Нефтегазовая промышленность и топливно-энергетический комплекс


ГЛАВА 1. ЭНЕРГИЯ И ЕЁ ИСТОЧНИКИ



жүктеу 3.85 Mb.
бет2/22
Дата29.08.2018
өлшемі3.85 Mb.
түріУчебно-методический комплекс
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22

ГЛАВА 1. ЭНЕРГИЯ И ЕЁ ИСТОЧНИКИ




    1. Что такое энергия

Велико дело достигать во глубину земную разумам, куда рукам и оку досягнуть возбраняет натура; странствовать размышлениями в преисподней, проникать рассуждениями сквозь расселины и вечною ночью помраченные вещи и деяния выводить на солнечную ясность.

/М. В. Ломоносов/

В нашем индустриальном обществе от энергии зависит все. С ее помощью движутся автомобили, улетают в космос ракеты, она позволяет испечь хлеб, обогреть жилище и привести в действие кондиционеры, осветить улицы и вывести в море корабли. Могут сказать, что энергией являются нефть и природный газ. Однако, это не так. Чтобы освободить заключенную в них энергию, их необходимо сжечь, так - же как бензин, уголь или дрова. Ученые говорят, что энергия - это способность к совершению работы, а работа совершается, когда на объект действует физическая сила (такая, как давление или гравитация). Согласно формуле A=F•S , работа равна произведению силы на расстояние, на которое переместился объект. Попросту говоря, работа - это энергия в действии. Вы не раз видели, как подпрыгивает крышка закипающего кофейника, как несутся санки по склону горы, как набегающая волна приподнимает плот. Все это примеры работы, энергии в действии, действующей на предметы. Подпрыгивание крышки кофейника было вызвано давлением пара, возникшем при нагревании жидкости. Санки ехали потому, что существуют гравитационные силы. Энергия волн двигала плот. В нашем работающем мире основой всего является энергия, без нее не будет совершаться работа. Когда энергия имеется в наличии и может быть использована, любой объект будет совершать работу - иногда созидательную, иногда разрушительную. Даже музыкальный инструмент - рояль - способен совершать работу. Представьте себе, что вдоль внешней стены многоквартирного дома поднимают рояль. Пока люди тянут за веревки, они прилагают силу, заставляющую рояль двигаться. В этом случае работу совершают люди, а не рояль. Он лишь накапливает потенциальную энергию по мере того, как все выше и выше поднимается над землей. Когда, наконец, рояль достигает пятого этажа, он сможет висеть на этом уровне до тех пор, пока люди внизу поддерживают его с помощью веревок и блоков. Однако представьте, что веревки обрываются. Немедленно проявится сила гравитации, и потенциальная энергия, накопленная роялем, начнет высвобождаться. Рояль рухнет вниз. Он расплющит все, что попадается на его пути, удариться о тротуар и разобьется вдребезги. Вся ситуация, разумеется, случайна, и тем не менее, служит примером того, что и рояль может совершать работу. В данном случае - разрушительную, но все же работу. Мир наполнен энергией, которая может быть использована для совершения работы разного характера. Энергия может находиться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Однако самыми большими резервуарами накопленной энергии являются океаны - огромные пространства беспрерывно перемещающихся водных потоков, покрывающих около 71% всей земной поверхности.

В настоящее время вопросам использования возобновляемых источников энергии уделяется серьезное внимание. Эти источники рассматриваются как существенное дополнение к традиционным энергоресурсам.

1.2. Энергия Солнца

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно. Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Заметим, что использование всего лишь 0,0125% этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5% - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения «собирали» за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км2. Необходимость использование коллекторов огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты.

Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км2, требует примерно 104 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1,17•109 тонн. Из написанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность использования солнечной энергии. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторов станет возможным применять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на отдельной фазе развития энергетики (после 2100 года) все мировые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется «собирать» солнечную энергию на площади от 1•106 до 3•106 км2. В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня всего 13∙106 км2. Очевидно что, солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии.

Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт∙год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10000 до 40000 человеко-часов. В традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет (200÷500) человеко-часов. Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространенности наиболее перспективна.

В нашей стране потребляется примерно 20% всего мирового производства первичных энергоресурсов, однако себестоимость органического топлива растет быстрыми темпами, обостряются экологические проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды. В связи с указанными проблемами становится все более необходимым использование нетрадиционных энергоресурсов. Имеются довольно широкие возможности применения солнечных установок для индивидуальных потребителей особенно в сельской местности. Расширение масштабов применения солнечных установок не только даст значительную экономию энергоресурсов, но и позволит смягчить экологическую ситуацию.

Солнечная энергия является основным источником всех естественных явлений на Земле: она нагревает ее атмосферу, океаны и поверхность суши. Она влияет каким-то образом на климатические изменения, такие как засухи, ледниковые периоды и так далее. Зная все это нельзя не заинтересоваться состоянием Солнца в настоящее время. Каким было наше Светило в прошлом, что станет с ним в далеком будущем.

1.2.1. Основные направления использования энергии Солнца
Температура на видимой поверхности Солнца составляет около 6000 К, в центре - 10 миллиардов градусов, а в центре Земли порядка около 100 миллионов градусов. На Солнце происходят термоядерные реакции. Как известно, при термоядерных реакциях, образуются водород и гелий. Водорода содержится 80%, гелия - 20%. В такой реакции расходуется примерно 75% вещества. В результате масса Солнца каждую секунду уменьшается на 4 млн. т, тем не менее, ученые полагают, что его состояние практически не изменится еще в течение миллиардов лет.

Солнечное излучение, распространяясь со скоростью 300 тыс. км/с, уже через 8 мин. достигает орбиты Земли, отстоящей от Солнца на 1500 млн. км. Его исходная интенсивность настолько велика, что даже на таком большом расстоянии она составляет около 1300 Вт/м2. На рис.1 представлено взаимодействие солнечного излучения с атмосферой. Такому виду рассеяния подвержено в основном наиболее коротковолновое излучение. Отраженное от различных частей атмосферы рассеянное излучение доходит до нас, принося голубизну ясного неба, которую можно наблюдать на малых высотах.

Капли воды также сильно рассеивают солнечное излучение. При повышенной их плотности, например в массивной туче, рассеяние может быть столь велико, что до 80% фотонов возвращается вновь в космическое пространство. Если учесть, что облачность в среднем покрывает около 50% неба, то такой механизм потерь солнечной энергии следует считать достаточно мощным.

Рис. 1. Взаимодействие солнечного излучения с атмосферой:

1—поглощение в озоне; 2—рассеяние излучения различными компонентами атмосферы; 3—многократное рассеяние;4—однократное рассеяние; 5-отражение излучения облаками; 6—рассеяние излучения в облаках; 7 — поглощение компонентами атмосферы

Солнечное излучение при прохождении через атмосферу встречает еще одно значительное препятствие - это молекулы водяного пара углекислого газа и других соединений, которые поглощают излучение. Степень этого поглощения зависит от длины волны, наиболее интенсивно оно в середине инфра­красной области спектра. Все виды электромагнитного излучения распространяются с одинаковой скоростью (скоростью света). Если длину волны обозначать через , то частоту излучения можно определить отношением с/. Частоты, характерные для инфракрасной области спектра, соответствуют частотам колебаний молекул некоторых входящих в состав атмосферы соединений. Это обстоятельство также обусловливает потери энергии солнеч­ного излучения, поглощенная энергия затем в процес­се столкновений (сравнительно частых в довольно плотной атмосфере Земли) распределяется между другими молекулами.

Будем считать поглощенное излучение полностью потерянным, хотя позже мы увидим, что благодаря ему образуется некое вторичное излучение, играющее важную роль. В результате взаимодействий с атмосферой, интенсивность солнечного излучения у поверхности Земли по сравне­нию с ее значением в верхних слоях атмосферы умень­шается более чем вдвое. Существенно изменяется также спектральное распределение энергии. Все эти эффекты зависят от состава атмосферы и вида местности. Прохождению сол­нечного излучения препятствуют значительная за­грязненность атмосферы больших городов, высокое содержание водяного пара у морского побережья, облачность и т. д. Но, по-видимому, основным факто­ром, определяющим интенсивность солнечного излуче­ния в той или иной точке земного шара, является пройденный им путь.

Потери на этом пути связаны с рассеянием и поглощением излучения и, как будет показано дальше, зависят от времени суток, сезона и географического местоположения. Земля движется по эллиптической орбите. Оказывается, что оси эллипса незначительно отличаются друг от друга. Эксцентриситет орбиты настолько мал, что она почти не отличается от круговой. Величина радиуса земной орбиты, составляющего около 1500 млн. км, принята за астрономическую единицу (а.е.); максимальные отклонения от этого значения в течение года не превышают 1,5%.Такие отклонения настолько несущественны, что не сказываются на чередовании сезонов. Последние обусловлены наклоном земной оси к плоскости её орбиты. Угол наклона составляет около 66,5 и практически не меняется в пространстве. Такая ориентация оси вращения Земли при ее движении относительно Солнца обусловливает, как это видно из (рис. 2), существенные колебания продолжительности светового дня в течение года. Например, в Северном полушарии наибольшая продолжительность све­тового дня отмечается 22 июня в период летнего солнцестояния, когда земная ось наклонена северным концом в сторону Солнца, и соответственно самый короткий день (самая длинная ночь) отмечается 22 декабря в период зимнего солнцестояния, когда ось ориентирована в противоположную сторону.

Рис. 2. Движение Земли относительно Солнца


Существует два других характерных положения Земли относительно Солнца, а именно, когда ось вращения Земли оказывается перпендикулярной линии, соединяющей центры Земли и Солнца. Эти так называемые моменты равноденствия, отмечаются 21 марта и 23 сентября, когда день равен ночи. Чтобы обосновать целесообразность использования солнечного излучения, необходимо оценить общую энергию, получаемую на поверхности Земли в данное время дня или года. При этом мы должны учитывать вклад рассеянной компоненты излучения в общем объеме энергии. Интенсивность же прямой составляющей рассчитывается, как указывалось выше, с учетом временных колебаний воздушной массы и изменений пути лучей в атмосфере. Точность подобного расчета в значительной мере зависит от состояния атмосферы, ее загрязненности, тумана, облачности и т.д.

Перечисленные явления обычно способствуют уменьшению прямой составляющей, так как обуслов­ливают поглощение и рассеяние, однако при этом рассеянная компонента может значительно возрасти. При достаточно плотной облачности до Земли доходит лишь рассеянная компонента излучения. Наилучшим методом оценки мощности солнечной радиации является непосредственное долговременное измерение ее интенсивности в различных зонах земного шара.

В настоящее время уже существует несколько метеорологических станций, на которых непрерывно регистрируется интенсивность солнечного излучения на горизонтальной поверхности (иногда ее неудачно называют инсоляцией). Таких станций пока еще слишком мало, чтобы можно было составить общую картину распределения интенсивности солнечной радиации по всему земному шару, но по мере повышения значимости получаемых ими данных число таких станций будет расти. На рис. 3 показано изменение интенсивности солнечного излучения со временем после полудня для широты центральной Англии (=52). Эти кривые соответствуют летнему и зимнему солнцестояниям. Площадь, ограниченная кривой, соответствует полной энергии излучения, получаемой за весь день; сравни­вая эти две кривые, мы можем оценить максимальное и минимальное количества энергии за год.

Интенсивность на горизонтальной поверхности,




Вт/м2

1000


800

600


400

200


2 4 6 8 10

Время до и после полудня, [ч]

Рис. 3. Интенсивность солнечного излучения на горизонтальной поверхности при безоблачной атмосфере (=52° с.ш.)
Результаты подобных расчетов для других широт приведены в табл.1. Для каждого случая указаны два значения: первое соответствует только прямой состав­ляющей излучения, а второе (в скобках) учитывает вклад рассеянной составляющей. За единицу энергии здесь также принят кВт∙ ч.

Как мы уже говорили раньше, на экваторе интенсивность солнечного излучения достигает максимума при равноденствии, когда азимут Солнца в течение всего дня равен 90 - оно как бы висит над голо­вой. В период летнего и зимнего солнцестояния ин­тенсивность солнечного излучения на экваторе мини­мальна.

