Сезонное аккумулирование возобновляемых источников энергии

Истощение запасов традиционных источников энергии и увеличение мощности использующих этих видов энергии каждым годом, показывает важность использования нетрадиционных источников энергии. К основным видам нетрадиционных источников энергии относится: энергия солнца и ветра, геотермальная энергия, энергия биогаза, энергия волн океанов и морей и т.д.

Количество солнечной энергии приходящий на землю во много раз превосходят мировые запасы нефти, газа, угля и других энергетических ресурсов, Использование 0.0125% энергии солнца могло бы обеспечить сегодняшнюю потребность мировой энергетики, а использование 0.5% – могло бы полностью обеспечить потребность энергии в будущем население планеты.

Во многих странах мира уделяется большое внимание использованию солнечной энергии в государственном масштабе. Это объясняется тем, что 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 жителем планеты энергии. При помощи солнечных коллекторов можно обогреть жилые дома и коммерческие здания и обеспечивать 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 [4].

Но солнечная энергия тоже имеет некоторые недостатки, так как его энергия зависят от состояния атмосферы, времени, сутки и сезонности года. Облака – основное атмосферное явление, определяющее количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. В любой точке Земли солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, уменьшается с увеличением облачности. Следовательно, страны с преобладающей облачной погодой получают меньше солнечной радиации, чем пустыни, где погода в основном безоблачная.

Уменьшение интенсивности солнечной энергии в зимний период года снижает сезонное использование солнечной установки. Научно-исследовательские работы, посвященные сезонному аккумулированию солнечной энергии, имеют большую значимость.

До настоящего времени научно-исследовательские работы, посвященные изучению по аккумулированию солнечной энергии, в основном в качестве аккумулирующего элемента предлагают устройство с использованием теплоемкости материала в процессе таяния и твердения вещества и, в результате, выделяемой энергии.

Основные преимущества аккумулирующего устройства солнечной энергии, основанного на теплоемкости веществ, это его низкая стоимость, простота его конструкции с технической стороны и оптимальность его использования.

Основные недостатки аккумулирующего устройства солнечной энергии теплоемкостью веществ, это его не постоянность температуры передаваемого тепла, то есть последовательное уменьшение температуры в течении работы. Также сезонное применение основанного на теплоемкости веществ аккумулирующего устройства, то есть создание устройства аккумулирующий солнечной энергии, работающее в течении года с технической стороны, очень сложная проблема. Этим и объясняется малое использование аккумулирующих устройств солнечной энергии, с применением теплоемкости веществ работающих до настоящего времени.

Преимущества устройств, использующих выделяющую энергию веществ в процессе таяния и твердения (фазовом переходе): они дают возможность для получения теплоносителя с постоянной температурой. Но эти устройства тоже имеют некоторые недостатки:

- тепло-аккумулирующее вещество при многоразовом использовании теряет свои физико-химические свойства;

- устройство, аккумулирующее солнечную энергию, в котором используется вещество при фазовом переходе выделяющее огромное количество энергии, по сравнению с другими устройствами очень дорогое;

- эти устройства по сравнению с устройствами, аккумулирующих солнечную энергию, основанными на теплоемкости веществ, очень сложны;

Как видно из выше перечисленной информации, проблема сезонного аккумулирования солнечной энергии остается одной из нерешенной важной технической проблемы до настоящего времени.

В настоящее временя в развитых странах ведутся научные работы, направленные на разделение воды на водород и кислород с помощью энергии солнца и ветра.

Основное преимущество водорода:

- огромное количество первичных энергетических ресурсов для производства водородного топлива;

- высокий потенциал повышения энергетической безопасности за счет снижения зависимости от наружных поставщиков энергоресурсов;

- возможность использования в всех отраслях, централизованных и децентрализованных электроэнергетических установках, в виде топлива на транспортных средствах и т.д.;

- экологическая чистота, потому что продукт сгорания водорода является водяной пар;

- высокая эффективность преобразования на электрическую энергию с использованием топливных элементов;

-
высокая технологическая возможность использования, так как водород с помощью систем труб может транспортироваться, аккумулироваться, храниться и при необходимости можно отправить в любую точку;

Рис. 1. Виды получения и применения водорода

- теплота сгорания 1 кг водорода составляет (по низшему пределу) 129 МДж/кг, а теплота сгорания бензина или хорошего авиационного топлива 46-50 МДж/кг;

- водород – одно из самых энергоемких энергоносителей.

Основные направления получения водорода и его использования показаны на рисунке 1.

В данное время ведется научно-исследовательская работа по теме «Разработка научно-технических основ сезонного аккумулирования солнечной энергии и создание на основе этого опытного образца работающей солнечной установки». Цель темы найти самый дешевый и оптимальный способ разложения воды на водород и кислород. Задача – создание образца установки, которая дает возможность получить водород из воды с помощью энергии солнца и ветра.

В отличие от классического способа долгосрочного аккумулирования и хранения тепловой энергии, предлагается способ сезонного аккумулирования энергии солнца, ветра и других низкопотенциальных источников энергии. Предлагаемая установка, разработанная по этому способу, основана на выделении или поглощении определенного объема энергии при химических реакциях. В результате химической реакции, проведенной за счет тепла, полученного от применения солнечной энергии совместно с другими источниками энергии, выделяется водород. Образовавшийся водород с помощью определенных устройств собирается в специальном сосуде. Аккумулирование природной энергии (энергии солнца, ветра) осуществляется с помощью солнечного коллектора, ветрового и теплового генератора, регулятора дополнительного источника энергии, сосуда для хранения выделяемого газа и необходимого оборудования.

Схема предлагаемой установки показана на рисунке 2.

Рис. 2. Схема установки для разделения воды на водород и кислород за счет термохимической реакции:

1 – солнечный коллектор; 2 – ветротеплогенератор; 3 – емкость для воды;

4 – химический реактор (H₂O + X=XO + H₂); 5 – химический реактор (XO=X + ¹/₂O)

Установка работает следующим образом: за счет солнечной и ветровой энергии вода хранящиеся в емкости 3 подогревается до нужной температуры. Нагретая вода подается в реактор 4, где происходить термохимическая реакция между водой и Х химическим элементом. За счет химической реакции получаем XO и H₂, После ХО подается в реактор 5 и за счет химической реакции восстонавливается вещество Х. Выделяемый кислород и водород отправляется к потребителю или хранятся в специальном сосуде.

Разделение воды на водород и кислород с использованием энергии солнца и ветра, и на основе этого решение проблемы сезонного аккумулирования солнечной и ветровой энергии имеет важное практическое и научно-исселедователское значение. При необходимости хранящий водород можно использовать для получения энергии.

Решение поставленной задачи даст возможность снабжать общественные и производственные помещения электричеством, теплом, холодом ц теплой водой, а промыщленность теплом для технологических нужд.

Литература:

1. Даффи Дж., Бэкман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии – М.: 1977.

2. Байрамов Р.Б., Ушакова А.Д. Системы солнечного теплоснабжения в энергетическом балансе южных районов страны. – А.: Наука, 1987.

3. Байрамов Р., Сеийткурбанов С., Теплонасосные установки для индивидуальных потребителей. – А., 1984.

4. www.econuseum.kz