Альтернативные источники энергии

Прямое улавливание солнечной энергии может эффективно осуществляться при соблюдении следующих условий:

1) оптимальная ориентация дома - вдоль оси восток-запад или с отклонением до 30о от этой оси;

2) на южной стороне 50-70 % всех  окон, а на северной - не более 10%, причем южные окна должны  иметь двухслойное остекление, а  северные окна - трехслойное;

3) здание должно иметь улучшенную  тепловую изоляцию и низкие теплопотери вследствие инфильтрации наружного воздуха;

4) внутренняя планировка здания  должна обеспечивать расположение  жилых комнат с этой стороны, а вспомогательных помещений - с  северной;

5) должна быть обеспечена достаточная  теплоаккумулирующая способность внутренних стен и пола для поглощения и аккумулирования теплоты солнечной энергии;

6) для предотвращения перегрева  помещений в летний период  над окнами должны быть предусмотрены  навесы, козырьки и т.п.

 КПД такой системы отопления, как правило составляет 25-30 %, но в особо благоприятных климатических условиях может быть значительно выше и достигать 60 %. Существенным недостатком этой системы являются большие суточные колебания температуры воздуха внутри помещений. Пассивные системы имеют такой же срок службы, как и само здание. Наряду с получением теплоты эти системы также обеспечивают  эффективное использование дневного освещения, благодаря чему снижается потребление электроэнергии.

 

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. Там устанавливаются основной аккумулятор теплоты, теплообменник для подогрева воды, бак для аккумулирования горячей воды, теплообменник для нагрева воздуха для отопления дома, расширительный бак и теплообменник для передачи теплоты от антифриза к воде. Снаружи дома находится теплообменник, предназначенный для сброса избыточного количества уловленной солнечной теплоты в летний период.

Сравнение активных и пассивных гелиосистем дает возможность выявить их преимущества и недостатки. Преимущества активных гелиосистем связаны с легкостью и гибкостью интегрирования систем со зданием, возможностью автоматического управления работой системы и снижением тепловых потерь. Однако при  применении активных гелиосистем часто возникают проблемы, обусловленные  недостаточной надежностью оборудования, в том числе систем автоматического управления. В отличии от них пассивные системы просты, надежны в работе и недороги, но они также имеют недостатки. прежде всего возникают трудности с поддержанием температурного режима, необходимого для обеспечения теплового комфорта в отапливаемых помещениях. В гибридных системах можно соединить достоинства активных и пассивных элементов и устранить многие недостатки, повысив тем самым эффективность систем при умеренных капиталовложениях.

 

 Электроэнергия из  космоса

 

Идея сооружения Международной опытной космической электростанции (КСЭС), подающей электроэнергию земным потребителям, возникла в 1960 году и не сходит с тех пор со страниц популярных и научных изданий.

КСЭС в совокупности с промежуточными атмосферными сооружениями сможет на только подавать электроэнергию земным потребителям, но  и непосредственно освещать большие участки земной поверхности ночью и затенять их днем, регулировать климатические условия, уничтожать тайфуны и смерчи, снабжать энергией космические корабли, воздушные средства, наземный транспорт, удаленные от линий электропередачи промышленные предприятия и т.д.

Целесообразность создания КСЭС диктуется неисчерпаемостью солнечной энергии, экологическими соображениями и необходимостью сохранять ныне широко применяемые природные энергоносители (нефть, газ, уголь) для нужд химической промышленности.

КСЭС с периодически сменяемым персоналом могла бы стать на только прообразом сверхмощных станций будущего, но и одновременно выполнять огромное количество обычной “космической работы” (исследования, наблюдения, эксперименты) Потребность в такой опытной КСЭС имеется уже сейчас, причем не только потребность, но и возможность ее создания при условии международного сотрудничества.

При этом следует учесть, что наша страна первой в мире освоила пилотируемые космические полеты с пребыванием людей на станции в течение одного года, у нас создан и опробован в космосе уникальный монтажный инструмент, а космонавтами получен уникальный опыт работы по развертыванию крупногабаритных космических сооружений, в том числе и дополнительных панелей солнечных батарей, освоены длительные рабочие выходы космонавтов в открытый космос, успешно проведены первые испытания новой универсальной ракеты-носителя “Энергия”, способной выводить на околоземную орбиту более 100 т полезного груза.

