М. В. Халин (подпись) (И. О. Фамилия) "" 2022 г
 Скачать 60.55 Kb.
|
|
Фотоэлектрические станции. Виды, принцип действия, доля в общем объеме производства электроэнергии в мире и России. Солнечная электростанция (СЭС) — инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной энергии различны и зависят от конструкции электростанции. Типы солнечных электростанций Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов: СЭС башенного типа СЭС тарельчатого типа СЭС, использующие фотоэлектрические модули (фотобатареи) СЭС, использующие параболические концентраторы Комбинированные СЭС Аэростатные солнечные электростанции Солнечно-вакуумные электростанции СЭС башенного типа Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров] (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой. Этот резервуар покрашен в чёрный цвет для поглощения теплового и видимого излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая воду в резервуар от турбогенератора, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты. Гелиостат — зеркало площадью в несколько квадратных метров, закреплённое на опоре и подключённое к общей системе позиционирования. То есть, в зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Основная и самая трудная задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отражённые лучи от них попали на резервуар. В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700 °C0. Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины. Фактически на станциях такого типа можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %) и высокие мощности. СЭС тарельчатого типа Данный тип СЭС использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции. Станция состоит из отдельных модулей. Модуль состоит из опоры, на которую крепится ферменная конструкция приемника и отражателя. Приёмник расположен примерно в области концентрации отражённого солнечного света. Отражатель состоит из зеркал в форме, напоминающей тарелки (отсюда название), радиально расположенных на ферме. Диаметры этих зеркал достигают 2 метров а количество зеркал — нескольких десятков (в зависимости от мощности модуля). Такие станции могут состоять как из одного модуля (автономные), так и из нескольких десятков (работа параллельно с сетью). СЭС, использующие фотоэлектрические модули Кош-Агачская СЭС СЭС этого типа в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров. Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Фотоэлектрические модули и массивы производят электричество постоянного тока. Они могут быть подключены как в последовательном, так и в параллельном электрическом устройстве к инвертору для получения любой требуемой комбинации напряжения и тока. Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями. Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением городов. СЭС, использующие параболоцилиндрические концентраторы Принцип работы данных СЭС заключается в нагревании теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе. Конструкция СЭС: на ферменной конструкции устанавливается длинное параболоцилиндрическое зеркало, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель . Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдаёт теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор. СЭС, использующие двигатель Стирлинга Представляют собой СЭС с параболическими концентраторами, у которых в фокусе установлен двигатель Стирлинга. Существуют конструкции двигателей Стирлинга, которые непосредственно преобразуют колебания поршня в электрическую энергию, без использования кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет достичь высокой эффективности преобразования энергии. Эффективность таких электростанций достигает 31,25 %. В качестве рабочего тела используется водород или гелий. Аэростатные СЭС Аэростатные солнечные станции (СЭС) бывают 2 типов: первый — солнечные элементы располагаются на поверхности аэростата. При этом КПД не превышает КПД солнечных батарей и составляет около 15 % (в пределе может достигать 40 %). В конструкции второго типа в качестве рефлектора используется параболическая, вогнутая давлением газа, металлизированная плёнка, которая служит для концентрации солнечной энергии. Стоимость квадратного метра которой мала в сравнении с солнечными батареями и любыми отражающими поверхностями. Располагаясь на высоте более 20 км аэростат не боится затенения при облачной погоде, а двигаясь с воздушными потоками не испытывает ветровых нагрузок. Верхняя часть выполнена из прозрачной плёнки с армировкой, посредине парабола пленочного концентратора из армированной металлизированной плёнки, а в фокусе — термопреобразователь, охлаждаемый легким газом-водород, для системы с разложением воды, либо гелий в случае наличия системы дистанционной передачи энергии- например радио- или свч-излучением. Ориентировка шара на солнце осуществляется за счёт перекачки балластной жидкости(вода для водородного цикла), точная ориентировка — гироскопами. При необходимости в одном дирижабле может находиться несколько плавающих шаровидных модулей. Комбинированные СЭС Часто на СЭС различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС. Солнечно-вакуумные электростанции Используют энергию воздушного потока, искусственно создаваемого путём использования разности температур воздуха в приземном слое воздуха, нагреваемого солнечными лучами в закрытом прозрачными стёклами участке, и на некоторой высоте. Состоят из накрытого стеклянной крышей участка земли и высокой башни, у основания которой расположена воздушная турбина с электрогенератором. Вырабатываемая мощность растет с ростом разности температур, которая увеличивается с высотой башни. Путём использования энергии нагретой почвы способны работать почти круглосуточно, что является их серьёзным преимуществом. Влияние на окружающую среду По некоторым сведениям, птицы регулярно погибают в воздухе над СЭС башенного типа, если они оказываются слишком близко к зоне концентрации солнечного света вокруг башни, к примеру, на СЭС Айвонпа, в Калифорнии, в среднем одно насекомое или птица погибает каждые 2 минуты. - в настоящее время в США на ВЭС производится более 9% от всего электроснабжения страны. В 2021 году было введено в эксплуатацию 13,4 ГВт новых мощностей, что составило 32% всех добавленных мощностей в США. На это потребовалось 20 миллиардов долларов инвестиций. Общая мощность ветроэнергетики США - 247 ГВт, при этом 77 ГВт приходится на морской ветер; - эффективность ВЭС значительно возросла за последние десятилетия. Показатель эффективности проекта, за который принимается средний коэффициент мощности сейчас составляет около 40%, что значительно выше, чем у ВЭС, построенных ранее; - продолжается увеличение единичных мощностей ветротурбин. Если в 2011 году ни на одной турбине не использовались лопасти диаметром 115 метров или больше, то в 2021 году уже 89% устанавливаемых турбин имели такие размеры; - снижение стоимости ветротурбин ведет к снижению стоимости ВЭС в целом. В 2021 году цены на ветряные турбины составили от 800 до 950 долларов за кВт (что значительно ниже, чем в 2010 году), а средняя установленная стоимость ВЭС составила 1500 долларов за кВт (что более чем на 40% меньше, чем в 2010 году); - в среднем по стране в 2021 году затраты на производство энергии на новых ВЭС составили 32 доллара за МВтч, что существенно ниже, чем для ТЭС на ископаемом топливе; - ценность энергии ветра для здоровья и климата в 2021 году оценивается выше, чем её сетевая стоимость (в среднем более 90 долларов США за МВтч). |