1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика




Скачать 142.43 Kb.
Название1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика
Дата конвертации18.02.2013
Размер142.43 Kb.
ТипПояснительная записка


Муниципальное общеобразовательное учреждение МОУ Мирненская СОШ №11


Энергосбережение.


Авторы: Грянников Александр – 10 класс, Магомадов Арби – 10 класс, Шевчук Егор – 11 класс.

Руководитель – Король Елена Фёдоровна – учитель физики.


Содержание:


1.Пояснительная записка

2. Гелиоэнергетика.

2.1.Актуальность.

2.2.Солнечный коллектор.

3. Солнечные электростанции.

4. Презентация.


Пояснительная записка.


Сегодня в среднем на каждого жителя Земли расходуется примерно 3 — 4 киловатта мощности. По расчётам учёных, если население будет составлять 7,5 миллиарда человек (что ожидается в первой четверти XXI века), то примерная величина энергетической мощности составит почти 30 миллиардов киловатт. А в XX веке потребление энергии составляло примерно 10,5 миллиарда киловатт. За год мы сжигаем от 9 до 20 млрд. тонн топлива. 75% всей потребляемой энергии составляют полезные ископаемые (34% - нефть, 25% - уголь, 19% - природный газ); 5% остальной потребляемой энергии – атомные ЭС; 6% - ГЭС; 11% - от других источников энергии. Это чревато необратимыми последствиями для нашей планеты. Так как при получении энергии осуществляется сжигание различных видов топлива — газа, угля, нефти, дерева, при котором происходит выделение больших количеств углекислого газа, накопление которого в атмосфере может привести к так называемому парниковому эффекту. Уже сейчас это явление начинает ощущаться в масштабах всей планеты: растёт средняя температура воздуха, начинается интенсивное таяние льдов, возникают новые пустыни. А значит, использование в дальнейшем таких источников энергии не должно быть, да и они недолговечны. Если рассматривать перспективы традиционной энергетики, то угля хватит на 100 лет, нефти на 40 лет, газа на 250 лет, урана на 2500 лет.

Использование возобновляемых источников энергии, таких, как солнечные коллекторы, солнечные электропанели, ветровые, гидро-и геотермальные источники энергии, может свести к минимуму зависимость от ископаемого топлива и значительно снизить выбросы CO2. В среднем, на каждые 1кВт/ч энергии, вырабатываемой на угольных электростанциях, в атмосферу выбрасывается 1 кг СО2. При сжигании природного газа для производства электроэнергии и нагрева воды происходит выброс около 450 граммов СО2 на каждый 1 кВт/ч энергии.

В данной работе мы постараемся ответить на вопрос, как можно уменьшить потребление электроэнергии в быту. И хотим привлечь внимание к решению этой проблемы.


Гелиоэнергентика.


Актуальность


На территории Ростовской области целесообразно использовать в качестве источника альтернативной энергии солнечную и ветровую энергию. Так среднегодовая продолжительность солнечных дней в нашей области составляет 2050 – 2150 часов. В летнее время продолжительность солнечного сияния не уступает Сочи. Среднегодовая скорость ветра у нас достигает 4,6 м/с, в некоторых местах (выход к Азовскому морю, юго-запад области), скорость ветра значительно больше, а для работы ветрогенератора достаточно ветра, дующего со скоростью 2,6 м/с. Использовать энергию, производимую ветряками, пока сложно из-за непостоянства ветра. Поэтому мы решили более подробно рассмотреть использование гелиоэнергетики на территории Ростовской области.

В зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет в среднем 100 – 250 Вт/м2 . Ростовская область находится на широте от 500 до 440 , что является наиболее оптимальным для использования гелиоустановок, в этих условиях поток солнечной энергии составляет около 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе около 1 000 Вт/м2 .


Солнечный коллектор


Энергию Солнца использовали для обогрева домов ещё в Древней Греции. Первый солнечный коллектор для подогрева воды был впервые сконструирован в ХIХ веке. В Израиле уже около 1 млн. солнечных коллекторов обеспечивают горячей водой свыше 70% жителей этой страны. В России только 1% жителей используют солнечную энергию для горячего водоснабжения.

Один из способов, который получил наиболее широкое распространение, – это теплоснабжение с использованием солнечных коллекторов-водонагревателей, которые неподвижно устанавливают на крышах домов под определённым углом к горизонту. Они обеспечивают нагрев теплоносителя (вода, воздух, антифриз) на 40-50°С по сравнению с температурой окружающей среды. Солнечные коллекторы можно применять для отопления квартиры и для получения горячей воды.

Рассчитаем стоимость использования коллекторов для отопления: например, для обогрева жилья площадью 80 м2 потребуются коллекторы площадью 36 м2. Будем рассматривать качественные коллекторы по 150 дол/м2, они дадут тепловой энергии в год 9 200 кВт. Стоимость 36 м2 составит 5 400 долларов или 169 400 рублей. Гарантийный срок эксплуатации коллектора – 3 года. Таким образом, отопление за год составит 59 600 руб. А это намного дороже, чем традиционное топливо – уголь и природный газ. Очевидно, что применение коллекторов для отопления пока не эффективно, намного выгоднее использовать солнечную энергию для горячего водоснабжения в период с марта по октябрь.

Рассчитаем стоимость горячего водоснабжения с помощью коллекторов:

Расход горячей воды в сутки на семью из четырёх человек составляет примерно 180-200 литров, или 5 500 л в месяц. Предположим, что в сельской местности, при отсутствии центрального горячего водоснабжения, часть воды нагревается электричеством, часть газом. Из расчёта стоимости 1 кВт*ч – 1,96 руб, 1 баллон газа -450 руб. получим, что затраты на подогрев воды до температуры 650 составляют 885 рублей в месяц. В течение двух лет мы потратим на горячую воду 21 240 рублей и это без учёта повышения цен на электроэнергию и газ. Использование коллекторов здесь даёт прямую выгоду: в таблице представлена производительность горячей воды коллектором площадью 1 м2:


Месяц

Объём воды, нагретой до 550С, л

Март

44

Апрель

53

Май

65

Июнь

70

Июль

71

Август

66

сентябрь

58

Октябрь

43

Два коллектора площадью по 2 м2 полностью удовлетворят потребности горячей воды. Их стоимость составит 600 долларов или 18 600 руб. За 2 года они окупятся, затем мы будем пользоваться горячей водой совершенно бесплатно.


Устройство и установка солнечного коллектора. (см. Приложение)


Солнечные коллекторы разделяют на два типа плоские и вакуумные.

Плоский солнечный коллектор представляет собой теплоизолированный с тыльной стороны и боков ящик, внутри которого помещена тепловоспринимающая металлическая или пластиковая панель (абсорбер), окрашенная для лучшего поглощения солнечного излучения в темный цвет и закрытая сверху прозрачным элементом. Его обычно изготавливают из стекла с низким содержанием металлов. Абсорбер для повышения поглощающей способности лучше изготавливать из листового рифленого листа меди. Панель является теплообменником. Он состоит из змеевика, по каналам которого, прокачивается нагреваемая вода. Вода направляется в теплоизолированный бак, гидравлически соединенный с солнечным коллектором. За день вода из бака может несколько раз проходить через коллектор, нагреваясь до расчетного уровня температуры, зависящего от соотношения между объемом бака и площадью солнечного коллектора, а также от климатических условий. Циркуляция воды в замкнутом контуре солнечный коллектор – бак - солнечный коллектор (рис.1) может осуществляться принудительно с помощью небольшого циркуляционного насоса или естественным образом за счет разности гидростатических давлений в столбах холодной и нагретой воды. В последнем случае бак должен располагаться выше верхней отметки солнечного коллектора.

c:\documents and settings\user\мои документы\архив\мои рисунки\sokol_01.gifhttp://www.solarhome.ru/img/biblio/solar/at-25-10.jpg

Рис. 1 Рис. 2

Принцип действия такого коллектора прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит обычно 80–85 %), встречаются с черным дном коллектора и в значительной степени поглощаются им. Дно начинает испускать тепловые инфракрасные лучи, которые не могут проникнуть сквозь стекло обратно наружу; в нижнем направлении путь ему преграждает слой теплоизоляции (рис. 2). Задержанное таким образом тепло передается теплоносителю, протекающему по уложенному на дне коллектора змеевику из металлических или полимерных трубок. Максимальная температура, до которой можно нагреть теплоноситель в плоском коллекторе не превышает 1000 С. Его преимуществом, по сравнению с коллекторами других типов, является способность улавливать как прямую (лучистую), так и рассеянную солнечную энергию.

Вакуумный коллектор представляет собой батарею стеклянных труб.  Внутри каждой из них в вакууме располагается двойная концентрическая трубка (рис. 3). По ее центральному каналу в конструкцию поступает из распределительного коллектора (он также двойной, совмещающий функции прямого и обратного) холодный теплоноситель. Возвращаясь по среднему каналу, теплоноситель получает «захваченное» (механизм – примерно такой же, что и в плоском коллекторе) в вакуумной трубке солнечное тепло и уносит его в систему отопления или горячего водоснабжения объекта. Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами (рис 4). Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка дает возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии.

вакуумный солнечный коллекторg:\солнечная энергия\1290871866_tube_view.jpg

Рис.3 Рис. 4

В вакуумном коллекторе теплоноситель может нагреваться до температуры 1800-2000С.

