Современные источники энергии

1.

Современные
Источники
Энергии
Кафедра ЭПГ, Левшов Александр Васильевич

2. Классификация нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

Резолюция № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.)

3.

Почему электрическая энергия получила такое широкое применение?
ЭЭ обладает специфическими свойствами:
1) может просто и эффективно превращаться в другие виды энергии,
необходимые человеку :тепловую, механическую, звуковую, световую и т.д.
2) позволяет создавать двигатели
как очень большой мощности (прокатные станы, компрессоры),
так и очень малой мощности (эл.двигатель часов)
3) может относительно просто передаваться на значительные расстояния в
больших количествах с малыми потерями
4) способность к дроблению и преобразованию параметров (U, )

4.

Использование
энергии ветра
для получения
электроэнергии

5. Ветроэнергетика. Основные понятия.

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (ВЭУ)преобразует кинетическую энергию ветрового
потока в какой-либо другой вид энергии.
1- ВД
2 - рабочая машина(1+2= ВА)
3 - аккумулирующее или
резервирующее устройство
4 - дублирующий двигатель
5 - система управления
Если нет
ветра

6. Ветроэнергетика.

Типы современных ветродвигателей
Ветроагрегаты делятся на две группы:
с горизонтальной осью вращения:
барабанные («ромашка»)
крыльчатые ( винтового типа)
с вертикальной осью вращения :
карусельные или лопастные
ортогональные

7. Ветроэнергетика. Типы современных ветродвигателей

ветроколесо
барабанного типа
Репеллер=
ветроколесо
ВД
Д.= простота конструкции!
Недостатки=
По сравнению с другими
современными репеллерами,
ветроколесо барабанного типа
имеет наименьший коэффициент
использования энергии ветра.
Мощность их относительно
невелика.
Однако применяется оно
наиболее широко как автономный
источник энергии .

8. Шельфовая ВЭС

9. Шельфовая ВЭС

10. Ветроэнергетика. Типы современных ветродвигателей

ветродвигатели с горизонтальной
осью вращения крыльчатые
Типы крыльчатых ВД.
Отличаются только
количеством лопаток.

11. Ветроэнергетика. Крыльчатые ветродвигатели

.
Крыльчатый ВД состоит из
следующих основных
элементов:
ветроколесо
головка=
=гондола
хвост
башня

12. Ветроэнергетика. Крыльчатые ветродвигатели. Назначение элементов

Ветроколесо превращает энергию ветра в механическую работу; оно
может иметь одну или много лопастей, которые устанавливаются под
некоторым углом к плоскости вращения ветроколеса.
Головка – конструктивный элемент на котором монтируют вал
ветроколеса и верхний передаточный механизм (редуктор).
Конструкция и число ступеней редуктора зависят от назначения и
мощности ВД, а также числа оборотов ветроколеса и рабочей машины.
Головка может свободно вращаться вокруг вертикальной оси в
сопротивлениях башни.
Хвост, который закрепляется за головкой, предназначен для установки
ветроколеса на ветер; он работает подобно флюгеру.
Башня служит для поднятия ветроколеса на высоту, на которой
влияние препятствий для воздушных потоков минимально

13. Ветроэнергетика. Крыльчатые ветродвигатели

По прогнозам фирмы Боинг (США) -- длина
лопастей крыльчатых ВД в обозримом
будущем не превысит 60 метров, что позволит
создать ВА традиционной компоновки
мощностью 7 -8 МВт.
Сегодня самые крупные ВД – 7.5 МВт
( Энеркон.Германия)
Последние новости : в Дании ввели в строй ВЭУ 8МВт Vestas V164

14. Перевозка одной лопасти ВЭУ Энеркон (7.5МВт)

15. Ветроэнергетика. Типы ветродвигателей с вертикальной осью

Ветродвигатели
карусельного типа
Однолопастной
карусельный или S- образный
двигатель

16. ВЭУ с вертикальной осью вращения

17. ВЭУ с вертикальной осью вращения

18. ВЭУ с вертикальной осью вращения

19. ВЭУ с вертикальной осью вращения своими руками

20. Ветроэнергетика. Карусельные ветродвигатели

По сравнению с крыльчатыми карусельные ВД:
тихоходные
не требуют ориентации по направлению ветра
имеют повышенный вращающий момент
Вывод : Способны работать при небольших
скоростях ветра

21.

Ветроэнергетика. Терминалогия
Располагаемая мощность потока
Мощность потока ветра, которую можно использовать, образуется из
кинетической энергии масс воздуха, проносящихся в единицу времени
перпендикулярно площади заданного размера.
В ВД эта площадь определяется наветренной поверхностью репеллера.
С учетом высоты над уровнем моря, давления воздуха на ней и его
температуры
располагаемая мощность N (в кВт) на единицу площади определяется
уравнением
N = 0,0000446 V3 ,
здесь -V [м/с].

22.

Ветроэнергетика. Терминалогия
Коэффициент использования энергии ветра.
Мощность, развиваемая на валу
Коэффициент использования =
располагаемая мощность потока
Максимальным этот коэффициент становится при определенном соотношении
между скоростью внешнего края лопасти ветроколеса w и скорости ветра
u
Значение этого соотношения w/u зависит от типа ветродвигателя.
Коэффициент использования энергии ветра зависит от вида ветроколеса и
составляет от 5–10% (голландская мельница с плоскими крыльями, w/u = 2,5)
до 35–40% (профилированный крыльчатый репеллер, 10
≥ w/u ≥ 5).

23.

Ветроэнергетика.
Коэффициент использования энергии ветра и вращающие моменты
различных ВД
1-
234-
МАХ Момент вр.
6-
МАХ к.п.д
5-

24. Оборудование украинских ВЭС

Ветротурбина Тurbowinds 600-48

25.

Технические характеристики Ветротурбины Тurbowinds 600-48
Номинальная мощность
600 кВт
Скорость ветра на высоте головки:
скорость включения
3 м/с
скорость номинальная
12,5 м/с
скорость выключения
25 м/с
скорость предельно допустимая
50 м/с
Диаметр ротора
48 м
Высота башни
60 м
Количество лопастей
3 шт.
Частота вращения ротора
15,3 об/мин
Масса:
общая ветротурбины (включая башню)
96,5 т
ротор (включая лопасти)
15 т
гондола
26 т

26.

27.

Ветроустановока USW 56-100
спроектирована во второй половине 70-х годов в
США. На сегодня уже морально устарела.
Ветротурбина USW 56-100 является первой сетевой
американской турбиной.
Впервые была смонтирована на одной из ВЭС в
Калифорнии в 1981 г.Первоначально её параметры:
мощность - 50 КВт,
диаметр ветроколеса – 17 м,
скорость вращения ветроколеса - 72 об/мин.
Высота башни 24 м
Затем мощность генератора увеличили до 107, 5 кВт
На Новоазовской ВЭС башню увеличили до 36 м

28. Новоазовская ветроэлектростанция

Проектная мощность 50 МВт
Генеральный застройщик ПЭО «Ветроэнергопром»
Оборудование : ветротурбина UWS-56-100
• номинальная мощность 100.7 кВт
• высота башни
18 м
• диаметр ротора
17 м
• диапазон скорости ветра 5 -13-22 м/с
Смонтировано
220 установок
Н Е Д О С Т А Т О К UWS-56-100
высокая начальная скорость ветра низкий коэффициент использования мощности в условиях Донбасса

29.

Использование
энергии Солнца
для получения
тепловой и
электрической
энергии

30.

Солнечное излучение
Сведения о Солнце:
Диаметр 1392 тыс. км.
Масса 2*1030 кг (по массе в 333 тыс. раз, по объему в 1.3 млн.раз > Земли
Средняя плотность 1400 кг/м3.
Химический состав Солнца:
•81,76 % водород
•18,14 % гелий
• 0,1 % азот
Источник энергии Солнца :
термоядерная реакция превращения водорода в гелий (4 млрд.кг/сек)
Основная часть энергии – электромагнитное излучение ( = 0,2-3 мкм).
Мощность излучения :
•На верхней границе атмосферы 5,6*1024 Дж. (1360 Вт/м2)
•Отражение атмосферой – около 35%

31.

Влияние атмосферы Земли на излучение Солнца
Атмосфера : поглощает и отражает (рассеивает) солнечный свет
Поглощается:
инфракрасный спектр излучения: парами воды,
ультрафиолетовый – озоном.
Рассеивается: молекулами газов, частицами пыли и аэрозолями.
Количественный параметр влияния атмосферы атмосферная масса.
Обозначение АМ и цифрой от 0 и больше.
АМ для любого широты
где х–атмосферное давление, Па;
хо– нормальное атмосферное давление (1,013·105 Па);
– угол высоты Солнца над горизонтом ( географическая широта)
Примеры:
в космосе, на границе атмосферы АМ0 (при этом Ес=1360 Вт/м2 ),
на экваторе – АМ1, на широте 30о – АМ2 и т.д.
Наиболее характерна АМ 1,5 ( =42 о ). Принята за стандартную.
АМ 1,5 соответствует интенсивность излучения Ес=835 Вт/м2

32.

Методы преобразования солнечной энергии
в электрическую
Чаще
применяются
Косвенные ( на основе)
1) термодинамического преобразования солнечной энергии в
электрическую, с использованием циклов тепловых двигателей
(как на ТЭС)
2) на основе термоэлектрического или термоэмиссионного процессов,
Прямые ( на основе)
1)фотоэлектрического
2)Фотогальванического
3)фотоэмиссионного преобразований.
.
Чаще
применяются

33.

Солнечные электростанции
на основе тепловых двигателей
Состоят из
•Оптическая система отражателей
•Система управления
•Приемник ( аккумулятор тепла)
•Рабочее тело поглощающее тепло ( вода или жидкий металл)
По этому принципу строят СЭС :
•башенного типа
•распределенного (модульного) типа.

34.

Принцип работы башенной СЭС
Состав :
1 – падающий луч
2 - центральный приемник ( поглощает тепло и передает рабочему телу
3 – система слежения и управления (на базе ЭВМ, сложная, вращает зеркала
вокруг 2х осей)
4 – поле гелиостатов (концентрируют солнечные лучи; по площади «зайчик»
тысячи раз < зеркала

35.

Башенные СЭС
Принцип предложен 350 лет назад
Первую башенную СЭС начали строить в 1965г
80е годы –построены мощные СЭС в США, Европе, СССР
Рабочее тело :
• водяной пар (t до 550 оС)
•низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) - (t до 100 оС)

36.

Щелковская СЭС ( п-ов Казантип, Крым)
Год постройки 1985
Первая в СССР
Мощность 5 МВт;
Содержит :
Площадь зеркала (гелиостат) 25,5 м2
Коэффициентом отражения
0,71,
Всего зеркал
1600
Высота башни
89м

37.

Оценка башенных СЭС
Недостатки:
• высокая стоимость
• большая занимаемая площадь.
• зависимость от Солнца
Пример
СЭС мощностью 100 МВт занимает площадь в 200 га,
АЭС мощностью 1000 МВт - всего 50 га.
Башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны,
Оптимальная мощность ≥ 100 МВт ,
высота башни 250 м.
Для снижения зависимости от интенсивности инсоляции и возможности
получения пиковых мощностей станции такого типа делают гибридными –
с дополнительным сжиганием в котле газа.

38.

Фотоэлектрические
преобразователи

39. О природе света

Физика рассматривает свет как электромагнитное излучение
определенных длин волн, обладающих двойной природой:
волновой и корпускулярной.
Это означает, что свет излучается в пространство
не непрерывным потоком, а отдельными порциями (фотонами).
Каждый фотон является носителем определенного количества
энергии, т. е. обладает энергией Еф
hv h
c
1.24
Eф
h = 6.624•10-27 эрг•сек – постоянная Планка;
ν – частота излучения;
с– скорость света, с= 2,9979250(10)·108 м/с;
- длина волны
, где

40. Спектр солнечного излучения

1 ультрафиолетовое излучение ( длина волны до 0,4 микрон = 400 нм,
составляет 9% интенсивности,
2 видимое излучение (0,4…0,7 микрон) – 45%
3 инфракрасное излучение (более 0,7 микрон) – 46%

