительной эффективности. При этом используется дублирование энергии других станций в энергосистеме и экологическая совместимость сравниваемых вариантов. Для того, чтобы неравномерность солнечного излучения уравновесить, добавляют аккумулятор (тепловой), создавая единый энергетический комплекс. В этом случае в часы солнечного сияния энергия запасается. При оценке экологической эффективности СЭС, необходимо так же учитывать ее высокую материало емкость и большую стоимость оптических систем. В качестве примера сопоставления различных типов СЭС и ТЭС рассмотрим результаты сравнительного анализа, проведенного в США, для трех типов солнечных электрических станций:

1. наземной гелиотермический (НГТЭ)

2. космической фотоэлектрической станции (КФС)

3. наземной фотоэлектрической станции (НФС)

Мощность сравниваемых электрических станций принималась равной 10 ГВт. Каждый из трех типов может быть оценен по расходам конструкционных материалов, воды, занимаемой площади, трудозатратам, энергии и денежных средств.

Состояние и перспектива развития ветро-электростанций

Ветроэнергетический потенциал.

Причиной возникновения ветров является поглощение земной атмосферой солнечного излучения, приводящего к появлению конвективных течений. Различие интенсивности солнечного излучения на различных географических широтах служит причиной перепада давления, которое вызывает перемещение воздушных масс – ветер. Мощность солнечного излучения, которое непрерывно преобразуется в энергию ветровых потоков, оценивается в 10¹¹ ГВт. Количество ветровой энергии, которое может быть использовано, равно 10-12% от этой величины. Эта величина в 100 раз больше гидроэнергетического потенциала. Современные ветроэнергетические установки используют ветер приземного слоя атмосферы на высоте 50-70 м, реже до 100 м. В будущем при создании достаточно надежных технических средств возможно использование струйных течений, характерных для тропопаузы на высотах 8-12 км. Скорость ветра в ней 18-20 м/с.

На высоте до 100 м наиболее активное движение воздушных масс, на высоте несколько сот метров движение воздуха практически прекращается и далее ветер присутствует в тропопаузе, но в тропопаузе плотность воздуха в 10 раз ниже, чем в атмосфере. В следствие низкой плотности и рассеяности в пространстве используется энергия ветра в промышленных масштабах идет по пути строительства крупных ветроэнергетических систем, так называемых ветровых парках, состоящих из большого количества ветроэнергетических установок.

Типы ветроэнергетических установок.

Классификация по 2-м основным признакам:

1. геометрия ветроколеса

2. по его положению относительно направления ветра

а) с горизонтальной осью вращения, параллельный направлению ветрового потока (типа ветряных мельниц)

б) с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока (типа водяного колеса)

в) с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока

1 2 3 4 вид сверху

В настоящее время получили распространение 2 основных типа ВЭУ:

1. горизонтальные с горизонтально осевой турбиной (ветроколесом) (тип 1,2)

2. вертикальные с вертикально осевой турбиной (ротором) (тип 3)

По мощности:

Малой мощности: до 100 кВт

Средней: 100-500 кВт

Маловаттного класса: 0,5-4 м

ВЭУ первого типа используется в виде ветроколеса с различным шагом лопастей (от 2-х до 500), расположенных радиально и наклоненных над некоторым углом в плоскости вращения. Рабочий момент создается над действием аэродинамических сил на лопастях колеса.

ВЭУ с вертикальной осью вращения (тип 3,4) имеют следующие преимущества: у них отпадает необходимость в устройстве ориентации по направлению ветра, упрощается конструкция и монтаж. Более удобным становится расположение генератора и редуктора.

Существует много типов ветроколес с вертикальной осью, но наиболее перспективным является ротор Дарье. Такой ротор образуется 2-мя, 3-мя, 4-мя изогнутыми в вертикальной плоскости лопастями, имеющими в поперечном сечении профиль крыла. На таких лопастях возникает подъемная сила, создающая вращающий момент на оси ветроустановки. Большое значение ветроэнергетики имеет правильный выбор расчетной скорости ветра. Мощность ВЭУ пропорциональна углу скорости ветра. Обычно в практике проектируются для горизонтальных ВЭУ с диаметром ветроколеса не менее 60 м, расчетная скорость применяется в 1.5 раза больше расчетной средней годовой скорости. Для вертикального ветроколеса типа Дарье расчетная скорость превышает среднегодовую в 2.5 раза.

Проблема непостоянной скорости вращения ВЭУ решается либо механическим способом, что закладывается в устройстве редуктора и генератора, либо электронным способом: используется аккумулятор и преобразователь напряжения.

Параметры ВЭС. Технико-экономическое обоснование.

1. Удельное капиталовложение – отношение суммы капиталовложений К к мощности ВЭС:

руб/кВт

2. Себестоимость электроэнергии:

Й=И/К, где Й – ежегодные издержки в долях капиталовложений (амортизационное отчисление на реставрацию и ремонт)

Тисп – число часов использования установленной мощности в год

3. Удельные расчетные затраты – отношение расчетных затрат к годовой выработке электроэнергии:

з = З/Э_ВЭС=100К(Ен + Й)/Тисп, где

Ен – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений

Ен=0,12 говорит о том, что срок окупаемости составляет 1/0,12=8,3 года

Стремление создания ВЭУ предельно больших размеров и мощности не всегда экономически оправдано, т. к. может привести к росту себестоимости электроэнергии и удельных расчетных затрат.

Экологические аспекты ВЭ

ВЭС не производят никаких вредных выбросов и в этом отношении они являются экологическими чистыми. Основными отрицательными факторами на окружающую среду являются шум и блокировка занимаемой территории. Источник шума – механический шум от редукторов, подшипников и генераторов и аэродинамические воздействия, которые могут быть низкочастотными (менее 20 Гц) и высокочастотными (до нескольких кГц). Аэродинамические шумы вызваны вращением рабочего колеса и определяется следующим явлением: образованием разряжения за ротором с устремлением потока воздуха в точку схода турбулентных потоков, пульсациями подъемной силы на профиле лопасти. В непосредственной близости установки шум 50-80 Дб. Порог уха человека 130 Дб.

Кроме шума и вибраций воздуха ВЭС создают помехи для птиц и насекомых.

Мощное вращающееся колесо действует как экран, подобное тому, как возвышенность несколько квадратных километров и высотой 150 – 200 м.

При сооружении приемлемой мощной ВЭС, имеющей в составе большое количество крыльчатых установок, необходимо использовать большие территории.

Считается, что ВЭУ не влияют друг на друга, если между ними расстояние не менее 6 – 18 диаметров ветроколеса. Это приводит к тому, что для одной установки с диаметром ветроколеса 100м необходима территория 5 – 7 квадратных километров.

Геотермальные электростанции.

Запас геотермальной энергии.

В ядре нашей планеты максимальная температура достигает 4000 °С. Перенос тепла через твердые породы обусловлен теплопроводностью, реже конвективными потоками расплавленной магмы или горячей воды. Средняя плотность геотермального потока через земную поверхность составляет 0,06 Вт/м² при температурном градиенте порядка 30°С на километр. Подсчитано, что суммарная тепловая энергия, сосредоточенная в земле, намного превышает запас всех органических топлив. В ряде географических районов геотермальные ЭС являются одним из наиболее дешевых источников энергии.

R 1 30 км 2 2900 км 3 5150 км 4 6370 км