Мультипроект ОМ • Включайтесь!
2020.07.07 · 19:59 GMT · КУЛЬТУРА · НАУКА · ЭКОНОМИКА · ЭКОЛОГИЯ · ИННОВАТИКА · ЭТИКА · ЭСТЕТИКА · СИМВОЛИКА ·
Поиск : на сайте


ОМПубликацииБюллетень ЭКОКУЛЬТЭкопром • Новации
2013 — Осадчий Г.Б. — Актуальность совместного использования солнечной и ветровой энергии для энергетики малых мощностей (часть 2)
.
Сетевое издание по вопросам экологической культуры
Бюллетень ЭКОКУЛЬТ
ЭКОПРОМ • НОВАЦИИ


Осадчий
Геннадий Борисович

инженер,
изобретатель


Актуальность совместного использования
солнечной и ветровой энергии
для энергетики малых мощностей

• часть 2

Таблица 5.

Число дней без солнца
(при годовом: в городе Омск – 57, на юге Омской области в посёлке Русская Поляна – 49)
Станция Месяцы
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
г. Омск 8 5 5 2 1 0,4 1 1 2 8 12 12
п. Русская Поляна 5 4 4 2 1 0,2 0,2 0,5 1 8 12 11

И, несмотря на это, солнечную энергию летом в средней полосе России можно с успехом применять там, где сегодня используются такие высоколиквидные виды энергии и энергоносители, как электрическая энергия, газ, жидкое моторное топливо, уголь и дрова.

Перечисленные ниже технологии и устройства на их основе, на базе солнечного соляного пруда, могут найти применение: в промышленности, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах, в индустрии отдыха и лечения, в придорожном сервисе, в технологических линиях сушки сельскохозяйственного сырья, пиломатериалов, торфа, пеллет, ягод, грибов, лекарственных трав, шпал; свежеокрашенных покрытий; в установках пропарки бетонных изделий; искусственного старения металлоизделий; на стендах, предназначенных для температурных испытаний машин, приборов и механизмов; в устройствах пропитки катушек трансформаторов клеями и лаками, дубления кож; окрашивания толстых тканей (при звукокапилярных процессах); нанесения гальванических покрытий; очистки деталей от асфальтосмолистых отложений, нагара и накипи; удаления старой краски и консервационной смазки; в сооружениях производства биогаза и моторного биотоплива в промышленных масштабах; в общественном и частном питании при варке пищи. На птицефабриках и частном подворье при инкубации яиц и даже для удовлетворения физиологических потребностей человека (баня).
Поскольку стоимость электроэнергии центрального электроснабжения, газа, жидкого моторного топлива, угля увеличивается по мере удалённости от места их добычи и производства, следовательно, на удалённых территориях она наиболее высокая, а значит, более высокими становятся и вырабатываемые из неё (посредством её) основные виды энергии – тепло и холод. Электрифицированные водоснабжение, вентиляция и сушка также очень дороги. Производство этих видов энергии (услуг) из привозного органического топлива из-за высокой цены как топлива, так и генерирующих установок, не устраивает любого товаропроизводителя.
Учитывая высокую стоимость отпускаемых видов энергии установки и системы на базе солнечного соляного пруда, могут найти параллельное и независимое применение в качестве нетрадиционных энергоисточников [3]:
 гелиосушилки, корпус которой нагревается теплотой придонного слоя искусственно созданного аккумулятора теплоты, солнечного соляного пруда;
 гелиопечи, корпус которой нагревается теплотой придонного слоя искусственно созданного аккумулятора теплоты, солнечного соляного пруда;
 гелиобани – парной, нагревающейся за счёт теплоты придонного слоя искусственно созданного аккумулятора теплоты, солнечного соляного пруда;
 гелиобиогазовой установки, корпус биореактора которой подогревается теплотой придонного слоя искусственно созданного аккумулятора теплоты, солнечного соляного пруда;
 гелиоводомёта – водонасосной станции, водомёт (преобразователь тепловой энергии) которого работает от разности температур между двумя искусственно созданными аккумуляторами теплоты и холода, которыми служат солнечный соляной пруд и котлован со льдом;
 теплового двигателя, гелиоводомёт которого работает от разности температур между двумя искусственно созданными аккумуляторами теплоты и холода, которыми служат солнечный соляной пруд и котлован со льдом;
 гелиоэлектростанции, тепловой двигатель которой работает от разности температур между двумя искусственно созданными аккумуляторами теплоты и холода, которыми служат солнечный соляной пруд и котлован со льдом;
 гелиохолодильника – установки для выработки среднетемпературного холода, хладомёт (компрессор) которого работает от разности температур между двумя искусственно созданными аккумуляторами теплоты и холода, которыми служат солнечный соляной пруд и котлован со льдом;
 теплогенератора системы отопления, горячего водоснабжения и сушки, теплообменник которого воспринимает теплоту придонного слоя искусственно созданного аккумулятора теплоты – солнечного соляного пруда;
 хладогенератора системы летнего кондиционирования, теплообменник которого воспринимает холод аккумулятора холода – котлована со льдом;
 теплового насоса – установки для выработки тепла, хладомёт (компрессор) которого работает от энергии сгорания органического топлива, а поступление теплоты обеспечивается за счёт изъятия её из талой воды искусственно созданного аккумулятора – котлована, который летом аккумулирует солнечную энергию, неиспользованную в термодинамических циклах водомёта, хладомёта;
 подогревателя системы зимнего поддержания микроклимата в помещениях, теплообменник которого воспринимает для подогрева наружного зимнего воздуха с температурой ниже минус 5-10 °С теплоту талой воды искусственно созданного аккумулятора – котлована, который летом аккумулирует солнечную энергию, неиспользованную в термодинамических циклах водомёта, хладомёта.