Общее количество солнечного излучения за год определяют путем суммирования суточных данных. Изменение солнечной радиации в течение года описывается кривой, по форме близкой к синусоиде, максимум и минимум которой распределены симметрично в двух полугодиях. В последней колонке табл. 1. приведены приблизительные годовые значения солнечной энергии для горизонтальной поверхности в условиях безоблачной атмосферы. Из табл. 1. видно, что дневное количество солнеч­ного излучения максимально не на экваторе, а вблизи широты 40. Подобный факт также является след­ствием наклона земной оси к плоскости ее орбиты.

Таблица 1

Инсоляция на различных широтах для чистой атмосферы




Местоположение

Широта

Инсоляция, кВт∙ч/м2

Наиболь-

шее


значение

за день


Наимень-

шее


значение

за день


Годовое

значение


Экватор



6,5(7,5)

5,8(6,8)

2200 (2300)

Тропики

23,5°

7,1(8,3)

3,4(4,2)

1900 (2300)

Средние широты

Центральная Англия

Полярный круг


45°

52


66,5

7,2(8,5) 7,0(8,4)

6,5(7,9)


1,2(1,7) 0,5(0,8)

0(0)


1500 (1900) 1400 (1700) 1200 (1400)

Как показывает рис. 1, в период летнего солнцестоя­ния Солнце в тропиках почти весь день находится над головой, и продолжительность светового дня (13,5 ч) здесь больше, чем на экваторе. С повышением широты продолжительность дня возрастает, и хотя интенсивность солнечного излучения при этом умень­шается, максимальное значение дневной инсоляции приходится на широту около 40° и остается почти по­стоянным (для условий безоблачного неба) вплоть до полярного круга. С другой стороны, интенсивность солнечного излучения в зимнее время с повышением широты резко падает, поэтому полное его количество за год в районе полярного круга составляет лишь по­ловину его значения на экваторе. Следует подчеркнуть, что данные табл. 1. справедливы лишь для чистой атмосферы. С учетом облачности и загрязнения атмосферы промышленными отходами, характерных для многих стран мира, приведенные в таблице величины следует уменьшить, по крайней мере вдвое. Например, для Англии годовое количество солнечной радиации составляет лишь 900 кВт∙ч/м2 вместо 1700 кВт∙ч/м2 (табл.1).

Энергия солнца составляет колоссальную цифру - 1,6•10,6 кВт.∙ч - это приблизительно в 20 тыс. раз больше той энергии, которая вырабатывается и потребляется всем Земным шаром и практически не используется (потребляется в мире примерно 10 млрд. т.у.т.). Причем та часть солнечного излучения, которая падает на Землю, по акад. Вернадскому составляет всего одну сорока пятимиллионную долю от общего излучения солнца. За три дня Солнце поставляет на Землю энергии столько, сколько содержится во всех запасах органического топлива, и тем не менее этот вид энергии пока еще не освоен. Причин тут несколько: первая - Солнце как источник энергии весьма непостоянно (то оно есть, то его нет), вторая - энергия Солнца весьма рассеяна - на квадратный метр поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, падает 1,35 кВт/м2, причем в средних широтах плотность составляет около 20% от максимальной. Причем, как это ни странно, облака не поглощают солнечную энергию (примерно 16%), а вот отражение от облаков достигает до 90%. С учётом рассеяния солнечной энергии на 1 м2 приходится около 1 кВт/ч. Так, Сократ (470÷ 399 г. до н.э.) говорил: "В домах, ориентированных на юг, зимой лучи проникают в портик, но летом, когда солнце находится над нашими головами и крышами, там тень. Поэтому, если считать такое положение оптималь­ным, то следует строить часть здания выше, чтобы ловить солнце, а северную ниже, чтобы препятствовать холодным ветрам". Это его наблюдение справедливо и в настоящее время и используется в строительстве.


1.2.2. Солнечная энергия в прошлом

В древние времена люди обожествляли Солнце как почти единственный источник тепла и света. Даже теперь эта традиция продолжает существовать среди некоторых примитивных племен. Если взглянуть в глубь тысячелетий, на память приходят таинственные древние сооружения, сохранившиеся до наших дней: великие египетские пирамиды, одинокие каменные круги эпохи мегалита в Западной Европе, останки цивилизации Майя. Почему наши предки тратили столько усилий на воздвижение этих монументов. Мы не знаем точного ответа, однако потребность следить за движением Солнца была несомненно одним из главных стимулов в их строительстве. Современные двойники этих старинных храмов – солнечные обсерватории. Возможно, хотя и нельзя утверждать определенно, уже 20000 лет назад проводились систематические наблюдения Солнца. В 212 году до нашей эры с помощью концентрированных солнечных лучей зажигали священный огонь у храмов.

Наших предков интересовало, откуда же исходит это лучезарное тепло. Источник они видели каждый день, а вот причину знать не могли, поэтому с ранних времен возникали поклонения Солнцу. Эта одержимость принимала религиозную форму, так как они не могли найти объяснение дарованного им тепла и света.

Вернемся в нашу эру. Наиболее ощутимые достижения в использовании солнечной энергии начались в начале 17 века.

В 1600 году, во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XIII веке ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, в ней были изучены свойства углерода и платины. В 1866 году Ф.А. Мумо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 году А. Мумо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было приготовить за 20 минут. В 1833 году в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8•3,3 м.

Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м2 и использовался в тепловом двигателе, работающий на аммиаке. В 1885 году была предложена схема солнечной установки с плоским коллектором для подачи воды, причем он был смонтирован на крыше пристройки к дому

Первая солнечная крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 году американским инженером У. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя воду для рудника. Английский изобретатель, А.Г. Инеас в штате Аризона (США) большие солнечные концентраторы для производства водяного пара давлением 10 бар.

В 1880 году профессор В.К. Церасский в Москве осуществил производственное плавление металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000С.

Исследование солнечной энергии продолжается и по сей день. Практическое применение солнечной энергии находится в различных сферах жизнедеятельности человека.

