отчет по практике (2). Отчет по практике Использование солнечной энергии
 Скачать 30.19 Kb.
|
|
Кольский филиал Федерального государственного образовательного Учреждения высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет » Отчет по практике «Использование солнечной энергии» студентки 5 курса очного отделения Физико-энергетического факультета специальность 140402- теплофизика Буевой Светланы Владимировны Преподаватель- Доцент Николаев В.Г. Апатиты 2012г. Содержание Введение …………………………………………………………………………………………2 1.Получение солнечной энергии в Германии……………………………………………4 2.Использование солнечной энергии…………………………………………………….5 3.Солнечные коллекторы…………………………….……………………………………6 4.Солнечный дом…………………………………………………………………………..7 5.Пассивное использование солнечной энергии………………………………………...8 6.Как работает солнечное отопление……………………………………………………10 7.Современные системы хранения солнечного тепла………………………………….11 Заключение ……………………………………………………………………………………..13 Список литературы……………………………………………………………………………..14 Введение Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество. Солнце излучает огромное количество энергии - приблизительно 1,1x1020 кВт·ч в секунду. Киловатт·час - это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·ч ежегодно. Однако из-за отражения, рассеивания и поглощения ее атмосферными газами и аэрозолями только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов(7x1017)кВт·ч, достигает поверхности Земли. Солнечное излучение в атмосфере Земли делится на так называемое прямое излучение и на рассеянное, на частицах воздуха, пыли, воды, и т.п., содержащихся в атмосфере. Их сумма образует суммарное солнечное излучение. Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов: широты ,местного климата, сезона год, угла наклона поверхности по отношению к Солнцу. 1.Получение солнечной энергии в Германии В последние полгода Германия смогла значительно продвинуться в выработке чистой солнечной энергии. Ее количество составляет 14,7 тераваттчасов. Благодаря этому Германия становится самой развитой страной в получении альтернативной энергии. Теперь использование солнечной энергии выросло на пятьдесят процентов, по сравнению с предыдущим годом. И объемы производства также сравнительно увеличились. Такой рекорд по выработке солнечной энергии Германия получила благодаря инициативе многих тысяч семей, предприятий и организаций. В общей сложности за четыре месяца на территории было установлено 73 757 солнечных энергетических систем. При этом самый главный стимул – это получение и дальнейшее потребление чистой солнечной энергии. За прошлый год электростанции Германии смогли получить девятнадцать тераватт – часов солнечной энергии. А уже за первое полугодие 2012 года производство энергии увеличилось на 5 ТВтч. Дело в том, что практически каждый день какая-нибудь семья или организация решает перейти на потребление солнечной энергии. Не смотря на то, что использование традиционной энергии было бы куда экономичнее. Новые солнечные панели стали часто появляться и в деревнях. Но постепенно их стали устанавливать и в городах. За последние пару лет на территории Германии было установлено более полутора миллионов солнечных энергетических систем. На протяжении нынешнего года Германия все еще сохраняет свои лидирующие позиции среди других производителей солнечной энергии. Но все же пока этой энергии хватает, чтобы обеспечить всего четыре с половиной процента всех энергетических нужд такого большого государства. После традиционной энергии, солнечная энергия в Германии по объемам своего производства располагается на третьем месте. Жители страны уверенны в том, что в ближайшем будущем чистой солнечной энергии станет намного больше. Ведь пока ее производство идет достаточно быстрыми темпами. 2.Использование солнечной энергии В большинстве стран мира количество солнечной энергии, попадающей на крыши и стены зданий, намного превышает годовое потребление энергии жителями этих домов. Использование солнечного света и тепла - чистый, простой, и естественный способ получения всех форм необходимой нам энергии. При помощи солнечных коллекторов можно обогреть жилые дома и коммерческие здания и/или обеспечить их горячей водой. Солнечный свет, сконцентрированный параболическими зеркалами (рефлекторами), применяют для получения тепла (с температурой до нескольких тысяч градусов Цельсия). Его можно использовать для обогрева или для производства электроэнергии. Кроме этого, существует другой способ производства энергии с помощью Солнца - фотоэлектрические технологии. Фотоэлектрические элементы - это устройства, которые преобразовывают солнечную радиацию непосредственно в электричество. Солнечная радиация может быть преобразована