доклад. Доклад на конференцию по энергосбережению. Докладчик Ромашкевич Антон Андреевич Котова Наталия Александровна Луганск, 2013
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
Министерство аграрной политики и продовольствия Украины ОП «Политехнический колледж ЛНАУ» Солнечная энергия – решение электроэнергетических проблем Украины Докладчик: Ромашкевич Антон Андреевич Руководитель: Котова Наталия Александровна Луганск, 2013 Солнечная энергия – решение электроэнергетических проблем Украин Сейчас, как никогда остро стал вопрос, о том, каким будет будущее планеты в энергетическом плане. Что ждет человечество – энергетический голод или энергетическое изобилие? Солнце светит всюду, солнечная энергия принадлежит всем. Это практически единственный природный ресурс, который доступен людям, независимо от места их проживания. Для преобразования солнечной энергии в тепловую во многих странах уже давно используются гелиосистемы. Студенты Луганского строительного колледжа проводили исследование в области экономии энергоресурсов.  В своих исследованиях студенты выяснили, что особенно популярны плоские и трубчатые гелиоколлекторы. Благодаря современным высокоселективным покрытиям они способны поглощать солнечное излучение в пасмурные дни, а системы с вакуумными трубками даже тогда, когда солнце полностью закрыто облаками (то есть использовать так называемый диффузионный свет). Применение вакуумных труб — Heatpipe (HP) и труб сверхвысокой теплопроводности (SV) — было очередным шагом в развитии гелиосистем. С их появлением работа солнечного коллектора стала возможной при низких температурах (HP до -35, SV до -500C). Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи всегда падают на поверхность трубчатого коллектора под прямым углом. В течение светового дня он эффективно работает, производя гораздо больше тепловой энергии, нежели плоский коллектор. Вакуум, представляющий собой совершенную термоизоляцию, способствует резкому уменьшению теплопотерь. С  ами вакуумные трубы не представляют никакой опасности для окружающей среды. Они надежно запаяны, поэтому реагент, находящийся внутри, не может нанести вреда человеку. Трубчатые коллекторы Трубчатые солнечные коллекторы прекрасно зарекомендовали себя в различных климатических зонах Украины. В южных районах, особенно в Крыму, где солнечная активность высока, система работает более эффективно. В северной части или в западных областях, где инсоляция наименьшая, коллектор успешно решает задачу горячего водоснабжения дома.  Наиболее интенсивная инсоляция наблюдается в середине дня, поэтому плоскость коллектора должна быть ориентирована на юг. Возможны отклонения на юго-восток или юго-запад до 45-ти градусов. Более значительные отклонения можно компенсировать небольшим увеличением площади коллектора. Система должна быть установлена так, чтобы на нее не падала тень от соседних зданий и деревьев — это снижает ее КПД. Поскольку трубки имеют обтекание и их парусность гораздо ниже, чем у плоских коллекторов (система выдерживает порывы ветра 250 км/ч), иногда при монтаже их размещают, увеличивая угол наклона от 50 до 70 градусов. В этом случае в зимнее время, когда солнце находится низко над горизонтом, коллектор будет работать более эффективно, а летом, когда оно стоит высоко, неизбежны не большие потери, но при переизбытке тепловой энергии они вполне приемлемы. Для установки коллекторов производители предлагают универсальные системы, упрощающие монтаж. Их можно использовать на крышах, а также для установки на других поверхностях. Система будет без проблем работать 20–25 лет, это гарантируют производители. В  летнюю пору, когда световой день превышает 10 часов, используют как плоские, так и вакуумные коллекторы.