1.2.3. Перспективы использования солнечной энергии в наше время

В большинстве высокоразвитых стран годовое ко­личество солнечной энергии, падающей на крыши жилых домов, значительно превосходит величину энер­гии, необходимой для их отопления или охлаждения. Поэтому естественно, прежде всего, говорить об ис­пользовании солнечной энергии для подобных целей. В некоторых странах солнечная энергия уже применяется для приготовления сушеных пищевых продуктов и опреснения воды. Как мы увидим в дальнейшем, кпд большинства этих устройств чрезвычайно низок, поэтому полезно расходуется лишь незначительная часть (всего несколько процентов) от общего количества принятой солнечной энергии. Тем не менее, перспективы ее использования представляются заманчивыми. Даже при кпд 5% солнечной энергии, собранной с 6 м2 горизонтальной поверхности в тропических районах, оказывается достаточно для удовлетворения энергетической потребности на душу населения на современном этапе развития человеческого общества. Для этих целей можно использовать обширные неосвоенные пространства, не принося ущерба сельскому хозяйству. Наиболее подходящими районами для сооружения энергостанций, работающих на солнечной энергии, являются огромные зоны пустынь, которые опоясывают почти весь земной шар в районах тропиков.

Первая промышленная солнечная установка была изготовлена в Чили в Лас Салинасе для опреснения воды в 1972 г. (Ч. Уилсоном) .Она состояла из 64 панелей длиной 61 и шириной 1,2 м, площадью - 4756 м2 и производила 19 тыс. литров свежей воды, причем по стоимости была даже ниже опреснительных установок, работающих на угле (95%). Использование солнечной энергии осуществляется по следующим 4 основным направлениям: теплотехническое, фотоэлектрическое, биологическое и химическое. Теплотехническое - это исполь­зование энергии солнца для производства теплоты, главным образом, низкого потенциального уровня (невысокие значения температур), в первую очередь, для отопления жилых домов. В качестве теплоносителя в этом случае используется или вода или воздух. Первые коллекторы, предназначенные для этих целей, появились в Италии в 1974 г. Одна из трудностей - обеспечение теплом зимой и в плохую погоду; для этого создаются тепловые аккумуляторы, простейшим из которых является емкость, заполненная галькой. В последнее время стали ис­пользовать глауберову соль, имеющую низкую температуру плавления. Как показывает опыт эксплуатации, за зимние месяцы с 1 октября по 1 апреля солнечные коллекторы позволяют обеспечить 44% отопления и 57% горячего водоснабжения. В России построен ряд объ­ектов подобного типа, в основном на юге страны, есть успешный опыт использования и в средней полосе - Подмосковье.

Одним из интересных предложений является особая разновидность плоского коллектора - солнечный бассейн, у нас еще его называют соляной пруд. Доктор Табор с сотрудниками из Национальной физической лаборатории Израиля разработал и исследовал весьма остроумную разновидность плоского коллектора - солнечный бассейн. В таком устройстве поглотителем служит непосредственно водный бассейн, который при необходимости можно оборудовать любым покрытием. Под воздействием солнечной радиации температура воды повышается как за счет непосредственного поглощения водой фотонов энергии, так и за счет теплообмена между поглощающим излучение днищем бассейна и водой. При нагревании вода расширяется и нагретые более легкие слои поднимаются вверх. В таком виде солнечный бассейн, казалось бы, не имеет никаких преимуществ перед обычным поглотителем на основе твердого тела. Однако было обнаружено, что в некоторых природных водоемах самые нагретые слои воды оказываются скорее на дне, чем на поверхности. Как предполагают, это явление обусловлено высоким содержанием соли в таких водоемах.

Еще из школьных опытов мы помним, что с повышением температуры воды растворимость солей увеличивается. Это нетрудно объяснить. Переход частиц твердокристаллических тел в раствор осуществляется благодаря тому, что силы их взаимодействия с молекулами растворителя оказываются больше сил, удерживающих эти частицы в структуре твердого тела. Проанализировать эти силы взаимодействия теоретически довольно трудно, но мы можем пронаблюдать их экспериментально. При повышении температуры колебания помогают частицам преодолеть силы, удерживающие их в кристаллической решетке, связь между ними ослабевает и они легче переходят в раствор.

Однако повышенное содержание в воде некоторых определенных солей препятствует уменьшению плотности растворителя, обусловленному расширением последнего. Таким образом, достигается устойчивое состояние, при котором более нагретые слои жидкости уплотняются и остаются на дне бассейна. Следовательно, температура изменяется с глубиной бассейна так же, как и концентрация соли, которая у поверхности воды оказывается ниже, чем у дна. Результаты экспериментов показали, что равновесная температура в подобных бассейнах может достигать 100  С. и выше (рекорд - 109С). Мы не будем рассматривать подробно принцип действия солнечного бассейна, поскольку анализ протекающих в нем процессов тепло - и массообмена довольно сложен. Процесс поглощения солнечной радиации осуществляется здесь отчасти в толще воды, а отчасти у дна бассейна. Он сопровождается сложным перераспределением энергии между различными слоями жидкости за счет теплопроводности и излучения. Вследствие этого характеристики излучения бассейна определяются его поглощающими свойствами.

Для наших целей можно считать, что такой бассейн подобен плоскому коллектору, поглотитель которого по своим свойствам занимает некоторое промежуточное положение между рассмотренными ранее нейтральным и селективным поглотителями. Солнечные бассейны имеют ряд преимуществ перед коллекторами других типов. Это наиболее дешевые приемники больших количеств солнечной энергии; благодаря высокой теплоемкости воды они обладают широкими возможностями сохранения внутренней энергии. В бассейнах малого размера теплообмен между водой и окружающей атмосферой, а также близлежащими слоями почвы протекает интенсивнее, чем в больших бассейнах, поэтому наиболее эффективны бассейны площадью выше 50 м2. В бассейнах подобных размеров волнение под действием ветра вызывает нарушение устойчивости в распределении и концентрации соли, поэтому в них приходится устанавливать специальные защитные приспособления. Однако, несмотря на различные технические трудности, солнечные бассейны находят все большее применение.

