КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Солнечные аэростатные электростанции
На орбите Земли мощность солнечного излучения составляет 1,3 кВт/м2. Доступный энергетический потенциал солнечного излучения способен удовлетворить все потребности человечества. Существующие солнечные энергетические установки обладают существенным недостатком – неравномерностью выдаваемой мощности. Это связано с неравномерностью потока солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, по причине вращения Земли вокруг своей оси (светлое и темное время суток), изменения наклона земной оси (смена времен года) и погодных условий (плотность облачного покрова).
По этим причинам масштабное использование солнечной энергии при современных технологиях обязательно подразумевает либо работу солнечных энергетических установок совместно с другими источниками энергии, либо применение аккумулирующих систем, снабжающих потребителя энергией ночью и при пасмурной погоде. Это значительно удорожает солнечные энергетические технологии и резко ограничивает сферу их применения.
В настоящее время существуют фотоэлектрические преобразователи энергии в виде пластин с к.п.д. равным 15-20%. Если такими пластинами закрыть поверхность аэростата и поднять аэростат выше облаков, то в течении светлого времени суток можно по кабелю передавать на поверхность Земли поток электроэнергии практически постоянной мощности. Схема установки дана на рис. 23.
Рис. 23. Схема солнечной аэростатной установки
с фотоэлектрическим слоем:
1 - оболочка с фотоэлектрическим слоем; 2 – электрический кабель; 3 – трансформатор; 4 - линия электропередачи
При диаметре аэростата 150 м на его поверхность в светлое время суток падает солнечное илучение мощностью 18 000 кВт, что позволяет вырабатывать 3000 кВт электрической мощности. Размещение аэростатов не отразится сколь-либо заметным образом на природе и инфраструктуре прилегающих территорий, сельском и лесном хозяйстве. Однако остается проблема ночного времени. В темное время суток электроэнергия, понятно, не вырабатывается и для снабжения потребителей нужны другие источники электроэнергии.
Работы по созданию опытного образца солнечной аэростатной электростанции с фотоэлектрическим слоем ведутся в Национальной лаборатории солнечной энергии в Марселе под руководством доктора Жореса Леграна.
В этой же лаборатории другая группа инженеров под руководством Мишеля Марше разрабатывает проект солнечной аэростатной паротурбинной электростанции.
Для возможности создания коммерческих солнечных аэростатных паротурбинных электростанций Франция приобрела выданный в 2002 году российский патент №2184322 на аэростатную солнечную электростанцию с паровой турбиной.
Принципиальная схема такой электростанции дана на рис. 24.
Рис. 24. Схема солнечной аэростатной электростанции
с паровой турбиной:
1 - прозрачная оболочка; 2 - поглощающая оболочка; 3 – паропровод;
4 - трубопровод с водяными насосами; 5 - паровая турбина; 6 – конденсатор;
7 - линия электропередачи
Оболочка аэростата выполнена двухслойной. Солнечные лучи нагревают внутреннюю оболочку аэростата, на которую нанесен поглощающий солнечное излучение слой.
Современные селективные поглощающие материалы способны нагреваться от прямых (неконцентрированных) солнечных лучей до 200ºС и более.
Внутри поглощающей оболочки находится водяной пар, нагретый поступающим через оболочку тепловым потоком до 100-150ºС. Давление пара равно наружному атмосферному давлению.
Внутреннюю поглощающую оболочку аэростата окружает внешняя оболочка, прозрачная для солнечных лучей. Слой газа (воздуха) между оболочками теплоизолирует нагретую внутреннюю оболочку аэростата от наружного воздуха.
Водяной пар из внутренней поглощающей оболочки по гибкому паропроводу подается в паровую турбину, расположенную на поверхности Земли. Убыль водяного пара из внутренней оболочки аэростата компенсируется питательной водой, которая каскадом насосов подается из конденсатора паровой турбины. Внутри оболочки аэростата вода распыляется и испаряется. Для стандартной атмосферы на высоте 5 км при давлении 0.54 ат и температуре -17.5ºС плотность воздуха составляет 0.7 кг/м3. Плотность водяного пара при таком же давлении и температуре 150º С составляет 0.3 кг/м3 . Таким образом один кубический метр аэростата способен поднять 0.4 кг. Аэростат диаметром 300 м способен поднять на высоту 5 км груз массой 5600 т. Этого вполне достаточно для удержания оболочки, паропровода, трубопровода питательной воды с каскадом электронасосов и системы раскрепления аэростата. При температуре водяного пара во внутренней оболочке 150ºС к.п.д. турбоустановки составит 15%. Мощность электронасосов, необходимая для подьема питательной воды из конденсатора паровой турбины во внутреннюю оболочку аэростата, составляет 15% от вырабатываемой электрической мощности. Основным достоинством паровой аэростатной установки является то, что запаса водяного пара, находящегося во внутренней полости аэростата, достаточно для бесперебойной работы паровой турбины в темное время суток. Вследствии подачи водяного пара на турбину и охлаждения за счет теплоообмена с окружающим воздухом за ночь подъемная сила аэростата уменьшится на 10%, что не скажется на положении аэростата. В дневное время за счет нагрева солнечным излучением происходит генерация пара не только для работы паровой турбины, но и для восполнения запаса водяного пара во внутренней оболочке аэростата.
При диаметре оболочки аэростата 300 м паровой турбогенератор способен бесперебойно вырабатывать 5000 кВт электрической мощности. При этом можно совершенно безболезненно изменять мощность турбогенератора в течение суток в соответствии с нуждами потребителя.
Термодинамический цикл такой установки обладает весьма интересной особенностью. При подаче потока пара вниз к поверхности Земли потенциальная энергия пара переходит во внутреннюю энергию, что приводит к увеличению давления и температуры пара перед турбиной. Это в свою очередь повышает термодинамический к.п.д. паротурбинной установки. Этот эффект довольно значителен. Так при перепаде высот между аэростатом и паровой турбиной 5000 м повышение температуры составит 25º. Термодинамический к.п.д. паротурбинной установки благодаря этому эффекту увеличивается на 5%, что для энергетических установок является очень значительной величиной.
Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 233; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |