Свободная энергия

У большинства людей солнечная электроэнергетика ассоциируется с солнечными фотоэлектрическими батареями. Немногие знают, что уже много лет употребляются теплообменные элементы с селективным светопоглощающим покрытием. Вещества данного покрытия владеют свойством всасывать фактически всю падающую на их солнечную энергию (до 97%) при очень незначимом своем тепловом излучении (3-4%). Если изолировать таковой элемент за счет охлаждения внешним воздухом, то от обыденного (неконцентрированного) солнечного освещения поверхность элемента способна нагреться до 200° С и поболее.

Возможность получения таковых больших температур открывает широкие способности для сотворения солнечных паровых «котлов» и на их базе – паротурбинных энергетических установок. Подобные преобразователи солнечного излучения можно применять для получения водяного пара с параметрами, позволяющими организовать действенный термодинамический цикл в обыкновенной паровой турбине. Коэффициент полезного деяния таковой солнечной паротурбинной установки составляет 15-20% (сравним с КПД фотоэлектрических батарей).

Преобразователь энергии

Для солнечной паротурбинной установки требуются принципиально другие конструктивные решения, чем для водонагревательной. В 2002 г. был выдан русский патент №?2184322 на солнечную аэростатную электростанцию с паровой турбиной. В данной установке преобразователем солнечной энергии в тепловую является заполненный водяным паром баллон аэростата. Оболочка баллона выполнена двухслойной.

Наружная ее часть прозрачна и пропускает солнечное излучение. Внутренняя покрыта селективным всасывающим слоем и разогревается солнечным излучением до 150-180° С. Воздух меж слоями оболочки является теплоизолятором, уменьшающим утраты тепла. Температура пара снутри баллона составляет 130-150° С, давление равно атмосферному.

Водяной пар греется при контакте с всасывающей оболочкой. Для водяного пара при атмосферном давлении на уровне моря температура насыщения равна 100° С, потому водяной пар снутри баллона при температуре 130-150° С оказывается перегретым.

Если в перегретом водяном паре распылять воду, она испаряется. Конкретно таковым обычным и действенным методом происходит генерация пара снутри баллона. Из баллона пар по гибкому паропроводу подается в паровую турбину и, выходя из турбины, преобразуется в конденсаторе в воду. Из конденсатора вода насосом вновь подается вовнутрь баллона, распыляется в нем и испаряется при контакте с перегретым водяным паром.

Горячего водяного пара, находящегося в баллоне, довольно для бесперебойной работы паровой турбины в черное время суток. Из за затраты пара и охлаждения баллона за ночь подъемная сила аэростата сократится всего на 10-20%, что не достаточно воздействует на его высоту. В дневное время в итоге подогрева солнечным излучением резерв пара будет восполняться. Мощность турбогенератора можно изменять на протяжении суток в согласовании с нуждами потребителя. При поперечнике баллона выше 100 м подъемной силы водяного пара, находящегося снутри баллона, довольно для подъема конструкции в воздух.

Возможны несколько типов солнечных аэростатных электростанций в зависимости за счет метода их размещения.

Наземные и морские аэростатные электростанции

При наземном базировании аэростат с баллоном поперечником 200-300 м может размещаться на высоте пары сотен метров над поверхностью земли, при всем этом силовая паротурбинная установка будет размещена на земле, а пар из баллона в турбину подаваться по гибкому паропроводу.

Опыт сооружения схожих установок на Тайване показал, что хорошей конструкцией теплообменника парового “котла” с точки зрения КПД является совокупа гибких трубчатых экранов, на поверхность которых нанесено поглощающее покрытие. По трубчатым экранам при помощи газодувки (компрессора низкого давления) прокачивается водяной пар из баллона, и он греется при контакте со светопоглощающей поверхностью экрана.

Работа системы клапанов экранов организована таковым образом, что пар движется лишь по каналам, освещенным солнцем. Водяной пар, находящийся снутри баллона, изолирован за счет внешнего воздуха мультислойной пленочной теплоизоляцией, обладающей при малой массе высочайшей теплоизолирующей способностью. Таковая оболочка является термическим полупроводником, через который “закачивается” тепловая энергия вовнутрь баллона. Утраты тепла от термообмена с атмосферным воздухом составляют менее 10% за день.

Пленочная теплоизолирующая оболочка прикреплена к каркасу из капроновых либо углепластиковых канатов. Схожая конструкция рассчитана на ураганный ветер со скоростью до 50 м/с. При поперечнике баллона 200-300 м паротурбинная установка способна выдавать среднесуточную электрическую мощность в 1000-5000 киловатт.