в полезную энергию, используя так называемые активные и пассивные солнечные системы. К активным солнечным системам относятся солнечные коллекторы и фотоэлектрические элементы. Пассивные системы получаются с помощью проектирования зданий и подбора строительных материалов таким образом, чтобы максимально использовать энергию Солнца. Солнечная энергия преобразуется в полезную энергию и косвенным образом, трансформируясь в другие формы энергии, например, энергию биомассы, ветра или воды. Энергия Солнца "управляет" погодой на Земле. Большая доля солнечной радиации поглощается океанами и морями, вода в которых нагревается, испаряется и в виде дождей выпадает на землю, "питая" гидроэлектростанции. Ветер, необходимый ветротурбинам, образуется вследствие неоднородного нагревания воздуха. Другая категория возобновляемых источников энергии, возникающих благодаря энергии Солнца - биомасса. Зеленые растения поглощают солнечный свет, в результате фотосинтеза в них образуются органические вещества, из которых впоследствии можно получить тепловую и электрическую энергию. Таким образом, энергия ветра, воды и биомассы является производной солнечной энергии. 3.Солнечные коллекторы С древнейших времен человек использует энергию Солнца для нагрева воды. В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных коллекторов. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю (жидкости или воздуху) и затем используется для обогрева зданий, нагрева воды, производства электричества, сушки сельскохозяйственной продукции или приготовления пищи. Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло. Для типичного жилого дома или квартиры в Европе и Северной Америке нагрев воды - это второй по энергоемкости домашний процесс. Для ряда домов он даже является самым энергоемким. Использование энергии Солнца способно снизить стоимость бытового нагрева воды на 70%. Коллектор предварительно подогревает воду, которая затем подается на традиционную колонку или бойлер, где вода нагревается до нужной температуры. Это приводит к значительной экономии средств. Такую систему легко установить, она почти не требует ухода. В наши дни солнечные водонагревательные системы используются в частных домах, многоквартирных зданиях, школах, автомойках, больницах, ресторанах, в сельском хозяйстве и промышленности. У всех перечисленных заведений есть нечто общее: в них используется горячая вода. Владельцы домов и руководители предприятий уже смогли убедиться в том, что солнечные системы для нагрева воды являются экономически выгодными и способны удовлетворить потребность в горячей воде в любом регионе мира. 4.Солнечный дом Примерно треть источников энергии (уголь, нефть, газ) мы превращаем в тепло: большая часть этой энергии используется для отопления помещений и подогрева воды. Изменения климата и зависимость от ископаемых источников энергии, запасы которых заметно сократятся в ближайшие десятилетия, заставляют нас действовать быстро. Широкое применение солнечной энергии для отопления жилых домов уже сегодня показывает, как мы можем справиться с этой проблемой. Это означает не только использование новых стандартов при строительстве, но и то, что надо резко сократить потребление энергии в доме. Проведя продуманную перестройку дома и используя большую термическую гелиосистему, можно сократить расход тепла на треть или даже на четверть. Только при этом условии в будущем будет достаточно сырья (такого как древесина), чтобы покрыть оставшуюся потребность в энергии. Изоляция соответственно "KFW 40" и выше. Первичный расход энергии < 15 кВт/м² Отопление: основной источник энергии солнце (степень покрытия солнечной системой >50%)Дополнительное отопление регенеративное. Вертикально наклоненная на юг крыша и большой встроенный бак для воды являются отличительными чертами архитектуры солнечных домов и символами независимого энергоснабжения. Дом с компактным прибором контроля за климатом или электрическим отоплением, тепловым насосом не израсходует и на четверть годовой первичный расход энергии от 5 до 15 кВт на м² полезной площади здания. Первичный годовой расход энергии включает так же и вспомогательную энергию (такую, как ток для насоса) и количество энергии, необходимой для получения, преобразования и распределения источника энергии через цепной процесс, выходящий за рамки системы. В плане отопления солнечного дома использование ископаемых источников энергии очень невелико, так как 100% тепла производится регенеративно. Кроме того, используются насосы, накапливающие энергию, таким образом, что лишь от 300 до 400 кВт часов потребления электрической энергии в год приходится на вспомогательную энергию. Важной предпосылкой для низкого потребления энергии на отопление является хорошая, морозоустойчивая герметичная изоляция, огибающая поверхности здания. Идеальным решением такой изоляции может служить напыление пенополиуретана Пеноглас. На сегодняшний день — это самая эффективная теплоизоляция применяемая в строительстве. Так же пенополиуретановая изоляция Пеноглас, соответствует всем экологическим нормам, опережая конкурентов по многим показателям. 5.Пассивное использование солнечной энергии. Прозрачные конструктивные элементы (окна, иногда и зимний сад) обеспечивают внутреннюю часть здания светом и теплом – особенно если они направлены на юг. Однако они также являются источником потери тепла, когда солнце не светит: сама по себе изоляция тройного теплозащитного стекла где-то в четыре раза выше хорошей изоляции внешних стен. Получается двоякая ситуация: высокое качество окон (высокий уровень пропускания энергии при минимальных тепловых потерях, включая рамы) и адекватный выбор размеров стеклянного фасада – в зависимости от стороны света и аккумулирующей способности здания. На северном фасаде стеклянная поверхность должна быть минимального размера, на южном фасаде – большого размера, но не слишком большого. Чтобы избежать перегрева летом и в переходный период, площадь окон, направленных на юг и запад, должна быть конструктивно затемнена или снабжена внешней защитой от солнца. Если солнце светит, солнечный дом зачастую даже в холодные дни обходится без активного отопления. Однако пассивное использование солнечной энергии не может конкурировать с ее активным использованием, так как собранное коллекторами солнечное излучение может храниться в резервуаре несколько дней, а иногда и недель. Вентиляционные установки с рекуперацией тепла: решение, но не необходимость. При обычном проветривании потеря тепла происходит в разумных пределах. При наличии вентиляционной установки с рекуперацией тепла потери последнего можно сократить на половину. Это, однако, не уменьшит первичный энергетический баланс, так как тепло солнечного дома на 100% регенеративное, и следует учитывать потребление электрического тока вентилятором. Солнечный дом «живет» от солнца и при солнце. Поэтому основным условием архитектуры и местоположения дома является в любое время года положение солнца. Зимой следует оптимально использовать инсоляцию и пассивно и активно. Летом следует избегать перегрева здания и гелиоустановки, используя для этого конструктивные решения. Идеально расположить площадь коллектора на южной стороне с наклоном 60-70 градусов, чтобы зимой оптимально использовать прямое солнечное излучение.По возможности, при ориентировании дома должны быть учтены указанные выше границы. Превращение дома в солнечный дом: благодаря тому, что при установке коллектора на плоской крыше он был приподнят, можно получить больше солнечной энергии. На примере справа была изменена форма крыши (удлинен конек крыши). Пригодная к использованию в солнечном доме солнечная энергия, в процентах от максимальной в зависимости от ориентирования положения площади солнечного коллектора: P12 План отопления солнечного дома. Годовая потребность в тепле для обогрева помещений и подогрева воды в солнечном доме на 50% покрывается термической гелиоустановкой. Дополнительное отопление накопителя также происходит регенеративно – например, при отоплении жилых помещений печью, работающей на древесине, с использованием воды. Система отопления поверхностей излучает тепло при низкой температуре теплоносителя, достаточной для нагрева помещений. Для получения максимальной выгоды от использования энергии и для удобства отопления необходимо использование накопителя с хорошим разделением слоев: в верхней части накопителя должна быть горячая вода необходимого температурного уровня. В нижней части накопителя вода должна быть по возможности холодной для того, чтобы гелиоустановка функционировала при низкой рабочей температуре, а КПД был высокий. 6.Как работает солнечное отопление Гелиоустановка может производить тепло в том случае, если температура коллектора выше температуры в нижней (холодной) части накопителя. Жидкость-теплоноситель, состоящая из антифриза и воды, перемещается по системе благодаря встроенному насосу, при этом коллектор нагревается на 10-15 градусов и передает тепло через теплообменник воде в накопителе. Когда температура поступления выше температуры в верхней трети накопителя, включается второй теплообменник. Так бак для воды получает хорошее температурное расслоение по всему объему. Ночью летом избыточное тепло охлаждается при помощи коллектора. Разгрузка через нагревательный контур происходит благодаря специальному смесителю, который охлаждает преимущественно нижнюю часть накопителя. Только в том случае, если температура недостаточно высока, производится забор запаса горячей воды наверху. В горячей зоне располагается также водоподогреватель, по длинной трубе нагревается поступающая вниз холодная вода. Дополнительное отопление с использованием печи или нагревательного котла происходит сверху вниз. Оно используется для того, чтобы вода в верхней части накопителя быстрее нагрелась до необходимого для использования температурного уровня. Только тогда четверной смеситель изменяет направление обратного процесса нижней части накопителя так, что на запасах воды можно продолжать процесс отопления. Благодаря высокой производительности системы с использованием воды и большой загрузочной камере котла процесс отопления максимально комфортен. Можно использовать и другие планы накопления, если они обеспечивают хорошее расслоение температур воды. Дом с полезной площадью 200м², изоляцией KFW40, местоположение Мюнхен, ориентирование на юг, угол наклона 45 градусов. 7.Современные системы хранения солнечного тепла Крупные системы сезонного аккумулирования тепла в жилом секторе уже построены в нескольких странах, но по-прежнему остаются довольно дорогими. Размеры центрального хранилища варьируют от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч кубических метров. Крупнейшее в Европе хранилище такого рода расположено в городе Оулу (Финляндия). Оборудованное в гигантской каменной пещере объемом в 200 000 м3, оно будет подключено к теплоэлектроцентрали, работающей на биомассе. Эта теплоцентраль построена в рамках программы EU-Thermie, осуществляемой Европейским Союзом. Еще один успешный проект сезонного хранения горячей воды находится в городе Люкебо (Швеция). Здесь используют скальную пещеру, наполненную водой (объемом 105 000 м3) и плоские солнечные коллекторы площадью 28 800 м2, которые поставляют 100% необходимой энергии (8500 МВт·ч/год) для горячего водоснабжения и отопления 550 домов. Все эти дома подключены к коммунальной системе районного отопления. Температура воды, подаваемой потребителям, составляет 70 градусов Цельсия, а возвратной воды - 55 градусов. Срок окупаемости таких установок очень большой. Самый важный урок, извлеченный из опыта устройства отопительных систем, таков: нужно прежде всего вкладывать средства в энергосбережение и пассивный солнечный дизайн, а затем использовать солнечную энергию для восполнения недостающего количества энергии для отопления помещений. Хороший результат приносит комбинирование различных возобновляемых источников энергии, например, тепло Солнца в сочетании с сезонным аккумулированием тепла в виде биомассы. Либо, если оставшаяся потребность в энергии очень низка, можно использовать жидкие или газообразные виды биотоплива в сочетании с эффективными котлами в дополнение к солнечному отоплению. Интересную комбинацию представляют собой солнечное отопление и котлы, работающие на твердой биомассе. Этим же решается и проблема сезонного хранения солнечной энергии. Использование биомассы летом не является оптимальным решением, так как КПД котлов при частичной загрузке невысок, к тому же относительно высоки потери в трубах - а в небольших системах сжигание древесины летом может причинять неудобство. В таких случаях все 100% тепловой нагрузки летом может обеспечиваться за счет солнечного отопления. Зимой, когда количество солнечной энергии незначительно, практически все тепло вырабатывается за счет сжигания биомассы. В Центральной Европе накоплен большой опыт комбинирования солнечного отопления и сжигания биомассы для производства тепла. Обычно около 20-30% общей тепловой нагрузки покрывает солнечная система, а главная нагрузка (70-80%) обеспечивается биомассой. Это сочетание может применяться и в индивидуальных жилых домах, и в системах центрального (районного) отопления. В условиях Центральной Европы около 10 м3 биомассы (например, дров) достаточно для отопления частного дома, причем солнечная установка помогает сэкономить до 3 м3 дров в год. Заключение Летную производственную практику я прошла в Германии городе Аугсбург, там мы посетили Энергетический парк, в котором прослушали лекцию на тему «альтернативное использование солнечной энергии» . Полученная информация обогатила мои знания, кроме того нам продемонстрировали установки ,которые преобразуют солнечную энергию в электрическую . Исходя из увиденного, я написала отчет по практике, развернув тему как можно использовать данную энергию в нашей жизни . Список литературы 1.Карпенков С. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов 2.Солнце, погода и климат. Л.: Гидрометеоиздат, 1963. 3. http://www.energy-bio.ru/suncoll1.htm 4. http://www.windsolardiy.com/rasch-t-solnechnoy-vodonagrevaiuschey 5. Лекции с производственной практики |