Исследование солнечного конвектора на основе ваккумных трубок.

Введение

Для обеспечения современного уровня научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто за счет использования органических топлив (газ, нефть, уголь), гидроэнергии и атомной энергии на основе тепловых нейтронов.
Раскроем причины, побудившие человечество заняться широкомасштабным промышленным освоением возобновляемых (нетрадиционных) источников энергии. В основном такими причинами выступают:
 климатические изменения и ухудшение экологии окружающей среды;
 попадание в зависимость многих развитых стран, особенно европейских, от импорта топлива;
 ограниченность запасов традиционных источников энергии на Земле.
В резолюции № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.) в качестве нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НВИЭ) обозначены: ветровая, геотермальная, солнечная, энергия морских волн, приливов и океана, древесины, древесного угля, энергия биомассы, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков.
Рассмотрим некоторые энергетические установки на основе этих природных ресурсов.
Ветряные электростанции.
Принцип действия ветряных электростанций состоит в следующем: ветер вращает лопасти ветряка и приводит в движение вал электрогенератора. Генератор вырабатывает электрическую энергию. Видно, что ветряные электростанции работают, как игрушечные машины на батарейках, только по обратному принципу действия. Вместо превращения электроэнергии в механическую, энергия ветра преобразуется в электрический ток.
Геотермальные электростанции.
Такие электростанции преобразуют внутреннюю энергию Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электрическую. Первая геотермальная электростанция была создана на Камчатке. Существует ряд схем получения электрической энергии на геотермальной станции. Прямая схема: природный пар отправляется по трубам в турбины, соединенные с генераторами. Непрямая схема: сначала пар (до того как попадает в турбины) очищается от газов, порождающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар попадает в турбины, затем из воды, выделенной в результате конденсации, убираются не растворившиеся в ней газы.
Приливные электростанции.
Для выработки электрической энергии станции такого типа применяется энергия прилива. Первая такая электрическая станция (Паужетская)
мощностью 5 МВт была создана на Камчатке. Для создания простейшей приливной электростанции (ПЭС) необходим бассейн — загражденный плотиной залив или исток реки. В плотине есть водопропускные отверстия и поставлены турбины, вращающие генератор. Во время прилива вода попадает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море будут равны, затворы водопропускных отверстий закроются. Во время отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним генераторы приступают к работе, и вода из бассейна понемногу уходит.
Солнечные электростанции.
В настоящее время создаются солнечные электрические станции в основном двух типов: солнечные станции башенного типа и солнечные электростанции распределенного (модульного) типа.
В башенных солнечных электростанциях используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем весьма сложна, так как требуется обращение вокруг двух осей. Управление системой производится с помощью вычислительных машин. Рабочим телом в тепловом двигателе обычно выступает водяной пар с температурой до 550ºС, воздух и другие газы — до 1000ºС, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) — до 100ºС, жидкометаллические теплоносители — до 800ºС.
Подписание Киотского протокола множеством развитых стран мира поставило на повестку дня быстрое развитие технологий, приводящих к сокращению выбросов СО2 в окружающую среду. Стимулом для развития этих технологий является не только понимание угрозы изменения климатических условий жизни и связанных с ними экономических потерь, но и то, что квоты на выброс парниковых газов стали товаром, которые имеют реальную цену. Одной из технологий, разрешающей снижение расхода органического топлива и уменьшиния выбросы СО2, является производство низкопотенциальной тепловой энергии для систем горячего водоснабжения, отопления, кондиционирования воздуха, технологических и иных потребностей за счет энергии Солнца. В настоящее время более 40% первичной энергии, которую расходует человечество, приходится на возмещение именно этих потребностей, и именно в этой сфере технологий применения солнечной энергии, являющейся наиболее зрелым и экономически обоснованным для широкого использования. Для большинства государств применение солнечных систем теплоснабжения – это еще и способ понизить зависимость экономики от ввоза ископаемых топлив. Эта задача особенно остро стоит перед странами Евросоюза, экономика которых сейчас на 50% зависит от импорта органических энергоресурсов, а до 2020 года эта зависимость может увеличиться до 70%, что таит в себе угрозу экономической независимости этих стран.
Таким образом, развитие сектора солнечной энергетики является актуальной задачей в настоящее время и требует более тщательного исследования этой области.

Содержание

Введение………………………………………………………………………. 6
1. Современное состояние вопроса…………………………………………. 9
1.1. Альтернативные природные источники энергии. Солнечная энергия……………………………………………………………………….
9
1.2. Установки солнечной энергии……………………………………….... 19
1.3. Постановка задачи……………………………………………………... 28
2. Теоретические основы исследования солнечных конвекторов с вакуумными трубками………………………………………………………..
31
2.1. Расчет основных характеристик солнечных конвекторов с вакуумными трубками……………………………………………………....
31
2.2. Математическая модель процесса передачи энергии от солнечного излучения вакуумному коллектору………………………………………...
34
3. Исследование солнечных конвекторов с вакуумными трубками в различных условиях применения……………………………………………
39
3.1. Расчет параметров солнечных конвекторов в ясную погоду……….. 39
3.2. Основные характеристики солнечных конвекторов при облачной погоде………………………………………………………………………...
40
3.3. Расчет характеристик солнечных конвекторов при осадке на нем снега или инея……………………………………………………………….
42
4. Анализ результатов исследования и разработка рекомендаций к эксплуатации солнечных конвекторов с вакуумными трубками………….
45
4.1. Анализ результатов исследования……………………………………. 45
4.2. Рекомендации к эксплуатации солнечных конвекторов с вакуумными трубками………………………………………………………
46
Заключение…………………………………………………………………… 48
Список использованной литературы………………………………………... 49
Приложение…………………………………………………………………... 50

Список использованной литературы

1. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. – М.: РадиоСофт, 2008. – 228 с.
2. Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) © Кафедра теплоэнергетических систем, 2006.
3. Девис А. Шуберт Р. Альтернативные природные источники энергии в строительном проектировании. – М.: Стройиздат, 1983. – 190 с.
4. Ахмедов Р.Б., Баум И.В., Пожарнов В.А., Чаховский В.М. Солнечные электрические станции. Сер. «Гелиоэнергетика» (Итоги наука и техники ВИНИТИ). М., 1986, 1 – 120 с.
5. Уделл С. Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии. – М.: «Знание», 1980. – 88 с.
6. Андерсон Б. Солнечная энергия. – М.: Стройиздат, 1982. – 375 с.
7. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. – М.: Высшая школа, 1982. – 415 с.
8. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Под ред. Гусева В.М. – Л.: Стройиздат, 1981. – 343 с.
9. Даффи Дж.А., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. – М.: Мир, 1977. – 420 с.
10. Сабади П.Р. Солнечный дом. – М.: Стройиздат, 1981. – 113 с.
11. Системы солнечного тепло- и хладоснабжения. Под ред. Сарнацкого Э.В., Чистовича С.А. – М.: Стройиздат, 1990. – 328 с.
12. Теплотехника. Под ред. Баскакова А.П. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с.
13. Бейерс Т. 20 конструкций с солнечными элементами. – М.: Мир, 1988. – 197 с.
14. Werner Weiss, Irene Bergmann, Gerhard Ffninger Solar Heating Worldwide. IEA Solar Heating and Cooling Programme. May 2005.
15. Solar Thermal. Markets in Europe. June 2005.