41. О природе света

ν
Чем выше частота , тем сильнее выражены
корпускулярные свойства (рентгеновские или γ – лучи)
Чем ниже частота, тем сильнее выражены волновые
свойства (радиоволны)
Видимый свет в спектре электромагнитных излучений
занимает узкий спектр с длиной волны 0.4 – 0.8мк.
Емах имеют фотоны фиолетового света,
Емin – фотоны красного

42. О явлении фотоэффекта

ФОТОЭФФЕКТ (ФЭ) – электрическое явление,
происходящее при освещении вещества светом.
Разновидности ФЭ :
Фотоэлектрическая эмиссия или внешний
фотоэффект=
=выход электронов из металлов
Вентильный (внутренний) фотоэффект –
перемещение зарядов через границу раздела
полупроводников с различными типами
проводимости (р-n)

43.

Об энергии электронов. Зонная теория
Энергия, которой обладают электроны в связанном состоянии,
находится в определенном диапазоне значений (зоне), которая
называется
заполненной энергетической зоной или зоной валентных связей .
Свободные электроны обладают более высокой энергией и
находятся в зоне проводимости.
У полупроводников (ПП) между заполненной зоной и зоной
проводимости имеется зона запрещенных энергий .
Это означает, что электроны данного материала ни при каких
условиях ни в свободном, ни в связанном состоянии не могут
обладать уровнями энергии, ограниченной шириной этой зоны Еg.
Ширина запрещенной зоны у разных ПП различна.
Например, для германия Еg=0,7эв; для кремния Еg=1,12эв.
Дырки находятся в заполненной зоне, т.к их образование возможно
только в атомах кристаллической решетки.

44. Зонная теория

45. Фотоэффект в полупроводниках (внутренний)

Необходимое условие – энергия поглощенного фотона
больше, чем ширина запрещенной зоны
Еф=h•ν≥Eg

46. Фотоэффект в полупроводниках

Граничная длина волны ,начиная с которой фотоны будут
поглощаться в материале солнечного элемента с шириной
запрещенной зоны Еg
.
Более длинноволновое излучение в ПП не поглощается
и, следовательно, бесполезно с точки зрения
фотоэлектрического преобразования.

47.

Солнечный элемент (ячейка)
5
6
7
1- слой ПП с n-проводимостью,
толщиной 0.2…1.0 мкм
2- слой ПП с р-проводимостью,
толщиной 250…400 мкм
3 - металлический контакт с
тыльной стороны
1
4 – соединительный проводник с
лицевой поверхностью
предыдущего элемента
2
5- противоотражающее покрытие
6 – лицевой контакт
4
7 – соединительный проводник к
тыльному контакту следующего
элемента
3

48.

Структура солнечного элемента и батареи
Э – солнечный элемент
М – солнечный модуль
Б- солнечная батарея

49.

Вольт-амперная характеристика ФЭПП
типичная вольт-амперная характеристика кремниевого ФЭПП,
1 – «световая» - измерена при условиях освещения АМ 0
2 - «темновая» измерена при отсутствии освещения

50.

51.

Функциональная схема СЭС СА 250
Блок
управления

52.

Солнечный
модуль=ФЭП
Блок
управления,
инвертор
Место для
АБ

53.

Энергетическая диаграмма солнечной
фотоэлектрической станции
100%
20%
14%
Солнечное
излучение на
поверхности
ФЭП
потери на отражение и
преобразование
80%
На выходе 100х0.2=20%
потери при разарядеразряде АБ
30 %
На выходе 0.2х0.7=0.14
Потери в инверторе
20%
На выходе
0.14х0.8=0.112
11%

54.

Энергетическая диаграмма солнечной
фотоэлектрической станции
Электроэнергия
переменного тока
независимая от наличия
солнечного излучения.
На выходе инвертора
Электроэнергия
постоянного тока, зависимая
от наличия солнечного
излучения.
На выходе ФЭПП
20%
14%
100%
Электроэнергия
постоянного тока
независимая от наличия
солнечного излучения.
На выходе ак. батареи
11%

55. Фотовольтаика = преобразование солнечного излучения в электричество

Историческая справка
1839 – первое наблюдение фотовольтаического эффекта Э. Беккрелем
1876 - первые эксперементы с фотоэлементами на основе селена
( Адамс и Дей)
1935 – созданы серно-таллиевые фотоэлементы с запорным слоем,
к.п.д. 1% ( Физико-технический институт, Москва, рук. А.Ф. Йоффе)
1938 – академик Йоффе внес на рассмотрение правительства СССР
программу энергетического использования солнечных
фотоэлектрических крыш
1954 – создание кремниевых фотоэлементов с p−n-переходом с КПД около 6%
1958 – солнечными батареями оснащены первые искусственные спутники
Земли (Спутник-3“, СССР и „Авангард-1“, США.

