Гелиоэнергетика: состояние и перспективы (2)

Посмотреть архив целиком

Министерство образования РФ

Иркутский государственный педагогический университет



Факультет математики, физики и информатики

Форма обучения заочная.




Курсовая работа

Гелиоэнергетика: состояние и перспективы






Выполнил: студент 3 курса, Гордеев Сергей Николаевич

Научный руководитель: Сухомлин Владимир Трофимович

Оценка:









Иркутск

2004



Оглавление

Часть I. Введение ……………………………………………………………….4

Глава 1. Природные ресурсы используемые в энергетике.

Традиционная и альтернативная энергетика……………………………..4

Глава 2. Виды СЭ…………………………………………………………….6

Часть II. Преобразование солнечного излучения в тепло……………………7

Глава 1. Общие сведения о приемниках излучения………………………..7

Глава 2. Некоторые практические применения солнечных коллекторов..11

Часть III. Преобразование солнечного излучения в электроэнергию……….16

Глава 1. Термоэлектрические генераторы………………………………….16

Глава 2. Фотоэлектрические генераторы…………………………………...21

Глава 3. Перспективы развития фотоэлектрических генераторов………..24

Часть IV. Химическое преобразование солнечного излучения(фотохимия)27

Часть V. Общие проблемы и перспективы развития солнечной энергетики…………………………………………………………………………..31

Часть VI. Заключение…………………………………………………………..35



















I. Введение

Любое материальное тело для совершения работы должно затратить какое-то количество энергии, поэтому никакая деятельность невозможна без использования энергии. Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Просчеты в этой области имеют серьезные последствия. Тепло и свет в домах, транспортные потоки и работа промышленности - все это требует затрат энергии.

Глава 1. Природные ресурсы используемые в энергетике. Традиционная и альтернативная энергетика.

Получением, а правильнее сказать, преобразованием энергии лучшие умы человечества занимаются не одну сотню лет. Производство энергии предполагает ее получение в удобном для использования виде, а само получение – только преобразование из одного вида в другой.

Современная наука знает следующие три способа освобождения энергии, заключенной в веществе: 1) за счет изменения электронных связей атомов в процессе химических реакций; получаемую в результате этого энергию правильно было бы называть не химической, а атомной, поскольку освобождение ее связано с суще­ствованием атомов (т. е. ядер с электронными оболоч­ками); 2) за счет разрушения и изменения связи между нуклонами тяжелых ядер при ядерных реакциях деле­ния (ядерная энергия) или соединения нуклонов легких ядер при ядерных реакциях синтеза (термоядерная энергия); 3) за счет полного превращения вещества в поле при реакциях аннигиляции обычного и антиобыч­ного веществ; эту энергию за отсутствием лучшего тер­мина можно назвать аннигиляционной.

Первые два способа, как известно, являются основой современной энергетики, по­следний же относительно недавно обнаружен и находит­ся в стадии первого этапа исследования. Запасы различ­ных источников энергии на Земле (без термоядерной и аннигиляционной энергии) показаны в таблице 1. [Алексеев]

Таблица 1

Запасы некоторых источников энергии на Земле

Вид энергии

Запасы, кВт•ч

Невозобновляемые источники энергии:

Ядерная энергия (деления)

Химическая энергия горючих веществ

Внутреннее тепло Земли


547 000 •1012

55000•1012

134•1012

Ежегодно возобновляемые источники энер­гии:

Энергия солнечных лучей

Энергия морских приливов

Энергия ветра

Энергия рек


580000•1012

70000•1012

1700•1012

18•1012


Основой энергетики сегодняшнего дня являются топливные запасы угля, нефти и газа, а также энергия рек, запасы которых составляют около 5% всех запасов энер­гии на Земле. И, тем не менее, они удовлетворяют примерно девяносто процентов энергетических потребностей человечества.

Подсчитано, что при сегодняшнем уровне потребления энергии, даже без учета его роста, ископаемых источников энергии хватит еще максимум на 100-150 лет. В этот расчет не входят альтернативные источники энергии, такие как энергия ветра, морских приливов, тепла Земли, солнечного излучения и некоторые другие. А ведь энергия одних только морских приливов превышает суммарную энергию всех химических горючих веществ – нефти, газа, угля (табл.1). Кроме того, практически все направления альтернативной энергетики безопасны в экологическом отношении, чего не скажешь о тех же ТЭС.

С экономической же точки зрения, именно солнечная энергетика (СЭ) выглядит гораздо привлекательнее всех остальных альтернативных источников энергии. Действительно, энергию приливов можно получать не везде, а только на побережье больших водоемов, но даже если использовать все потенциальные источники, вырабатываемой энергии все равно не хватило бы для обеспечения даже текущих потребностей человечества. Энергию ветра, хотя и можно добывать повсеместно, но с ее внедрением связан выход больших площадей из землепользования, кроме того, величина энергии вырабатываемой ветряными электростанциями очень сильно зависит от климатических условий. Впрочем, этот недостаток, в большей или меньшей степени свойственен практически всей альтернативной энергетике. Солнечное же излучение доступно практически в любой точке Земли. Мощность приходящего на Землю излучения составляет примерно 2 МВтч/м2 в год, поэтому для солнечной энергетики не требуются большие земельные площади – с поверхности площадью 80-90 км2 можно было бы получать столько же энергии, сколько вырабатывается сейчас. Солнечная энергия также весьма универсальна – ее можно использовать как в виде тепла, так и преобразовывать в механическую и электрическую.

К недостаткам СЭ можно отнести присущее всей альтернативной энергетике непостоянство вырабатываемой энергии. Например, интенсивность солнечного излучения меняется в зависимости от географической широты от 2.2 МВтч/м2 до 1.2 МВтч/м2 в год, а суточные колебания интенсивности еще больше (табл. 2).[Бринкворт]

Таблица 2

Интенсивность солнечного излучения на горизонтальной поверхности (инсоляция)

Местоположение

Широта, град

Инсоляция, кВтч/м2

Наибольшее значение в день

Наименьшее значение в день

Годовое значение

Экватор

Тропики

Средние широты

Центральная Англия

Полярный круг

0

23.5

45

52

66.5

6.5

7.1

7.2

7.0

6.5

5.8

3.4

1.2

0.5

0

2200

1900

1500

1400

1200


Относительная дороговизна фотоэлектрических преобразователей, не позволяла до последнего времени широко использовать их где-то еще кроме как в космонавтике, прогресс в этом направлении достигнут только в последние 7-10 лет. И, тем не менее, несмотря на все недостатки, люди постоянно пытались освоить этот неисчерпаемый и фактически даровой источник энергии, поэтому на сегодняшний день существует довольно много способов ее получения.

Глава 2. Виды СЭ

Выше уже упоминалось, что солнечное излучение универсально – кроме непосредственного использования в виде тепла (теплоснабжение, опреснение воды, сушилки и пр.), существует множество способов его использования. Энергию солнечного излучения можно преобразовывать в другие виды энергии, например в электрическую с помощью фотопреобразователей или механическую (солнечный парус, фотонный двигатель, или с помощью обыкновенной паровой турбины), можно, наконец, аккумулировать с помощью растений и фотосинтеза, как это и происходит в природе.

Применение солнечного излучения в виде тепла

Преобразование солнечного излучения в электрическую и механическую энергию

Гелиоустановки (солнечные коллекторы):

Нагрев воды с целью теплоснабжения и горячего водоснабжения жилья

Опреснение воды

Различные сушилки и выпариватели

Термоэлектрические генераторы:

Термоэлектронная эмиссия

Термоэлементы (термопары)

Фотоэлектрические генераторы:

Фотоэлектронная эмиссия

Полупроводниковые элементы

Фотохимия и фотобиология:

Фотолиз (фотодиссоциация)

Фотосинтез

Несмотря на многочисленность способов преобразования солнечной энергии, на данный момент наиболее широко используется тепловое действие света и преобразование его в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических генераторов.



















II. Преобразование солнечного излучения в тепло

Глава 1. Общие сведения о приемниках излучения

Общеизвестно, что на солнце предметы нагревают­ся. Солнечную энергию можно использовать либо не­посредственно — для обогрева домов или приготовле­ния пищи, либо косвенно — для генерирования элек­тричества. На солнце предметы нагревают­ся в результате поглощения ими энергии солнечного излучения. Для объяснения этого явления в свое время предлагалось множество механизмов, но только по­явившаяся в этом столетии квантовая теория оказа­лась в состоянии справиться с подобной проблемой.

Во многих устройствах для теплового преобразования используются так называемые коллекторы - приемники солнечного излучения (рис. 1). Получая энергию от солнца, такое устройство вновь излучает ее, не обмениваясь излучением с окружающей средой.


Случайные файлы

Файл
PES-0004.DOC
126072.rtf
2454.rtf
29961.rtf
150214.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.