Практическое использование солнечной энергии в космонавтике началось в 1958 году на первом ИСЗ США и на третьем советском ИСЗ. Эти  спутники, как известно, имели солнечные батареи.

Первая публикация по проблеме КСЭС с изложением технической сущности принадлежит американскому инженеру П. Гейзеру. В его проекте масса КСЭС достигает 30 тыс.т, размер (“размах”) солнечных батарей 60 км, а электрическая мощность - примерно 8,5 ГВт.   Таким образом, мощность спроектированной станции выше мощности эксплуатируемых ныне крупнейших электростанций мира: ГЭС “Гленд-Кули” (США) - 6,2 ГВт, Красноярской ГЭС - 6 ГВт, АЭС “Фукушима”- 4,7 ГВт, ТЭС “Кашима”- 4,4 ГВт (Япония).

Целесообразность создания КСЭС и КТЭС  диктуется неисчерпаемостью как солнечной энергии, так и горючего для КТЭС- космического водорода, экологическими соображениями и необходимостью сохранить ныне широко применяемые природные химические энергоресурсы для нужд химической промышленности.

Всвязи с печальным опытом аварии на Чернобыльской АЭС возникает вопрос, а не грозит ли создание КСЭС какими-либо новыми бедами людям, ведь передача энергии будет происходить через атмосферу, а следовательно, воздействовать на ее состав и динамику. Будет ли это воздействие положительным? Расчеты вселяют оптимизм, но окончательный ответ может дать только опытная эксплуатация электропередачи Космос-Земля.

 

Наличие энергетических установок характерно для всех космических аппаратов. Характеристики космических солнечных батарей (СБ), применяемых в настоящее время, весьма разнообразны. Удельная масса панельных СБ составляет 5-10 кг/м2, причем около 40 % массы приходится на полупроводниковые элементы, а остальное на конструкцию. Ожидается, что использование материалов на основе бора и углерода позволит уменьшить массу конструкций в 2  раза.

Срок службы СБ пока подтвержден 5 годами, однако считается, что он может составить 30 лет, правда , с деградацией (уменьшением) КПД СБ к концу этого периода на 40 %.

Достигнутое КПД для двухслойного элемента, составленного из арсенида галлия (GaAs) и кремния (Si), равно 28,5 % , что  касается дальнейших перспектив, то они оцениваются довольно высокими значениями до 60 %.

В космической энергетике большая роль отводится аккумуляторам. Самые лучшие из современных маховиков способны накапливать весьма значительную энергию - до 1 МДж/кг,  хотя существуют и такие экспериментальные устройства, которые способны накапливать энергию до 12 МДж/кг. Но для расчетов ограничиваются значением 0,07 МДж/кг.

 Вряд ли первая опытная  КСЭС установленной мощностью  для земных потребителей 5000 кВт  способна сколько-нибудь существенно помочь энергетике нашей страны. Тем не менее она, как и первая АЭС, необходима, причем главный смысл ее эксплуатации - натуральное изучение способов беспроводной передачи энергии на сверхдальние расстояния, изучение влияния этого процесса на окружающую среду, оптимизация параметров станции.

Первые практические опыты в нашей стране по передаче энергии без проводов с помощью СВЧ-излучения были проведены под руководством профессора С.И. Тетельбаума в Киевском политехническом институте около 30 лет назад. две простейшие квадратные антенны со стороной квадрата 100 м при длине волны 1 см позволили передавать энергию на расстояние 50 км с КПД 40%, а на расстояние 5 км - с КПД 60%. Современное состояние техники позволяет существенно улучшить все показатели беспроводной линии передачи энергии с помощью СВЧ-излучения.

 

1- стыковочные узлы; 2- головной блок; 3- вспомогательные СБ; 4 - отражатели; 5- основные СБ; 6- дополнительные  СБ; 7 -СВЧ-антены; 8- СВЧ-лучи

 

Список использованной литературы

 

1) Н.В. Харченко Индивидуальные солнечные установки М. Энергоатомиздат 1991 г.

2) Р.Р. Авезов, А.Ю. Орлов Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения Ташкент: Фан 1988 г

3) Дверняков В.С. Солнце - жизнь, энергия Киев:  Наукова думка 1986

4) Колтун М.М. Солнце и человечество М: Наука 1981

5) В.П. Бурдаков Электроэнергия из космоса  М: Энергоатомиздат 1991