Увеличить температуру теплоносителя можно с помощью параболических зеркал (рис 5). В них достигаются самые высокие температуры. Системы зеркал или увеличительных стекол концентрируют солнечное излучение на трубчатом радиаторе, заполненном жидкостью. Она очень быстро нагревается и поступает в общую отопительную систему здания. Зеркала в установках используются либо традиционные - стеклянные, либо из полированного алюминия.



Рис. 4

Благодаря цилиндрической форме трубок, солнечные лучи всегда падают на поверхность вакуумного коллектора под прямым углом. Таким образом, в течение светового дня он эффективно работает, производя гораздо больше тепловой энергии, нежели плоский коллектор, который достигает пика только в полдень, когда солнце находится в зените. К тому же вакуум, представляющий собой совершенную термоизоляцию, способствует резкому уменьшению теплопотерь. Вакуумные коллекторы можно применять для отопления в зимнее время. Недостаток этого типа коллекторов – высокая цена. Стоимость солнечного коллектора площадью 3,25 м2 – 1 200 долларов плюс комплектующие к нему ( бойлер, система труб) ещё 5 500 долларов. Таким образом, установка «под ключ» обойдётся в 207 700 руб. Но в результате в теплое время года можно полностью отказаться от потребления газа и электроэнергии для нагревания воды, а зимой — сэкономить на энергоносителях 40–60% и тем самым внести пусть и небольшой вклад в сохранение экологии нашей планеты.


Установка коллектора .

Солнечные коллекторы устанавливают на южной стороне дома, заменяя им часть кровли, либо в форме навеса. Для наиболее эффективной работы их устанавливают под углом 350С – 400С к горизонту. Обычно солнечные коллекторы устанавливаются неподвижно, а угол наклона выбирают в зависимости от основного назначения устройства. При установке необходимо ориентироваться на рельеф местности. В северных районах может представить интерес вариант установки под углом, близким к вертикали, тогда приемник будет больше использовать лучи, отраженные от поверхности снежного наста. . Идеальный вариант с изменяющимся углом наклона так, чтобы зимой он составлял 550 С -600 С, а в июне -250С.

Выводы.

В климатических условиях Ростовской области солнечные водонагревательные установки могут эффективно использоваться индивидуальными хозяйствами в бытовых целях в течение 6-7 месяцев в году (март/апрель - сентябрь).

Для нагрева 100 л воды солнечная установка должна иметь 2-3 м2 солнечных коллекторов. Такая водонагревательная установка в летнее время обеспечит ежедневный нагрев воды до температуры не менее 450С с вероятностью не менее 70-80%.

Как с энергетической, так и с экономической точек зрения для создания бытовых солнечных водонагревателей целесообразно использовать плоские солнечные коллекторы с одним прозрачным ограждением. Применение вакуумных коллекторов пока не целесообразно по экономическим причинам.

Для успешного продвижения солнечных водонагревателей на российский рынок, в частности на территории нашей области, необходима разработка технических решений и применение новых материалов, обеспечивающих при высоком качестве и долговечности снижение стоимости солнечных водонагревателей по крайней мере до 70-100 долларов в расчете на 1 м2 солнечного коллектора.

Для использования солнечных коллекторов жителями нашей области необходимо развернуть рекламную кампанию по ознакомлению широких слоёв населения с принципом работы и выгодностью их применения. Мы считаем, что на территории Ростовской области стоит наладить производство солнечных коллекторов по доступной цене.

Солнечные электростанции (СЭС)

Различают СЭС твух типов: солнечные параболические концентраторы и солнечные электростанции башенного типа. Принцип работы данных СЭС заключается в нагревании теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе.

Конструкция СЭС на основе параболических концентраторов: на ферменной конструкции устанавливается параболическое зеркало большой длины, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель (чаще всего масло). Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдаёт теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.

картинка 15 из 150


Солнечные электростанции башенного типа с центральным приемникомсолнечная башня, солнечные электростанции


В этих системах используется вращающееся поле отражателей-гелиостатов. Они фокусируют солнечный свет на центральный приемник, сооруженный на верху башни, который поглощает тепловую энергию и приводит в действие турбогенератор. Управляемая компьютером двуосная система слежения устанавливает гелиостаты так, чтобы отраженные солнечные лучи были неподвижны и всегда падали на приемник. Циркулирующая в приемнике жидкость переносит тепло к тепловому аккумулятору в виде пара. Пар вращает турбину для выработки электроэнергии, либо непосредственно используется в промышленных процессах. Температуры на приемнике достигают от 538 до 14820 C.

Главным недостатком башенных СЭС являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения СЭС мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт - всего 50 га. Высота башни при этом будет достигать 250 м.