Плоский коллектор Вакуумные коллекторы   Осенью и весной, температура окружающей среды понижена, в результате, плоские коллектора теряют производимую мощность за счет тепловых потерь в окружающую среду. На отметке 0 °С работа плоских коллекторов практически незаметна, а вакуумные коллектора успешно продолжают работать. Температура окружающей среды не влияет на работу вакуумных коллекторов, поскольку тепловая трубка коллектора надежно защищена вакуумом. Гелиосистему возможно легко интегрировать в любую систему отопления с любыми источниками тепла будь то газовый, твердотопливный, мазутный котел, любой тепловой насос. Компания «Импосол Украина» предлагает эффективный способ – установку солнечных вакуумных коллекторов. Этими вопросами занимаются профессионалы в области энергетики. ВСК эффективно работают как в летний, так и в зимний период, для отопления и горячего водоснабжения, чем выгодно отличаются от плоских коллекторов. Установка гелиосистемы, предназначенной для обеспечения дома горячей водой, обойдется по минимуму в $5000, то есть примерно 30000 гривен. Не слишком ли дорого? Представляете, сколько воды можно подогреть за эти деньги. Давайте подсчитаем, какие средства обычно затрачивают домовладельцы на эти цели. Наиболее оптимальным топливом сегодня является газ. Но со временем газ станет очень дорогим видом топлива. Что касается солнечных коллекторов, 7-8 месяцев в году они полностью обеспечивают дом горячей водой, а зимой и в межсезонье нагревают ее до +30°С, поэтому понадобится гораздо меньше газа или электроэнергии, чтобы довести воду до нужной температуры. Это экономит 80% средств, затрачиваемых на ГВС. Гелиосистема имеет несколько уровней защиты. Прежде всего осуществляется контроль за температурой воды в аккумулирующем баке. Контроллер автоматически остановит насос, если температура поднимется выше +850С, чтобы теплоноситель перестал циркулировать и подогревать воду. При +95°С и выше открывается термоклапан, и происходит сброс горячей воды (в противном случае она может закипеть, что создаст угрозу взрыва). При чрезмерном повышении давления в баке срабатывает клапан сброса давления. А чтобы температура воды, поступающей из бака непосредственно в кран, не превышала 500оС, предусмотрен термосмеситель. Каким образом поддерживается температура в баке в ночное время? Аккумулирующая емкость представляет собой нечто вроде термоса. Бак (анодированный или из нержавейки) изолирован снаружи слоем пенополистирола толщиной от 55 мм и защищен кожухом. Поэтому (если нет водоразбора) температура воды в нем может упасть за ночь не более чем на 3-5 "С. Можно ли с помощью коллекторов решить проблему обогрева дома? Солнечные коллекторы используются главным образом для подготовки горячей воды, но обогреть с их помощью дом теоретически возможно. Можно «набрать» такое гелиополе, которое будет достаточным для отопления дома, но в этом случае нужно быть готовым к тому, чтобы решить, куда девать избыточное тепло. Летом солнечная инсоляция для Киева, например, 5,25 кВт/м2 за световой день, а в декабре — 0,86, в 6 раз меньше! То есть тепло, которым мы зимой отопим дом, летом окажется в переизбытке (в 6 раз). Что с ним делать? Конечно, часть его можно направить на подогрев открытого бассейна, если таковой имеется. Но все равно придется каким-то образом закрывать коллекторы, уменьшая эффективность системы, что в общем-то не трудно. Но зачем покупать оборудование, которое не будет работать? Это нерентабельно. Можно ли использовать гелиосистему для обеспечения дома электроэнергией? Преобразование солнечной энергии в электрическую происходит в фотоэлектрических установках. Но эффективность солнечных батарей пока низкая, около 15%. Но если люди научатся сохранять полученную тепловую энергию, это будет настоящий прорыв в энергетике! Сегодня ученые всего мира работают над созданием принципиально новых гелиосистем с использованием самых современных материалов. Недавно стало известно об американской разработке на основе миниатюрных монокристаллов, которые способны воспринимать весь спектр Первый способ, который получил наиболее широкое распространение, – это теплоснабжение с использованием солнечных коллекторов-водонагревателей, которые неподвижно устанавливают на крышах домов под определённым углом к горизонту. Второй способ заключается в преобразовании солнечной энергии уже не в тепловую, а в электрическую, причём «напрямую» – при помощи фотоэлектрических установок (солнечных батарей) на кремниевой основе – наподобие тех, которые устанавливают на космических аппаратах. Наконец, третий способ, также обеспечивающий превращение солнечной энергии в электрическую, реализуется при помощи сооружения собственно солнечных электростанций, которые подразделяются на два вида – башенные и параболические. Быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря снижению стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчете на 1Вт установленной мощности с 1000 долларов (1970 год до 3 долларов 2000) год и повышение их КПД до 20%. Уменьшение стоимости солнечного ватта позволит гелиоустановкам конкурировать с другими источниками энергии. Более чем двухкратное увеличение темпов мирового потребления энергии за прошедшие два десятилетия повлекло за собой истощение запасов и удорожание органического топлива. Не менее острой стала задача предотвращения теплового загрязнения биосферы для снижения экологической напряженности. Весьма перспективной в решении этой проблемы является применение теплонасосной систем солнечного теплоснабжения(ТНССТ), которые позволяют повысить эффективность преобразования солнечной энергии, расширить объём выработки теплоты и продлить период полезной эксплуатации гелиосистем. Однако ТНССТ имеет некоторые недостатки. В часы интенсивного солнечного излучения, прежде всего в теплый период года, эффективность гелиосистем существенно зависит от степени несоответствия графиков выработки и потребления энергии. При наибольшей интенсивности солнечного излучения температура теплоносителя после гелиоприемников достигает максимальных значений. Это приводит к перегреву рабочего тела с нарушением номинального режима парокомпрессионного цикла во всех структурных элементах ТН. Поэтому суточная и сезонная неравномерность трансформии теплоты в ТН ограничивает область использования солнечной энергии. особенно на юге Украины. На рисунке представлена принципиальная схема предложенной нами ТНССТ, которая состоит из гелио- и абонентской систем, функционально взаимосвязанных между собой контуром парокомпрессионного ТН. В испарителе происходит отбор теплоты солнечного нагрева воды с последующей трансформацией и передачей её низкотемпературным системам отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Эффективность работы ТНССТ достигается за счет отбора части теплового потока нагреваемой воды для абонентского потребления с помощью дополнительного теплообменника Т1 в гелиоконтуре, установленном до испарителя и работающем на параллельном участке магистрального трубопровода системы теплопотребления относительно теплонасосного контура. Это позволяет не тольно передать часть теплоты с повышенным температурным потенциалом от теплоносителя гелиоконтура к абонентскому теплоносителю более простым способом рекуперативного теплообмена с незначительными энергозатратами, но и снизить тепловую нагрузку до номинального уровня в роботе ТН. Такое решение дает возможность с помощью температурного регулятора расхода теплоносителя РТ7 стабилизировать рациональный температурный режим ТН, прежде всего в периоды максимальной интенсивности солнечного излучения либо при несоответствии графиков выработки и потребления теплоты соответствующими системами. Проанализируем условия энергоэффективной работы ТНССТ на основе предложенной функциональной взаимосвязи структурных подсистем в наиболее характерном режиме эксплуатации, характеризуемом одновременной выработкой теплоты для потребления и зарядки бака-аккумулятора. При рассчитанной поверхности коллекторов солнечной энергии, например, по условиям нагрузки отопительно-вентиляционных систем и горячего водоснабжения, с повышением интенсивности солнечного излучения сверх расчетного значения, происходит выработка избыточной теплоты, особенно при снижении мощности теплопотребления. Таким образом, в анализируемом режиме работы ТНССТ одновременно с выработкой теплоты происходит и зарядка бака-аккумулятора. Предложенная система солнечного теплоснабжения дает возможность рационально распределить теплоту солнечного нагрева воды между теплообменниками для повышения технического ресурса ТН путем стабилизации его работы в номинальном теплогидравлическом режиме, что одновременно обеспечивает условия повышения эффективности процессов преобразования солнечного излучения с увеличением общей выработки теплоты для систем коммунально-бытового назначения.   |