Резко континентальный климат средней полосы России предопределяет повышенную сезонную потребность населения в отдельных видах энергии. При относительно стабильном спросе в течение всего года на механическую и электрическую энергии летом резко возрастают расходы воды и искусственного холода, а зимой – громадный дефицит тепла.
Исходя из особенностей климата России, в центре комплексного использования солнечной энергии (в центре архитектуры самоэнергообеспечения, вплоть до 60° с. ш.) находится здание с концентратором (или концентратор), обеспечивающим увеличение поступления солнечного излучения в солнечный соляной пруд, расположенный с южной стороны, и затеняющее теплоизолированный котлован со льдом, находящийся с северной стороны.
При компоновке энергообеспечения и выборе аккумуляторов теплоты и холода автор исходит из того, что:
 гидродинамический солнечный соляной пруд – это не только аккумулятор, но и мощнейший концентратор солнечной энергии, плотность потока тепловой энергии в пруду (при известной инерционности и технологии использования энтальпии) в 100000 раз выше солнечной постоянной (1300 Вт/м²);
 при аккумулировании солнечной энергии придонным рассолом солнечного соляного пруда прогревается и грунт под ним, при этом образуется существенный запас теплоты – петрогеотермальный ресурс – гарантия бесперебойного энергообеспечения в пасмурные дни;
 при разовом промерзании котлована глубиной 2 м количество выделяемой энергии фазового перехода составляет 668 ТДж/км². Если эту выделяющуюся энергию равномерно использовать в течение 150 суток на отопление тепловым насосом или системой поддержания микроклимата, то установленная мощность «водяной топки» будет равна 51,5 МВт/км². Это сопоставимо с плотностью залежей угля в районах его добычи – 30 МВт/км². При этом надо учитывать, что к конечному потребителю в виде тепла «доходит» примерно 1/10 часть энергии залежей угля, а при использовании энергии воды, по предлагаемой технологии, будет «доходить» 5/6 - 7/8 теплоты фазового перехода. А значит воду можно с полным правом отнести к альтернативному источнику энергии (средняя плотность искусственной энергии, обусловленная хозяйственной деятельностью, равна всего 0,02 МВт/км², т. е. в 10000 раз меньше средней плотности солнечной энергии – 200 МВт/км². И только в отдельных местах земного шара этот показатель выше: в Японии – 2 МВт/км², в Рурском районе ФРГ – 20 МВт/км²);
 за счёт подвижного концентратора, направляющего в акваторию солнечного соляного пруда десятки тысяч кВт∙ч солнечной энергии, можно обеспечить эффективный сбор солнечной энергии. Отражение солнечной энергии от вертикальной поверхности, ориентированной на юг, максимально в высоких географических широтах, а с продвижением на юг оно уменьшается, и на широтах северный тропик - экватор достигает нуля и даже отрицательного значения. Солнце в это время находится над северным полушарием, отражать лучи будет северная сторона здания. Использование солнечных прудов малых площадей с концентрацией энергии, в том числе от стен здания в средней полосе России, для децентрализованного потребителя является оптимальным.
Эффективность комплексного использования солнечной энергии в средней полосе России за счёт отражённого солнечного излучения намного выше, чем у используемых гелиотехнологий. Летом работа водомёта (хладомёта) осуществляется от энергии солнечного пруда при охлаждении его радиатора льдом (холодом), обладающим высокой удельной теплоёмкостью – 2,06 кДж/(кг∙К), что обеспечивает работу с максимальной, для данной географической широты, разностью рабочих температур.
КПД термодинамического преобразования увеличивается на 1/3, и одновременно обеспечивается эффективное аккумулирование котлованом солнечной энергии (до 85 % от аккумулированной прудом) и сбросного тепла гелиохолодильника на зимний период (в известных технологиях неиспользованная в термодинамических циклах теплота и сбросное тепло с дополнительными затратами энергии (до 20 % от мощности установки) и оборудования принудительно рассеивается в окружающую среду).
Предлагаемая технология позволяет: вырабатывая холод котлована, запасать теплоту и вырабатывая теплоту, аккумулировать холод, т.е. нет промежуточного оборудования и аккумуляторов, которые бы не работали в течение всего года. При этом вырабатывается весь спектр необходимой для производства и быта, лечения и отдыха энергии.
Работа хладомёта теплового насоса (ТН) зимой обеспечивается за счёт сжигания привозного органического топлива, просушенных местных видов топлива или местного биогаза (биометана). Полный отказ от их использования возможен при освоении технологии аккумулирования солнечной энергии, пригодной по своим параметрам для привода в работу хладомёта или за счёт ветра, или от геотермального двигателя.
Периодическая работа котлована летом в качестве источника холода, а зимой – теплоты имеет свои неоспоримые преимущества, которые могут быть оценены только в высоких широтах. При замораживании котлована зимой тепловым насосом и системой поддержания микроклимата расширяется зона эффективного использования солнечной энергии, как в южном направлении – Кубань, Приморье, где при средней температуре января минус 4-10 °С без больших затрат невозможно сделать намораживанием необходимые запасы льда для летней работы, так и в северном, где при средней температуре января минус 25-35 °С энергия замерзающей воды теплоизолированного котлована — это единственный вид энергии окружающей среды, пригодный по своим параметрам (температура, теплота фазового перехода, теплоёмкость) и объёмам для обогрева жилых и производственных зданий тепловым насосом и поддержания микроклимата в животноводческих помещениях.
Положительным фактором использования солнечных соляных прудов является то, что при его возведении не должно быть проблем с оснащением его солью. В земной коре солеродные бассейны имеют огромные размеры. Так кембрийский бассейн занимает почти всю Сибирскую платформу – 2 млн. км², мощность соленосных отложений в нём достигает 3 км. Рассолы Сибирской платформы своеобразны, солей в них бывает больше, чем воды – до 600 г/л. Т. е. для создания солнечных прудов имеются природные рассолы нужной концентрации в неограниченных количествах.
Выработка энергии из солнечного и ветрового потенциалов имеет свои особенности.
Если плотность потока солнечного излучения, поступающего к приёмнику, не превышает 1 кВт/м², и чем она выше, тем больше можно выработать из неё дифференцированных видов энергии, то с энергией ветра малых ВЭУ увеличение скорости ветра не всегда приводит к возрастанию вырабатываемой мощности (таблицы 6 и 7 и рисунок 2).

Таблица 6.

Зависимость мощности на валу крыльчатки ветроэлектрической установки (ВЭУ)
от диаметра ветроколеса и скорости ветра
[3]
Диаметр ветроколеса, м Мощность, кВт
при скорости ветра, м/с
4 м/с 5 м/с 6 м/с 7 м/с 8 м/с 9 м/с 10 м/с
  2
  4
  8
12
18
30
 0,042
0,17
0,69
1,55
3,48
9,60
   0,083
  0,33
  1,34
  3,03
  6,60
18,90
   0,145
  0,58
  2,32
  5,25
11,80
32,60
  0,23
  0,92
  3,70
  8,25
18,60
51,60
    0,345
  1,38
  5,50
12,40
27,80
77,30
      0,345
    1,38
    5,50
  12,40
  39,50
110,00
      0,345
    1,38
    5,50
  12,40
  54,60
151,10

→ продолжение статьи: часть 3


___________________________
1. Алексеенко С.В. Нетрадиционная энергетика и энергоресурсосбережение / С. В. Алексеенко // Инновации Технологии Решения. 2006. № 3. – С. 36-39. и [Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: ч. 1 / под ред. В. П. Горелова, С. В. Журавлева, В. А. Глушец. – Омск: Иртышский филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», 2007. – 265 с. (Труды 3-й международной науч.-техн. конф., 5-8 июня 2007)]
2. Справочник по климату СССР выпуск 17, часть I. – Л.: Гидрометеоиздат, 1965. – 276 с.
3. Осадчий Г.Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ) – Омск: ИПК Макшеевой Е.А., 2010. – 572 с.
4. Харитонов В.П. Новая конструкция ветроэлектроагрегата / В. П. Харитонов // Энергосбережение. 2007. № 4. – С. 80-81.
5. Кожуховский И. Конец эры углеводородов / И. Кожуховский, И. Хузмиев // Альтернативная энергетика. 2008. № 3. – С. 6-10.
6. Кокоев М.Н. Теплофикационная ветросиловая установка// Энергия Экономика Техника Экология. 2007. № 3. – С. 18-22.
7. Мааке В. Учебник по холодильной технике / В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен. – М.: Издательство Московского университета. 1998. – 1142 с.
8. Безруких П. Поветруэнергетика / П. Безруких // Альтернативная энергетика. 2008. № 3. – С. 12-16.

© Г.Б.Осадчий, 2013
адрес эл.почты автора: genboosad@mail.ru



Опубликовано:

02.04.2013
Бюллетень ЭКОКУЛЬТ • Рубрика «Идеи и концепции»

Статьи по теме АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА:
• Осадчий Г.Б.
Солнечное излучение и геотермальное тепло – источники энергии для комбинированных систем энергоснабжения
• Осадчий Г.Б.
Солнечная энергия – возобновляемая энергия мирового значения
• Осадчий Г.Б.
Совместное использование солнечной энергии и холода малых водотоков

Тематические мероприятия:
• Круглый стол (11 апреля 2013 года)
Экономика знаний. Энергетика


 
 
Автор : Осадчий Геннадий Борисович  —  Каталог : Экопром • Новации
Все материалы, опубликованные на сайте, имеют авторов (создателей). Уверены, что это ясно и понятно всем.
Призываем всех читателей уважать труд авторов и издателей, в том числе создателей веб-страниц: при использовании текстовых, фото, аудио, видео материалов сайта рекомендуется указывать автора(ов) материала и источник информации (мнение и позиция редакции: для порядочных людей добрые отношения важнее, чем так называемое законодательство об интеллектуальной собственности, которое не является гарантией соблюдения моральных норм, но при этом является частью спекулятивной системы хозяйствования в виде нормативной базы её контрольно-разрешительного, фискального, репрессивного инструментария, технологии и механизмов осуществления).
—  tags: топливно-энергетические ресурсы, возобновляемые источники энергии, ветроэнергетика
OM ОМ ОМ программы
•  Программа TZnak
•  Дискуссионный клуб
архив ЦМК
•  Целевые программы
•  Мероприятия
•  Публикации

сетевые издания
•  Альманах Эссе-клуба ОМ
•  Бюллетень Z.ОМ
мусейон-коллекции
•  Диалоги образов
•  Доктрина бабочки
•  Следы слова
библиособрание
•  Нообиблион

специальные проекты
•  Версэтика
•  Мнемосина
•  Домен-музей А.Кутилова
•  Изборник вольный
•  Знак книги
•  Новаторство

OM
 
 
18+ Материалы сайта могут содержать информацию, не подлежащую просмотру
лицами младше 18 лет и гражданами РФ других категорий (см. примечания).
OM
   НАВЕРХ  UPWARD