Для опреснения воды и выработки электроэнергии Янтовский Е.И. предлагает использовать соляной пруд. Дело в том, что при орошении в соляных районах большая часть воды уходит в землю, где сильно минерализуется и практически уже не может быть использована. На площади 17 тыс. км2 на глубинах (20÷25)м содержится 500 см3 грунтовых вод с минерализацией 50 г/л. Всего в пустынной или полупустынной области России расходы таких вод оцениваются в 1200 м3/с или 36 км3 в год. Как ее опреснить? Одним из решений может быть соляной пруд глубиной (2÷3) м. Даже зимой на широте наших пустынь температура не падает ниже 50  С. Горячий рассол легко разделить на совершенно пресную воду и более крепкий рассол в энергетической опреснительной установке. Расчеты показывают, что стоимость электроэнергии составляет 17,9 центов за 1 кВт.•ч (с 1984 г. в Израиле такая установка работает ). По расчетам, для более мощных установок стоимость будет составлять за 1 кВт.•ч 1,3 цента, что уже сопос­тавимо с угольными ТЭЦ. К примеру для Средней Азии на орошение необходимо 20 км3 пресной воды в год, а для этого нужен пруд размером 100х200 км - 20 тыс. км2, т.е. получается, что для полива 1 Га необходимо (0,5 ÷ 1) Га поверхности пруда, да еще можно получить 200 млн. кВт. электроэнергии (летом), а это мощность, всех ТЭЦ страны.

Рассмотрим схему для опреснения воды. На рис. 4 показана простейшая система подобного назначения. Предназначенная для очистки вода набирается в поддон, расположенный в нижней части устройства, где она нагревается за счет поглощения солнечной энергии. Поверхность поддона обычно чернят, так как вода почти беспрепятственно пропускает коротковолновую часть солнечного излучения (иногда воду подкрашивают в черный цвет, и она становится поглотителем). С повышением температуры движение молекул воды становится более интенсивным и часть из них покидает поверхность воды. Подхваченные конвективными воздушными потоками такие молекулы уносятся прочь. Насыщенный водяными парами воздушный поток поднимается вверх, охлаждается; соприкасаясь с поверхностью прозрачного покрытия, пары частично конденсируются, а образовавшиеся капли стекают по ней вниз. Охлажденный воздух вновь опускается к поверхности воды, замыкая цикл конвективного движения. Для повышения эффективности системы необходимо, чтобы при конденсации на поверхности покрытия образовывалась водная пленка, так как при конденса­ции воды в виде капель значительная часть падаю­щей на поверхность покрытия солнечной радиации отражается ими. Даже при сравнительно больших углах наклона поверхности, когда вода довольно быстро стекает, примерно половина всей поверхности покрытия занята каплями воды. В зависимости от величины поверхностного натяжения воды и материа­ла панели покрытия вода конденсируется на нем в том или ином виде. На тщательно очищенной от сле­дов жира стеклянной поверхности обычно образуется пленка воды, тогда как почти на всех, даже более чистых пластмассовых поверхностях сконденсирован­ная вода выпадает в виде капель. Это свойство пла­стических материалов можно заме­тить, наблюдая поведение капель воды на поверхно­сти сумок и плащей.

На некоторых новых пластических материалах воз­можна пленочная конденсация воды, но такие мате­риалы вследствие высокой стоимости (приближаю­щейся к стоимости стекла) для рассматриваемых целей непригодны. Средняя производительность солнечной опресни­тельной установки приравнивается к скорости выпадения осадков, последняя составляет 0,5 см в день.

Р
ис.4. Простой солнечный опреснитель
В американском городе Феникс за последние 30 лет средняя тем­пература воздуха повысилась на 30 С. Причинами явились выхлопы автомобилей, рост покрытий из асфальта и бетона. Одна из площадей летом нагревается до 66 С, а температура воздуха достигает 50С. Для охлаждения воздуха в городе в 1987 г. построены две испарительные башни солнечного охлаждения высотой 10 м. Вверху размещен охлаждаемый элемент из картона, смачиваемого водой, через который проходит воздух. Он охлаждается, увлажняется и со скоростью 60 м/мин опускается вниз башни (на выходе воздух имеет температуру на 17 С ниже, чем при заборе его в верхней части). Такие солнечные кондиционеры сейчас охлаждают площадь 325 м2 и которую предлагается расширить ее до 11000 м2.

В 80-х годах в Испании у города Манзанарес (в долине Ла-Манше, где Дон-Кихот сражался с ветряными мельницами), был построен и испытан демонстрационный макет гелиоаэродинамической электростанции. Она представляет собой башню, вокруг которой размещены солнечные коллекторы и специальный турбогенератор. Принцип очень прост - в солнечном коллекторе, а это перекрытие из полимерной пленки, пропус­кающей солнечное излучение, и непрозрачной для инфракрасной лучей, испускаемых расположенной под ней земной поверхностью, возникает парниковый эффект (как в теплице). Воздух нагревается и в башне воз­никает мощный восходящий поток воздуха. При этом воздух вращает лопасти турбогенератора. Высота башни – 200 м, диаметр - 10м, диаметр солнечного коллектора - 250 м, проектная мощность - 250 кВт. Оказывается, что уже при мощности 50 кВт такая электростанция является рентабельной. Рассматривается проект таких установок мощностью 100 мВт. При этом диаметр башни должен быть несколько сот метров, высота - километр, площадь солнечного коллектора несколько десятков квадратных километров, да и солнце светит не всегда, и располагать такую станцию надо в пустынных районах, где нет жилых поселений – при этом нужны накопители энергии.

Самым простым способом непосредственного применения солнечной энергии является приготовление пищи. Процесс, всегда требует больших затрат энергии и человеческих усилий. Один из вариантов конструкции солнечной печи показан на рис. 5.

Такая простая печь быстро нагревается и позволяет приготовить пищу за несколько часов. Затраты энергии на приготовление пищи (около 300 Вт.•ч/кг) обычно не превышают количества энергии, идущей на нагревание самой печи. Для более быстрого приготовления пищи и осуществления процессов требующих высокой температуры, солнечные печи снабжаются параболическими рефлекторами.

Рис.5. Солнечная кухня типа “горячий ящик”


Конструкции, подобные изображенным на рис. 6, с диаметром зеркала около 1,5 м испытывали в различных частях земного шара. Эффективный коэффициент концентрации таких систем с краевым углом 30 С (даже при плохо обработанной поверхности зеркала) достигает (500÷1000). В тропических условиях мощность, получаемая в фокусе такого устройства, составляет (0,5÷1,0) кВт.


Рис.6. Солнечная кухня с параболическим зеркалом


Тень, отбрасываемая на зеркало сосудом для приготовления пищи диаметром около 15 см, весьма незначительна, но тем не менее несколько раз в тече­ние часа необходимо регулировать положение зеркала относительно Солнца. При использовании такого рода устройств для научных исследований ориентировку зеркал следует производить более тщательно. Для получения очень высоких температур обычно используют несколько больших параболических зеркал, установленных так, что они имеют общий фокус. В системах, состоящих из нескольких зеркал, дополнительно устанавливается плоское зеркало, так называемый гелиостат, с помощью которого следят за кажущимся движением Солнца и направляют солнечные лучи на неподвижные зеркала. Параболическое зеркало является здесь частью стационарного лабораторного устройства с фиксированным фокусом, которое позволяет проводить различные эксперименты, требующие высокой температуры. Такого рода исследования проводятся в лаборатории солнечной энергии Французского нацио­нального научно-исследовательского центра, располо­женного в Западных Пиренеях вблизи границы с Испанией. В этой лаборатории с помощью солнечной печи с зеркалом диаметром около 10м, установленной на горе Луис, впервые были проведены работы по очистке особо тугоплавких металлов. Теперь вместо этой лаборатории в районе Одейо создана новая печь, на которой установлено параболическое зеркало диаметром порядка 50 м. Оно изготовлено из 8000 небольших зеркал, каждое из которых имеет вогнутую, форму. Формируя в фокальной плоскости изображение Солнца в виде круга диаметром примерно 50 см, эта гигантская система обеспечивает мощность до 1200 кВт. Такая система позволяет производить очистку особо тугоплавких веществ в больших масштабах. Для нее были разработаны специальные вращающиеся тигли с водяным охлаждением, вмещающие одновременно сотни килограммов исследуемых материалов.

Под действием сфокусированного солнечного излучения материал в центре фокального пятна расплавляется, расширяясь при этом, но в то же время благодаря вращению тигля удерживается в нем. В таких условиях плавление центральной части материала осуществляется в отсутствие контакта со стенками тиглей, что возможно только в солнечной печи. Таким способом были получены в значительных количествах наиболее тугоплавкие материалы, точки плавления которых достигают 3000С. К их числу относятся соединения окислы кремния и циркония. Благодаря тугоплавкости и химической стойкости эти материалы находят широкое применение в некоторых отраслях современного производства, где их химическая чистота имеет особое значение.


Отопление и горячее водоснабжение зданий. Использование солнечной энергии для отопления и горячего водоснабжения школ, фабрик, для бытовых нужд и т.д. является одним из наиболее привлекательных способов ее применения. Системы горячего водоснабжения на основе плоского солнечного коллектора уже сейчас получили широкое распространение в Израиле и Японии. Рис. 7 поможет нам понять принцип действия солнечного водонагревателя.


Подобное устройство напоминает системы бытового горячего водоснабжения с непосредственным или косвенным подогревом. Конструкция этих устройств может быть весьма сложной, но чтобы оценить их экономичность, мы рассмотрим простейшее из них.

Рис.7. Простой солнечный водонагреватель с естественной циркуляцией


В устройстве, (рис. 7) основным теплообменником является поглотитель. Жидкость здесь либо непосредственно омывает тыльную часть пластины поглотителя, либо проходит через систему труб, являющихся по существу частью этой пластины. В воздухонагревательных коллекторах пластины поглотителей имеют множество отверстий, при прохождении через которые воздух нагревается. В условиях хорошего теплообмена между окружающей средой и пластинами (это характерно для нагревания жидкости) температуры поглотителя и жидкости одинаковы. Поскольку жидкость нагревается при прохождении через коллектор, очевидно, что на входе жидкости поглотитель холоднее, нежели на выходе. Перепад температуры зависит как от удельной теплоемкости жидкости, так и ее скорости.

При естественной конвекции вследствие низкой скорости циркуляции жидкости разность температур составляет несколько десятков градусов. В условиях искусственной перекачки жидкости с помощью насоса скорость ее протекания и скорость теплообмена с коллектором увеличиваются. Поэтому при анализе подобных водонагревательных систем в большинстве случаев приходится учитывать изменение температуры вдоль пластины поглотителя. Однако при упрощенном рассмотрении принципов действия такого устройства мы будем полагать, что вся поверхность поглотителя имеет одинаковую температуру, при которой происходит теплообмен между ним и жидкостью. Результаты такого рассмотрения оказываются вполне применимыми к оценке систем, в которых разность температур жидкости на входе и выходе невелика. Конечно, и здесь какой-то перепад температур существует, поскольку жидкость получает энергию.

Чтобы определить, какое количество тепла жидкость получает от коллектора при различных температурах, воспользуемся следующим методом расчета. Рассмотрим плоский коллектор с однослойным покрытием и поглотителем, поглотительная способность которого для солнечного излучения равна 0,9. Напомним, что нейтральным мы называем поглотитель, имеющий при равновесной температуре коэффициент излучения, близкий к 1,0, тогда как у селективного поглотителя он составляет примерно 0,1. В обоих случаях будем считать, что стеклянное или пленочное покрытие коллектора непроницаемо для длинноволнового излучения.

В результате расчета была определена потребность в энергии для водонагревательных систем школ, больниц и т. п. Установлено, что-то таким можно ежегодно получать около 1000 кВт/ч энергии. Ежегодная потребность в энергии для горячего водоснабжения больших больниц в странах тропического пояса в настоящее время составляет ориентировочно около 500 Мвт/ч, ее можно относительно дешево удовлетворить с помощью плоского коллектора общей площадью 500 м 2. Коллектор такого размера удобно разместить на крыше больницы, чтобы не отводить для него специального места на земле; кроме того, подобное сооружение обеспечит тень вокруг здания больницы.


Т
кВт. ч/м2

епловая энергия, получаемая за день



5





Селективный

поглотитель



3

Нейтральный

поглотитель



1


оС

30 40 50 60 70 80

Рис. 8. Зависимость выходной мощности солнечного водонагре­вателя от температуры в любое время года (= 23,5° с. ш.)
Аккумулирование тепловой энергии. Аккумулирование тепла в любой водонагревательной системе позволяет приспособить ее к условиям меняющегося на протяжении суток спроса на горячую воду. Применение различных средств для накопления энергии при использовании солнечных энергетических установок дает возможность также преодолеть и другую трудность, связанную с непостоянством интенсивности солнечной энергии в течение суток. Как мы уже видели, даже в условиях безоблачного неба приемлемое количество энергии при подходящей температуре жидкости можно получать лишь в течение нескольких часов до и после полудня.

Более высокие температуры требуются лишь на короткие промежутки времени. Например, солнечные энергетические установки, предназначенные для отопления зданий, поддерживают температуру теплоносителя на уровне 60С лишь около трех часов в сутки. Поскольку в подобных системах периоды потребления и получения энергии не совпадают, то очевидно, что ее нужно накапливать в течение суток, чтобы затем отбирать при подходящей температуре. В развитых странах с похожим на английский климатом в зимнее время средний ежесуточный расход энергии на горячее водоснабжение и отопление жилых домов оценивается в 15 и 150 кВт.•ч. соответственно.

Ежедневные затраты энергии на горячее водоснабжение крупных больниц в странах тропического пояса составляют несколько МВт.•ч. Если для накопления энергии используется вода, подогретая, скажем, на 10оС, то при ее удельной теплоемкости 3,2 Вт.•ч/(кг.∙К), малой скорости расхода в жилом здании и без учета потерь для получения в течение суток необходимого количества энергии требуется около 14 тыс. л воды, а занимаемый ею объем составляет 14 м2. Эта цифра выглядит более или менее реальной, но применительно к больнице она достигает 200 тыс. л; а соответствующее сооружение технически осуществить чрезвычайно трудно. С подобной трудностью сталкиваются при разработке бытовых ночных электронагревателей, получивших сейчас в Англии широкое распространение. В таких нагревателях, потребляющих сравнительно малую мощность, электрические элементы разогревают специальный материал, который хорошо удерживает тепло. Запасенная таким образом энергия затем постепенно расходуется, поддерживая температуру помещения в определенных пределах. При этом материал настолько перегревается, что обычно для тепло­изоляции в нагревательных элементах используют огнеупорный кирпич, В результате подобные нагрева­тели оказываются весьма громоздкими.

При использовании солнечных коллекторов энергия накапливается либо в подземных резервуарах с водой, либо в заполненных камнями отсеках. Вто­рой вариант предпочтительнее для воздухонагревательных систем, где воздух нагревается, проходя между камнями. Если предположить, что камни имеют одинаковый размер и сферическую форму, то пустоты между ними составляют около трети общего объема отсека. Это обеспечивает большую поверх­ность контакта нагреваемого воздуха и хорошие ус­ловия для теплообмена. Основным недостатком по­добных систем является их низкая теплоемкость (в четыре раза меньше теплоемкости воды). В рассмотренных устройствах тепловая энергия накапливается за счет повышения кинетической и по­тенциальной энергии молекул среды. Значительно большая энергия расходуется при фазовых переходах, то есть в процессе разрушения упорядоченной струк­туры, например, при плавлении или парообразовании. В таком случае входная энергия преимущественно тратится на повышение потенциальной энергии моле­кул, обусловленное увеличением расстояния между ними.

В одной из разновидностей солнечного нагрева­теля в качестве такого накапливающего тепло веще­ства используется парафин, температура плавления которого равна примерно 55С, а скрытая теплота плавления составляет около 40 Вт.•ч/кг. При охлаж­дении парафина мы вновь получаем эту энергию, но при более удобной температуре. В подобном устройстве для накопления 150 кВт.•ч тепловой энергии объем резервуара не превышает 4 кубометра. В качестве теплоносителей применяются также гидраты некоторых солей. Например, глауберова соль Na2SO4 • 10 H2O плавится при температуре около 32С, при этом на разрушение кристаллической структуры затрачивается приблизительно 67 Вт.∙ч/кг. При охлаждении ее до той же температуры накопленная энергия высвобож­дается.

Процесс плавления ÷ затвердевания соли можно повторить многократно, однако установлено, что если расплав соли не перемешивать, то возникает перераспределение концентрации, затрудняющее рекристаллизацию соли. Благодаря постоянным поискам и исследованиям удалось найти и другие вещества с большой скрытой теплотой плавления, в которых обратимые фазовые переходы осуществляются при температуре (40÷60)С. К сожалению, многие из них не пригодны из-за высокой стоимости, взрывоопасности, токсичности, коррозионной активности и т.д. Получение механической энергии осуществляется уже несколько иным путем. Для этого используются двигатели в основном 3-х типов: воздушные с замкнутым циклом, воздушные с разомкнутым циклом, паровые на основе коллекторов и хладагентов. Это пока опытные установки. Мощность парового солнечного двигателя 150 Вт, суммарный кпд 3,5%, тепло подводится от 3-х коллекторов с площадью каждого 2,8 м2. Есть и промышленные установки. Например в Италии в Сан-Илларио построена солнечная установка с паропроизводительностъю 150 кг пара в час и температурой 500С. Поле гелиостатов состоит из 270 зеркал диаметром 1 м каждое; во Франции строится станция мощностью 2 МВт.

Крупнейшая в мире солнечная печь (Франция) сооружена из 63 гелиостатов с площадью каждого 45 м 2, они отражают солнечные лучи на зеркало площадью 2500 м2. Лучи фокусируются на диаметре 40 см. Максимальная мощность 1100 кВт с температурой 3800С. Во Франции же введена в эксплуатацию солнечная электростанция мощностью 2,5 МВт. Она включает в себя 21 гелиостат с поверхностью каждого 54 м 2, гелиоприемник объемом 56 кубометров расположен на башне высотой 100 м. Энергоустановка работает по циклу Ренкина, теплоносителем является расплав соли. Аккумулирование теплоты осуществляется в резервуаре объемом 2300 кубометров при температуре (300 ÷ 400) С, кпд установки 17%. Стоимость выработки электроэнергии пока в 10 раз выше, чем на АЭС.