В 1985 г. в п. Щелкино Крымской области была построена первая в СССР солнечная электростанция СЭС-5 электрической мощностью 5 МВт;
1600 гелиостатов (плоских зеркал) площадью 25,5 м2 каждый концентрировали солнечную энергию на центральный приемник в виде открытого цилиндра, установленного на башне высотой 89 м и служащего парогенератором. В настоящее время она не работает. СЭС-5 стала последней солнечной электростанцией Союза. После его распада, проработав несколько лет, экспериментальная станция была закрыта за ненадобностью и отсутствием финансирования. Единственное, что осталось - это руины башни да заброшенный гигантский "круг" зеркального поля.

В 2011 году планируется начать строительство СЭС комбинированного типа в Кисловодске. Три четверти будут занимать фотоэлектрические модули, а на оставшейся части разместят параболические концентраторы. Общая мощность СЭС составит 13 Мвт, из них 6,5 Мвт составит выработка электроэнергии и 6,5 Мвт - тепловой энергии. Приблизительная стоимость этого проекта 3 миллиарда рублей.

Условия для строительства СЭС комбинированного типа есть и нашей области. Как мы уже говорили, продолжительность солнечного сияния на территории области составляет 2150 часов, не меньше чем, в Крыму и Кисловодске и часть области расположена в степной зоне. Например, на территории Заветинского или Боковскского районов можно поставить СЭС небольшой мощности. Конечно, это очень дорогой проект, но он стоит того, чтобы над ним задуматься.


Недостатки использования солнечных электростанций


1) Из-за относительно небольшой величины солнечной постоянной для солнечной энергетики требуется использование больших площадей земли под электростанции. Однако, этот недостаток не так велик (например, гидроэнергетика выводит из пользования большие участки земли).

2) Поток солнечной энергии на поверхности Земли сильно зависит от широты и климата. В разных местах среднее количество солнечных дней в году может различаться очень сильно.

3) Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме того, мощность электростанции может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды.

4) Поверхность фотопанелей и зеркал нужно очищать от пыли и других загрязнений. При их площади в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения.


Достоинства солнечной энергетики:

  • Общедоступность и неисчерпаемость источника.

  • Существенное уменьшение затрат на обогрев дома и горячую воду;

  • Уменьшение эксплуатационных затрат;

  • Увеличение срока службы вспомогательной отопительной системы;

  • Возможность интегрирования в существующую систему теплоснабжения.

  • Солнечные водонагревательные системы идеальны как для частных коттеджей, так и для многоэтажных домов, гостиниц, офисов, автономных коммерческих магазинов, АЗС, производств и т.п.

  • Теоретически, полная безопасность для окружающей среды. Существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Литература:

  1. www.powerinfo.ru/sun-power.php

  2. www.solarhome.ru/

  3. www.baltfriends.ru/node/68

  4. www.imposol.com.ua/

  5. www.ecology.md/index.php

  6. Б. И. Иванов «Современная физика в школе», М. «ЮНИМЕДИАСТАЙЛ» 2002.

  7. Физика в школе, 2000, № 1.

  8. Рыженков А.П. Физика и экология. – М.: МГПИИ им. В.И. Ленина, 1989.

  9. Солнечная энергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.



Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconПояснительная записка «Положения о территориальном планировании города Липецка» 250/1 2 Пояснительная записка Том 1 «Существующее положение»
Пояснительная записка – Том 2 «Характеристика учреждений и предприятий социально-культурного и бытового обслуживания (современное...

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconПояснительная записка Согласно Федеральным государственным требованиям пояснительная записка к основной общеобразовательной программе дошкольного образования раскрывает

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconПояснительная записка Данный документ разработан педагогическим коллективом мбоу«Беляногорская сош»
Пояснительная записка 3

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconОсновная образовательная программа содержит следующие разделы: пояснительная записка
Пояснительная записка к Основной образовательной программе начального общего образования

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconПояснительная записка к Комплексной (Сводной) программе повышения безопасности энергоблоков
Пояснительная записка …

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconПояснительная записка Шифр: 0115520 Москва 2012г. Пояснительная записка. Основания для проектирования. Концепция проекта
Расчет теплотехнических характеристик ограждающих конструкций общежитий I, III и V типов

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconПояснительная записка 3 пояснительная записка
Охватывает: требования, предъявляемые к персоналу

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconПояснительная записка к курсовой работе на тему: “Цифровой диктофон”
...

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconПояснительная записка пояснительная записка
В. В. Акимов, доцент кафедры библеистики и церковно-практических дисциплин Государственного учреждения образования «Институт теологии...

1. Пояснительная записка Гелиоэнергетика iconПояснительная записка 4 Примерный план подготовки 5 Содержание программы 8 Квалификационные требования к врачу-хирургу 17 Информационная часть 20 пояснительная записка программа клинической ординатуры по специальности «Хирургия»
«Белорусский государственный медицинский университет», доктор медицинских наук, профессор С. И. Третьяк


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница