CC BY
2
2. Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Проблема загрязнения водопроводных сетей. // Инновационная наука. - 2016. - № 6-2. - С. 95-96.
3. Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Влияние гидроэлектростанций на окружающую среду. // Инновационная наука. - 2016. - № 3-3. - С. 93-95.
4. Малая гидроэнергетика в России. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.cleandex.ru/articles/2016/01/18/hydropower8.
5. Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Влияние альтернативной энергетики на окружающую среду. // Инновационная наука. - 2016. - № 3-3. - С. 97-98.
УДК 620.91
Хакимуллин Б.Р. студент кафедра ПТЭ институт теплоэнергетики Гумеров И.Р. магистрант кафедра ПТЭ институт теплоэнергетики Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедра ПЭС ФГБОУВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЯМОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
В статье рассматриваются эколого-экономические характеристики прямого использования солнечной энергии. Основные методы преобразования солнечной энергии на основе полупроводниковых материалов и тепловых двигателей.
Ключевые слова: гелиостанции, фотоэлектрические преобразования, термодинамический цикл.
Hakimullin B.R. Gumerov I.R. Zainullin R.R.
EKOLOGO-ECONOMIC CHARACTERISTICS OF DIRECT USE
OF SOLAR ENERGY
In article ekologo-economic characteristics of direct use of solar energy are considered. The main methods of transformation of solar energy on the basis of semi-conductor materials and heat engines.
Keywords: heliostations, photo-electric transformation, thermodynamic
cycle.
Считается, что возобновляемые источники энергии (ветровые,
солнечные, геотермальные, волновые и др.), модульные станции на природном газе с использованием топливных элементов, утилизация сбросного тепла и отработанного пара, как и многое другое, - реальные пути защиты от изменения климата без создания новых угроз для ныне живущих и будущих поколений.
Мощность солнечной радиации, поглощенной атмосферой и земной поверхностью, составляют 105 ТВт (1017 Вт). Это значение кажется огромным по сравнению с современным мировым энергопотреблением, который равен около 10 ТВт. Поэтому ее считают наиболее перспективным видом нетрадиционной (альтернативной) энергетики [1].
К основным методам преобразования солнечной энергии относятся, прежде всего, методы прямого использования солнечной энергии -фотоэлектрическое преобразование и термодинамический цикл, а также биоконверсия.
Фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии основан на особенностях взаимодействия полупроводниковых материалов со световым излучением. В фотоэлектрическом преобразователе свободные носители образуются в результате поглощения светового кванта полупроводником, разделение зарядов производится под действием электрического поля, возникающего внутри полупроводника. Теоретически КПД преобразователя может достигать 28% [2].
Низкая плотность солнечного излучения является одним из препятствий его широкого использования. Для устранения этого недостатка при конструировании фотоэлектрических преобразователей используются различного рода концентраторы излучения. Главные преимущества фотоэлектрических установок заключается в том, что они не имеют движущихся частей, их конструкция очень проста, производство -технологично. К их недостаткам можно отнести разрушение полупроводникового материала от времени, зависимость эффективности работы системы от ее запыленности, необходимость разработки сложных методов очистки батарей от загрязнения. Все это ограничивает срок службы фотоэлектрических преобразователей.
Электрическую энергию получают из солнечной энергии методом термодинамического преобразования практически так же, как из других источников. Данный метод предполагает концентрацию солнечных лучей при помощи зеркал для нагрева рабочего тела и превращения тепловой энергии в электрическую с помощью теплового двигателя на основе органического цикла Ренкина (ОЦР). Эффективность модуля ОЦР может составлять до 20% при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела - органической жидкости пентана С5Н12. Однако такие особенности солнечного излучения как низкая мощность, суточная и сезонная изменчивость, зависимость от погодных условий, накладывают определенные ограничения на конструкцию термодинамических преобразователей [3].
Обычный термодинамический преобразователь солнечной энергии содержит систему улавливания солнечной радиации, которая предназначена частично скомпенсировать низкую плотность солнечного излучения; приемную систему, которая преобразует солнечную энергию в энергию теплоносителя; систему переноса теплоносителя от приемника к аккумулятору или к теплообменнику; тепловой аккумулятор, который обеспечивает смягчение зависимости от суточной изменчивости и погодных условий; теплообменники, образующие нагревательный и охладительный источники тепловой машины [4, 5].
В настоящее время идеи термодинамического преобразования реализуются в схемах двух типов: гелиостаты башенного типа и станции с распределенным приемником энергии.
На гелиостанции башенного типа энергия от каждого гелиостата передается оптическим способом. Управление гелиостатами осуществляет ЭВМ. До 80% стоимости станции составляет стоимость гелиостатов. Система сбора и передачи энергии в установках башенного типа оказывается очень дорогой. Поэтому такие установки не получили широкого распространения. В Мексике, США, работают три блока установки такого типа мощностью 392 МВт [6].
Станции с распределенными приемниками солнечной энергии оказались более перспективными. Концентраторы параболического типа, вращающиеся вокруг оси, передают энергию трубчатым приемникам-теплообменникам, находящимся на фокальной линии. В качестве теплоносителя обычно используется масло или низкокипящее рабочее тело. Нерешенной проблемой в гелиостанциях является вопрос о длительном хранении электроэнергии. Хотя этот вопрос является не решенным не только в солнечной энергетике, но и вообще в энергетике.
Самые крупные солнечные электростанции построены в Калифорнии (Solar Ranch типовая мощность - 250 МВт): одна станция может снабжать до 100 тыс. домохозяйств. Таких станций пока немного. Они есть в Испании, Италии, Израиле, Японии. В основном солнечные электростанции размещаются в районах, где значительное число солнечных дней в течение года. Солнечные электростанции могут вырабатывать лишь небольшое количество электроэнергии для местного, как правило, не промышленного использования. Они хороши на крышах высотных зданий в крупных городах (альтернативой им являются тепличные комплексы эстетически-паркового или сельскохозяйственного назначения, или просто аллеи-мансарды). Но все это не решает энергетических проблем, а стоимость гелиоустановок пока очень высока.
Самые мощные солнечные электростанции в России находятся в Крыму, где расположены солнечная электростанция «Охотниково» мощностью 80 МВт и солнечная электростанция «Перово» мощностью 100 МВт [7].
Использованные источники:
1. Гафуров Н.М., Хакимуллин Б.Р., Багаутдинов И.З. Основные направления альтернативной энергетики. // Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 7476.
2. Экологические проблемы энергетического обеспечения человечества. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://nuclphys.sinp.msu.ru/ecology/ecol/ecol05.htm.
3. Гафуров А.М. Перспективные области применения энергетических установок на низкокипящих рабочих телах. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №1 (25). - С. 9398.
4. Гафуров А.М. Потенциал для преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в работу теплового двигателя. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2014. №3 (23). - С. 19-24.
5. Гафуров А.М., Гатина Р.З., Гафуров Н.М. Использование сжиженного углекислого газа в качестве рабочего тела в тепловом двигателе для утилизации тепловых отходов промышленности. // Теория и практика современной науки. - 2016. - № 9 (15). - С. 91-94.
6. Гелиоэнергетика - мировой тренд в области экологичной энергетики. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.eprussia.ru/epr/289/7481625.htm.
7. 20 самых больших проектов солнечной энергетики. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://altenergiya.ru/sun/20-samyx-bolshix-solnechnoj-energetiki.html.
УДК 620.91
Хакимуллин Б.Р. студент кафедра ПТЭ институт теплоэнергетики Гумеров И.Р. магистрант кафедра ПТЭ институт теплоэнергетики Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедра ПЭС ФГБОУВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИОКОНВЕРСИИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В статье рассматриваются эколого-экономические характеристики биоконверсии солнечной энергии. Основные методы газификации биомассы и