56.

Солнечные батареи на
искусственном спутнике

57.

1965 – солнечные батареи на основе
арсенида-галлиевой структуры
использовались на космических
аппаратах (СССР) в окресностях
планеты Венера,
а также на „Луноходе-1“ (1970) и
„Луноходе-2“, (1972 гг.).

58.

КПД солнечных элементов, используемых в
коммерческих целях
Монокристаллический Si:
12-15 %
Поликристаллический Si:
11-14 %

59.

Максимальные значения эффективности фотоэлементов и модулей,
достигнутые в лабораторных условиях
Тип
Коэффициент фотоэлектрического преобразования, %
Кремниевые
Si (кристаллический)
24,7
Si (поликристаллический)
20,3
III-V
GaAs (кристаллический)
25,1
GaAs (тонкопленочный)
24,5
Аморфный/Нанокристаллический
кремний
Si (аморфный)
9,5
Si (нанокристаллический)
10,1
Фотохимические
На базе органических красителей
10,4
Органические
Органический полимер
5,15
Многослойные
GaInP/GaAs/Ge
32,0
GaAs/CIS (тонкопленочный)
25,8

60.

Последее достижение в этой области –
КПД солнечных батарей достиг 43%
Работа выполнена австралийскими и американскими
учеными.
Это многоэлементная структура из 6 ячеек
В электричество преобразуются различные участки
светового спектра, в том числе красного и
инфракрасного, несущих около половины всей энергии
солнечного излучения.
Многократное увеличение интенсивности инсоляции с
помощью специальных концентраторов

61.

Мощности 10 самых крупных
СЭС фотовольтаического типа
лежат в диапазоне от 26 до 80 МВт, в т.ч:
8 из них построены в Испании,
одна в Португалии и
одна в Германии
105 МВТ – Крым

62.

СЭС Перово, Крым, 105 МВт, 440 000 модулей; 1500 км кабелей

63.

СЭС Перово, Крым. Вид с вертолета

64.

Китайские планы :
к 2020 году постоить СЭС мощностью 2000 МВт.
В проекте участвует:
Американская компания First Solar мировой лидер по производству
фотоэлектрических модулей, солнечных
панелей и солнечных энергетических
установок

65.

Перспективность
гелиоэнергетики
Общая площадь больших пустынь Земли 20 млн.км2
За год поступает солнечной энергии около 5*1016 кВт*ч.
При к.п.д.= 10%,
1 % территории пустынь, занятых СЭС, они
могут обеспечить современную мировую потребность в
ЭЭ.

66.

Топливные
элементы

67.

Водородный топливный элемент с кислым электролитом
Принципиальная схема
водородного – кислородного
топливного элемента.
Был открыт в 1838 году
английским ученому У. Грову.
Исследуя разложение воды на
водород и кислород он
обнаружил побочный эффект –
электролизер вырабатывал
электрический ток.

68.

Сухой водородный топливный элемент
Вместо жидкого электролита
между электродами располагается
полимерная мембрана, через
которую свободно проходят ионы.
В таких элементах наряду с
кислородом может использоваться
воздух.
Образующаяся при работе
элемента вода не растворяет
твердый электролит и может быть
легко удалена.

69.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТИПОВ ТЭ
Наименование
Условное обозначение
Рабочая температура, °С
твердополимерный
топливный
ТП ТЭ
80
щелочной
Щ ТЭ
100
фосфорнокислый
ФК ТЭ
200
с расплавленным
карбонатным
электролитом
РК ТЭ
650
твердооксидный
ТО ТЭ
1000

70.

История развития технологии ТЭ
Первое поколение ТЭ
По типу среднетемпературные ТЭ (200...230°С)
Работают на жидком топливе, природном газе либо на техническом водороде.
Электролит фосфорная кислота, в пористой углероднй матрице.
Катализатор - платина.
Построено несколько ЭС ( США, Япония) 1983г.
Мощность несколько МВт
КПД 30...37% – это близко к современным крупным ТЭС.
Высокая маневренность
Время ее пуска из холодного состояния – от 4 ч до 10 мин., а
продолжительность изменения мощности от нулевой до полной составляет
всего 15 с.
Строятся несколько демонстрационных электростанций мощностью по 11 МВт.
Срок строительства (7 месяцев) и площадь (30х60 м)
занимаемая электростанцией.

71.

История развития технологии ТЭ
2 поколение ТЭ
Модульные принцип (по 5 МВт)
ТЭ среднетемпературные (650...700°С.)
Аноды из спеченных частиц никеля и хрома
Катоды – из спеченного и окисленного алюминия,
Электролитом - расплав смеси карбонатов лития и
калия.

72.

История развития технологииТЭ
3 поколение ТЭ
высокотемпературные ( до 1000°С)
электролит - из твердых оксидов (в основном двуокиси циркония).
КПД к 50%.
Топливо продукты газификации твердого угля
Дополнительно сбросовое тепло для производства пара..

73.

Применение топливных элементов
Упрощенная функциональная схема водородного генератора с
комбинированным получением тепла и электричества из метана

74.

Автобус с водородной энергоустановкой

75.

Источник питания
на базе ТЭ.
Восстановительметанол

76.

Перспективы водородной энергетики
Водород является идеальным топливом, т.к. при его сгорании не
образуется ничего, кроме химически чистой воды.
Переход к водородной энергетике порождает третий мировой скачок
научно-технического прогресса.
1) Ядерная энергия,
2) Информатика,
3) Водородная энергетика

77.

Тепловые
насосы

78.

Тепловой насос ( тепловой трансформатор) – устройство для производства
теплоты путем переноса тепловой энергии от теплоотдатчика с низкой
температурой к теплоприемнику с более высокой температурой
Второе начало термодинамики гласит, что в замкнутой системе невозможен
переход теплоты от более холодного тела к телу более нагретому, без каких
либо изменений в системе или окружающей среде
( Р.Клаузиус)
Принцип работы теплового насоса аналогичен холодильнику. Только в
холодильнике тепло переносится из внутренней камеры на заднюю стенку,
а в тепловом насосе из окружающей среды в систему отопления.
Тепловой насос работает по принципу цикла Карно, впервые описанном
еще в 1824 году и нашедший практическое описание в 1852 году лордом
Кельвином.

79.

Принцип работы теплового насоса
1-коллектор. В нем циркулирует рассол* и
поглощает тепловую энергию из
земли, воздуха или воды.
(* Рассол – это незамерзающая смесь,
например на основе спирта или
гликоля.)
2- теплообменный элемент или
испаритель. В нем тепловая энергия
от рассола переходит к хладагенту**
(при испарении вещество поглощает
тепло). Это вещество имеет низкую
температуру кипения, что заставляет
его вскипеть и превратиться в газ.
(** В настоящее время используется
только экологически безопасные
хладагенты, такие как углекислота
или углеводороды. Раньше
использовался Фреон )
3- компрессор. При сжатии хладагента его давление увеличивается ,что приводит к увеличению
его температуры.
4- конденсатор. Здесь хладагент передает тепловую энергию в отопительную систему дома
(при конденсации вещество отдает тепло).
5-дополнительный охладительный элемент. Поглощает остаточную тепловую энергию в
результате и хладагент переходит в переходит в жидкую форму.
6 – дроссель ( расширительный вентиль) служит для снижения давления давление падает.
7 - Хладагент возвращается в испаритель, и процесс начинается сначала.

80.

Виды источников тепла для тепловых насосов
Грунт
Тепловой насос собирает
тепло грунта с помощью
коллектора,
уложенного на глубину
около метра.
Почва имеет стабильную температуру
Не требуется бурение
Низкие затраты на установку

81.

Виды источников тепла для тепловых насосов
Скважина
В скважину опускается
коллектор, имеющий U-образную
форму. Не обязательно
использовать одну очень глубокую
скважину, можно пробурить
несколько неглубоких, более
дешевых скважин, главное
получить общую расчетную
глубину.
Скважина имеет стабильную температуру на протяжении всего года
Нет необходимости в большом участке
Не влияет на участок

82.

Виды источников тепла для тепловых насосов
Водоём
Используется коллектор, уложен
ный на дно водоёма чтобы
собирать солнечное тепло,
накопленное за лето. Принцип тот
же, что и в случае с грунтовым
коллектором.
Водоём имеет стабильную температуру
Нет необходимости в большом участке
Не влияет на участок

83.

Виды источников тепла для тепловых насосов
Воздух
Нет необходимости бурить или
копать.
Тепло получают из окружающего
воздуха с помощью внешнего
блока. Все ключевые компоненты
находятся внутри здания, что
предотвращает их от повреждения.
.
Низкие затраты на установку
Не влияет на участок

84.

Эффективность тепловых насосов
Основной показатель эффективности теплового насоса коэффициент преобразования или отопительный коэффициент
СОР (coefficient of performance), равный отношению
теплопроизводительности теплового насоса к мощности,
потребляемой компрессором.
В режиме охлаждения для оценки эффективности применяется
холодильный коэффициент EER (energy efficiency ratio), равный
отношению холодопроизводительности теплового насоса к
мощности, потребляемой компрессором.

85.

Эффективность тепловых насосов
где –
энергия, отдаваемая ;
–тепловая энергия, отбираемая у источника
– затраченная электроэнергия (для работы компрессора);
--температуры конденсации и кипения в тепловом насосе.

86.

Эффективность тепловых насосов
Тк
-определяется температурой конденсации хладагента
То- определяется температурой источника тепла
если принять
То = 281,16 К (8 °C)
Тк = 323,16 К (50 °С), то COP будет равен 7,7
. Реальные СОР несколько ниже и составляют порядка 3–5.

87.

Блок-схема теплового насоса

88.

Оценка тепловых насосов
Достоинства
Экономичность. Тепловой насос использует введенную в него энергию
намного эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Величина «КПД» (у
него больше единицы. Например, при СОР, = 3,5, подведя к машине 1 кВт,
на выходе мы получим 3,5 кВт тепловой мощности, то есть 2,5 кВт природа
предлагает нам безвозмездно.
2) Повсеместность применения. Источник рассеянного тепла можно
обнаружить в любом уголке планеты. Даже при отсутствии электрической
сети, для привода компрессора в некоторых моделях используют дизельные
или бензиновые движки.
3) Экологичность.
4) Универсальность. Тепловые насосы обладают свойством обратимости
(реверсивности).
5) Безопасность. Эти агрегаты практически взрыво- и пожаробезопасны.
1)
Применение ТН в 1,2–1,5 раза выгоднее самой эффективной
газовой котельной и в 6–7 раз выгоднее электрических котлов.
Стоимость теплового насоса ориентировочно 750–1500 грн за 1 кВт
вырабатываемой тепловой мощности. Срок окупаемости 7лет

89.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОЕКТЫ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ
ИСТОЧНИКОВ

90.

СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ НА ОРБИТЕ
–
Власти Калифорнии и компания
Solaren одобрили проект по
передаче к 2016 году солнечной
энергии с орбиты на Землю.
Мощность установки составит
200 МВт.
Solaren будет использовать
спутники, оборудованные
солнечными панелями и
зеркалами.
Энергию с орбиты на Землю
предполагается передавать с
помощью микроволн.

91.

СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ НА ОРБИТЕ

92. СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ В САХАРЕ

Заказчик – Европейский Союз
Площадь СЭС - 130 кв. км
Совокупная мощность – 100 Гигаватт = 100 000 МВт
Передача электроэнергии в Европу по
высоковольтным кабелям (по дну Средиземного
моря.
Для уменьшения потерь будут использоваться ЛЭП
постоянного тока.
Siemens - обещает потери не более 3% на 1000 км.
Предварительная стоимость проекта около 400
млрд.евро
Срок реализации – минимум 10 лет
Это обеспечит 20% потребления ЕС
Это будет самый амбициозный в мире проект.
(Китай строит ГЭС 22,4 ГВт, $24 млрд.)

93.