Солнечные печи строятся в Крыму, Ташкенте, Ереване, с рабочими температурами (2500 ÷ 4000) С и градиентом температур до 1000С. Крымская СЭС имеет мощность 5 МВт (это мощность 1-ой АЭС в г. Обнинске). На вершине башни устанавливается паровой котел (высота башни 70 м), на площади диаметром 500 м размещается 1600 гелиостатов 5∙5 каждый. Вода нагревается до 300С, а затем используется в обычной, паросиловой установке. На ночь предусматривается аккумуляция тепла в резервуаре емкостью 400 т. воды с температурой 300С (число часов с солнцем около 2000 в год).

Существует опыт комплексного использования энергии солнца. Наиболее интересным является дом, построенный в США, называемый домом Ловинса. Институт Скалистых гор в штате Колорадо (США) состоит из 20 человек. Основные проблемы, решаемые институтом: эффективное использование энергии, предотвращение кризиса водных ресурсов, улучшение эконо­мической ситуации в сельских районах и др. Начало положено в 1976, когда Ловинс опубликовал статью по энергетической стратегии, где он утверждал, что путь по созданию новых источников энергии для удовлетворения чрезмерно раздутых и нерациональных потребностей - путь ошибочный. Надо искать наиболее эффективные пути и экономичные способы их удовлетворения. Дом Ловинса площадью 435 м2 расположен на высоте 2,8 км над уровнем океана. Здесь много солнца, но зимой холодно, до - 30С. Одной стеной дома служит скала. Нет системы отопления. Изоляции состоит из прокладки полиуретана. Герметичные двойные рамы заполнены аргоном, на стекла нанесена прозрачная пленка для видимого света, но отражающая инфракрасное излучение. Качество изо­ляции окон вдвое лучше традиционных тройных рам. Обогрев осущест­вляется за счет солнечной радиации и тепла, выделяемого жильцами, растениями, приборами (температура поддерживается 21С). Есть оран­жерея, вода для полива сначала приходит через аквариум, где обо­гащается кислородом и органикой.

Горячая вода получается под дейст­вием солнечной радиации и хранится в специальных резервуарах. Вмес­то обычных ламп применяются флюоресцентные мощностью 8 Вт, причем световой поток от них такой же, как и от обычной лампы в 75 Вт. Стоит 1 лампочка 17 долларов, а весь дом 700 тыс. долларов, но и служит в несколько раз дольше. Холодильник и морозильник расходуют в 6 раз меньше энергии, чем обычные, душ и туалет - на 90% меньше воды. В целом на одного человека расходуется только 10% от той электроэнергии, которая расходуется в обычном доме и 30% от используемой воды. Оказывается, что дополнительные затраты приводят к существенной экономии и окупаются в течение года.

Другим примером использования энергии солнца является следующее. Для сушки сена в Литве применяются термоаккумуляторы (армированная пленка), что позволяет использовать солнечное тепло даже в пасмурную погоду. Качество сена оказывается лучше, да и к тому же экономится около 10 тыс. кВт.•ч электроэнергии в год. В Калифорнии за год построена геотермальная электростанция, работающая на горячей воде с Т= (90÷160) С, циркулирующей на глу­бине (150 ÷ 300) м. Она состоит из 26 модулей с мощностью каждого модуля 1200 кВт. Турбины работают по циклу Ренкина с жидким теплоносителем. Кпд электростанции (12÷25)%.

Существует также фотоэлектрическое направление. Это непосредственное преобразование солнечной энергии в электрическую. В этом случае исполь­зуются фотоэлектрические преобразователи, в основном кремниевые (но есть и из арсенида галлия), их кпд пока не очень высок - 15÷17% (20 ÷ 25%).

Стоимость выработки электроэнергии таких элементов – (50÷60) долларов и выше. Считают, что она снизится до 15 долл./кВт. В мире уже сейчас насчитывается несколько десятков тысяч подобных устано­вок небольшой мощности (на маяках, буях и т.д.) Есть проекты (по­ка фантастические) строительства СКЭС (космических) на высоте 38,5 тыс. км от Земли. Можно передавать энергию и лазером. Уже сейчас есть солнечные автомобили и самолеты, но это пока экзотика.

Следующее направление - биологическое. Это использование солнечной энергии через какой-либо промежуточный продукт, в пер­вую очередь, через фотосинтез растений . Например, если использовать молочай, то с 1 га земли можно получить до З кг биобензина . На роль промежуточного носителя энергии претендуют многие растения (топинамбур - земляная груша, подсолнечник, орехи кокосовых пальм и др.).

Химическое направление - это тоже использование солнечной энергии через промежуточные энергоносители, в основном для запаса и хранения энергии. В Бразилии сейчас создается город (первый в мире), потребности которого в энергии будут полностью удовлетворяться альтернатив­ными источниками, в первую очередь, Солнцем. На крышах домов раз­мещаются плоские солнечные коллекторы для нагрева воды. В центре города строится здание с фотоэлементами для выработки электроэнер­гии. В качестве резерва строится электростанция, работающая на техническом спирте, который будет получаться тут же на заводе из клубней маниоки.

Отходы производства и бытовой мусор тоже идут в дело - для получения биогаза. Уже сейчас рассматриваются проекты по переводу всего промышленного производства Западной Европы на солнечную энергию или на солнечную с ядерной. Считают, что можно полностью перейти на солнечную энергию (гидроэнергетика остается) к 2170 г.

Подводя итог, можно сказать, что солнце как кормило, поило и одевало человека, так оно это продолжает делать и сейчас, но только оказывается, что его лучше всего использовать без "посредников".


Каталог: wp-content -> uploads -> umk2
uploads -> Шжқ «Павлодар қаласының №5 емханасы» кмк байқау кеңесі отырысының №2 хаттамасы павлодар қ. 2015 жылғы 12 қазан Өткізу формасы
umk2 -> Тюменская областная дума тобольско-тюменская епархия
umk2 -> Социальная эффективность управления региональной системой образования
umk2 -> Тюменская область
umk2 -> Разработка и исследование технологических жидкостей для добычи и транспортировки нефти
umk2 -> Практическое занятие 1
umk2 -> 1 Обсадные трубы отечественного производства
umk2 -> Исследование и разработка способов, повышающих нефтеотдачу в низкопроницаемых коллекторах хохряковской группы месторождений


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет