Повышение энергоэффективности теплосетей Основные направления развития малой гидроэнергетики Ветроэнергетика в России Солнечная энергия Солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты

Энергосберегающие технологии

В последнее время получает распространение такая прогрессивная технология, как использование рекуперативных и регенеративных горелок в сочетании с методами объемного сжигания, обеспечивающими относительно однородное распределение температуры пламени (технология HiTAC - «высокотемпературное сжигание в воздушной атмосфере» - или беспламенное сжигание). Данная технология отличается отсутствием резких пиков температуры, характерных для традиционных методов сжигания, а также существенно увеличенным объемом зоны горения.

Солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты. Основным конструктивным элементом солнечной установки является коллектор, в котором происходит улавливание солнечной энергии, ее преобразование в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого-либо другого теплоносителя. Различают два типа солнечных коллекторов – плоские и фокусирующие. В плоских коллекторах солнечная энергия поглощается без концентрации, а в фокусирующих – с концентрацией, т. е. с увеличением плотности поступающего потока радиации. Наиболее распространенным типом коллекторов в низкотемпературных гелиоустановках является плоский коллектор солнечной энергии (КСЭ). Его работа основана на принципе «горячего ящика». Для того чтобы изготовить плоский КСЭ, необходима прежде всего лучепоглощающая поверхность, имеющая надежный контакт с рядом труб или каналов для движения нагреваемого теплоносителя. Совокупность плоской лучепоглощающей поверхности и труб (каналов) для теплоносителя образует единый конструктивный элемент – абсорбер. Для лучшего поглощения солнечной энергии верхняя поверхность абсорбера должна быть окрашена в черный цвет или должна иметь специальное поглощающее покрытие. Максимальная температура, до которой можно нагреть теплоноситель в плоском коллекторе, не превышает 100 °С. К числу принципиальных преимуществ плоского КСЭ по сравнению с коллекторами других типов относится его способность улавливать как прямую (лучистую), так и рассеянную солнечную энергию и как следствие этого  возможность его стационарной установки без необходимости слежения за Солнцем.

Абсорбер плоского коллектора солнечной энергии, как правило, изготавливается из металла с высокой теплопроводимостью, а именно из стали, алюминия и даже из меди.

При использовании концентраторов, т.е. оптических устройств типа зеркал или линз, достигается повышение плотности потока солнечной энергии. Это имеет место в фокусирующих коллекторах солнечной энергии, требующих специального механизма для слежения за Солнцем. Зеркала плоские, параболоидные или параболоцилиндрические изготовляют из тонкого металлического листа или фольги или других материалов с высокой отражающей способностью; линзы - из стекла или пластмасс. Фокусирующие коллекторы обычно применяют там, где требуются высокие температуры (солнечные электростанции, печи, кухни и т. п.). В системах теплоснабжения зданий они, как правило, не используются.

Необходимость аккумулирования теплоты в гелиосистемах обусловлена несоответствием во времени и по количественным показателям поступления солнечной радиации и теплопотребления. Поток солнечной энергии изменяется в течение суток от нуля в ночное время до максимального значения в солнечный полдень. Поскольку тепловая нагрузка отопления максимальна в декабре - январе, а поступление солнечной энергии в этот период минимально, для обеспечения теплопотребления необходимо улавливать солнечной энергии больше, чем требуется в данный момент, а избыток накапливать в аккумуляторе теплоты.

Аккумуляторы можно классифицировать по характеристике физико-химических процессов, протекающих в теплоаккумулирующих материалах (ТАМ):

– аккумуляторы емкостного типа, в которых используется теплоемкость нагреваемого (охлаждаемого) аккумулирующего материала без изменения его агрегатного состояния (природный камень, галька, вода, водные растворы солей и др.);

– аккумуляторы фазового перехода вещества, в которых используется теплота плавления (затвердевания) вещества;

– аккумуляторы энергии, основанные на выделении и поглощении теплоты при обратимых химических и фотохимических реакциях.

Солнечный коллектор для систем горячего водоснабжения и отопления. Солнечный коллектор АЛЬТЭН-1 служит для нагрева воды за счет солнечной энергии и используется в системах горячего водоснабжения и отопления домов, не имеющих централизованного энергоснабжения. В течение одного солнечного дня коллектор может нагреть около 150 литров воды до температуры 60-70 °C. Абсорбер коллектора, поглощающий солнечную радиацию, выполнен из алюминиевых профилей с пазами, в которые вставляются и запрессовываются тонкостенные латунные трубки для протекания теплоносителя.

Лицевая сторона алюминиевых профилей имеет высокоэффективное селективное покрытие. Вокруг абсорбера расположена оболочка из двухслойного ячеистого поликарбоната Герметизация внутреннего объема коллектора осуществлена с помощью торцевых крышек

Параметры коллектора:

– размеры наружной прозрачной оболочки – 2,171м х 1,180м

– материал наружной прозрачной оболочки – двухслойный ячеистый 8 мм поликарбонат «Полигаль»

– размеры поверхности абсорбера – 1,987м x 1.117м

– селективное покрытие абсорбера:

– коэффициент поглощения = 0,94

– коэффициент излучения = 0,05

– внутренний диаметр латунных трубок до запрессовки - 11мм

– задняя тепловая изоляция - стекловолокно и двухслойный ячеистый 8 мм поликарбонат «Полигаль»

– температура стагнации = 183 °C

– вес сухого коллектора – 33,5 кг

– соединения: ввод/вывод – резьба 3/4, наружная, 4 шт.

– КПД при 90 °C – 40%, при 70 °C – 50%

Патент на изобретение № 2224188. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20 февраля 2004 г. Солнечный коллектор "АЛЬТЭН-1" успешно прошел в 2003 г. сертификационные испытания в Фраунхоферском институте солнечных энергетических систем (Германия).

Коллекторы изготавливаются на производственной базе ФГУП "НПО машиностроения" Разработчик и патентообладатель : ЗАО "АЛЬТЭН". Схема центрального солнечного теплоснабжения с суточным аккумулятором тепла представлена на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Схема центрального солнечного теплоснабжения

с суточным аккумулятором тепла

Гелиомобиль сегодня. Один из крупных разделов программы «Солар-91» – развитие транспортных средств, использующих солнечную энергию, т. к. автотранспорт «съедает» четверть энергетических ресурсов необходимых стране. Ежегодно в Швейцарии проводится международное ралли солнцемобилей «Тур де сол». Трасса ралли, протяженностью 644 км, проложена по дорогам северо-западной Швейцарии и Австрии. Гонки состоят из шести однодневных этапов, длина каждого от 80 до 150 км.

Швейцарские граждане возлагают большие надежды на децентрализованное производство электрической и тепловой энергии собственными гелиоустановками. Это отвечает независимому и самостоятельному швейцарскому характеру, чувству цивилизованного собственника, не жалеющего средств ради чистоты горного воздуха, воды и земли. Наличие персональных гелиостанций стимулирует развитие в стране электроники и электротехники, приборостроения, технологии новых материалов и других наукоемких отраслей.

В июне 1985 г. Урс Мунтвайлер, 27-летний инженер из Берна, провел по дорогам Европы первое многодневное ралли легких электромобилей, оборудованных фотопреобразователями и использующих для движения солнечную энергию. В нем участвовало несколько швейцарских самодельщиков, восседавших в «поставленных на колеса ящиках из-под мыла» с прикрученными к ним сверху солнечными панелями. Во всем мире тогда едва ли можно было насчитать с десяток гелиомобилей.

Прошло четыре года. «Тур де сол» превратился в неофициальный чемпионат мира. В пятом «солнечном ралли», состоявшемся в 1989 г., участвовало свыше 100 представителей из ФРГ, Франции, Англии, Австрии, США и др. стран. Тем не менее, больше половины гелиомобилей принадлежало по-прежнему швейцарским первопроходцам. В течение последующих пяти лет появилось понятие «серийный гелиомобиль». Гелиомобиль считается серийным, если фирма-изготовитель продала не менее 10-ти образцов и они имеют сертификат, разрешающий движение по дорогам общего пользования.

Гелиоустановки на широте 60°. Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2 600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая наименование «Солар-91» и осуществляемая под лозунгом «За энергонезависимую Швейцарию!», вносит заметный вклад в решение экологических проблем и энергетическую независимость страны, импортирующей сегодня более 70 процентов энергии.

Солнечные установки коммунально-бытового назначения Солнечные водонагревательные установки. Сейчас во всем мире в эксплуатации находится более 5 млн солнечных водонагревательных установок, используемых в индивидуальных жилых домах, централизованных системах горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, включая гостиницы, больницы, спортивно-оздоровительные учреждения и т. п. Налажено промышленное производство солнечных водонагревателей в таких странах, как Япония, Израиль, Кипр, США, Австралия, Индия, Франция, ЮАР и др.

Активные гелиосистемы отопления зданий. В состав активной системы солнечного отопления входят коллектор солнечной энергии, аккумулятор теплоты, дополнительный (резервный) источник энергии, теплообменники для передачи теплоты из КСЭ в аккумулятор и из него к потребителям, насосы или вентиляторы, трубопроводы с арматурой и комплекс устройств для автоматического управления работой системы. Солнечный коллектор обычно устанавливается на крыше дома, остальное оборудование гелиосистемы отопления и горячего водоснабжения дома размещается в подвале.

Фотонный кнут Чтобы в полной мере использовать лучистую энергию Солнца, нужно превратить ее в какой-либо иной вид. Сохранить световой луч в «банке» еще никому не удавалось. Один из наиболее распространенных и перспективных способов преобразования света – фотоэлектрический: фотоны передают свою энергию электронам в полупроводниках. Возникает электрический ток.

Бестопливные установки для производства электроэнергии, теплоты и холода на базе детандер-генераторных агрегатов За последние 15-20 лет в большинстве промышленно развитых стран созданы и внедрены достаточно совершенные установки для преобразования энергии органического топлива в электрическую энергию и теплоту. Дальнейшее повышение технико-экономических показателей таких установок требует поиска новых, нетрадиционных методов, применение которых позволило бы существенно повысить технико-экономические показатели работы энергетического оборудования и одновременно улучшить его экологические показатели.
Развитие солнечной энергии в России