Из-за того, что длительность светового дня изменяется в зависимости за счет времени года, среднесуточная мощность опытнейшей модели солнечной аэростатной электростанции на юге Тайваня с июня по декабрь изменялась в 1,5 раза. Для более больших широт данный показатель будет выше. Потому подобные электростанции наземного базирования эффективны для размещения в районах, где в году более 300 солнечных дней: побережье Средиземного моря, районы Северной Африки, Близкого и Среднего Востока, Средней Азии, Каспийского моря, Забайкалье, Монголия, Западный КНР, Австралия, Юго-Восточная Азия и т.д.

Широкому распространению солнечных аэростатных электростанций наземного базирования может помешать один недостаток – они уязвимы с военной точки зрения. В баллон поперечником 200-300 м тяжело промахнуться при стрельбе из хоть какого орудия, а попадание в него даже ружейной пули хотя не приведет к немедленному прекращению работы электростанции, но повлечет противные последствия. Опасность военного конфликта ввиду напряженных отношений с КНР привела к замораживанию тайваньской программы развертывания солнечных аэростатных электростанций.

Одним из решений трудности военной сохранности солнечных аэростатных электростанций является их морское базирование на якорных платформах. К платформе канатом крепится аэростат, внутренняя часть которого соединена гибким паропроводом с паровой турбиной, размещенной на платформе. Производимая электричество по кабелю передается на сушу. Платформа представляет собой малогабаритную конструкцию поперечником около 10 м, собирается на берегу в промышленных критериях и буксиром транспортируется к месту базирования.

Высокогорные аэростатные электростанции

Доктор Пекинского института Ван Ли предложил располагать аэростатные электростанции в высокогорных районах, выше пасмурного слоя, где их работа не будет зависеть за счет погодных критерий. Транспортировать электростанции к местам установки предлагается по воздуху грузовым дирижаблем. Размещение 10 000 солнечных аэростатных электростанций в высокогорных районах Тибета не лишь на сто процентов обеспечит электричеством отсталый район, да и дозволит поставлять электричество в соседние провинции КНР.

Выше пасмурного слоя на высоте 5-7 км за счет поверхности земли/моря электростанции можно располагать, не забираясь в горы. Силовая паротурбинная установка может размещаться как внизу, так и в люльке аэростата. При наземном расположении паротурбинной установки баллон с паром может соединяться с паровой турбиной гибким паро¬проводом длиной около 7 км. Опыта производства схожих паропроводов пока нет.

Одним из вариантов быть может трубчатая конструкция из мягеньких оболочек и мягенькой термоизоляции. В качестве материала несущей оболочки возможна армированная стеклоткань, используемая в настоящее время в воздуховодах огромного поперечника и работающая при температурах за счет - 70° С до +650° С. Для пароизолирующей оболочки может быть использование полиамидной пленки (допустимая температура +180° С). Масса такого гибкого паро¬провода длиной 7 км составит всего 15% за счет массы оболочки баллона.

Питательную воду вовнутрь баллона можно подавать каскадом насосов. При навесном размещении паротурбинная энергоустановка крепится в люльке аэростата, а электричество по кабелю передается вниз.

При теплофизических расчетах таковой электростанции было найдено замечательное свойство. Оказалось, что при температуре внешнего воздуха - 30° С на высоте 5-7 км количество тепла, отдаваемое нижней, не освещенной Солнцем поверхностью баллона от воздушного охлаждения, равно количеству тепла, поглощаемому верхней поверхностью баллона за счет Солнца. Потому можно использовать малогабаритный и легкий водно-воздушный конденсатор для конденсации водяного пара, выходящего из турбины. Масса силовой установки в данном случае не превзойдет 30 т, что не вызовет проблем для ее крепления к баллону аэростата.

Справка

В настоящее время в США разрабатывается воздушная система релейной связи на базе привязных дирижаблей. Предприятие Platforms Wireless International создает дирижабль для эксплуатации на высотах 3-10,5 км. С наземной базой он будет соединяться кабелем-тросом поперечником 2,5 см. В Рф привязные аэростаты производятся в Долгопрудненском конструкторском бюро автоматики.

От высотных аэростатных энергоустановок можно обеспечить потребности в тепловой энергии (отопление и горячее водоснабжение) такого крупного города, как Москва. Потребность городка в природном газе в данном случае сократится в 2 раза, освещенность местности – всего на 3%.

Спрос на схожую продукцию на мировом рынке фактически неограничен и прибыли компаний-производителей солнечных аэростатных электростанций будут сравнимы с прибылями нефтедобывающих предприятий.

По материалам «Энергетика и Индустрия России»

Страницы: 1 | 2 | 3 | 4

---

Последние новости

• Американцы разработали самосборные солнечные батареи
• Самолеты на биотопливе станут реальностью
• Рынок солнечных батарей значительно переполнен
• Россия готовит корабль с ядерным двигателем для полета на Марс
• Роль России в контроле изменений климата
• Растительное электричество: Ток из листьев
• Японцы показали солнечные батареи с выдающимися данными
• Японский электромобиль установил мировой рекорд по пробегу
• Япония принимается за разработку автобусов на электротяге
• Азот поможет запасти энергию