Принцип конуса, или Как улучшить гелиостанцию

0
59

В ближайшее время в Бресте будет изготовлена экспериментальная гелиостанция по проекту профессора В.С.Северянина, руководителя научной лаборатории «Пульсар» БрГТУ. За воплощение его идеи возьмутся специалисты ОАО «Брестгазоаппарат». Аналогов разработке брестского учёного в мире пока не создано.
 
Энергия солнца – на службе людям

 Поиск новых источников энергии уже давно охватил мир. Ветрогенера-торы и солнечные батареи активно используются в энергетическом комплек-се ряда европейских стран.
Например, в скандинавских странах широко используется биотопливо и гидроэнергия (к 2010 году Швеция планирует довести долю возобновляю-щейся энергии до 60% энергетического комплекса страны). Германия и Испания – мировые лидеры по установленной мощности ветрогенераторов (18,5 и 10 ГВт соответственно). Помимо этого, Германия – крупнейший рынок фо-тогальванических систем (1,4 ГВт установленной мощности солнечных батарей на начало 2006 года, что на 53% больше, чем в 2005-м) и систем солнечного отопления (установлено приблизительно 6,7 млн. м2 коллекторов мощностью 4,69 термических ГВт, а в 2005 было 664 МВт).

В Беларуси использование возобновляющихся источников энергии (солнце, ветер, вода) развито пока не достаточно. Объясняется это, в первую очередь, географическим положением и климатическими особенностями нашей страны. И всё же, по подсчётам специалистов, 10-20% теплопотребления можно обеспечить за счёт использования излучаемого Солнцем тепла.

 Поэтому, несмотря на то, что использование солнечной энергии в Беларуси может быть эффективным только в летний период, белорусские учёные ведут активную научную деятельность в области использования возоб-новляющихся энергоисточников. И уже достигнуты определённые результаты.
 

В лаборатории терморегулирования Института тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова НАНРБ разработан гелиомодуль, преобразующий солнечное излучение в тепловую энергию с нагревом воды. Устройство представляет собой плоскую прямую конструкцию с абсорбером, стеклянным покрытием и теплоизоляцией. Технические параметры: площадь – 0,9-2 м2, тепловая мощ-ность – 0,5-1 кВт, температура нагреваемой воды – 60 °С.
 

Брестские учёные также взялись решать проблему использования энергии возобновляющихся источников. За основу солнцеприёмника взяли пара-болоид. И значительно продвинулись в своих разработках. 

Проблему ветра решит система конусов

Так считает Виталий Степанович Северянин, научный руководитель исследовательской лаборатории «Пульсар» Брестского государственного тех-нического университета.

На Западе прогрессивной технологией считается применение параболоида вращения. Мощность такой установки зависит от диаметра снопа солнечных лучей, попадающих на её поверхность и фокусируемых в центре параболы.

Как известно, мощность светового потока вне атмосферы Земли – Солнечная постоянная – равна 1,32 кВт на квадратный метр. В зависимости от поры года и времени суток до нас доходит примерно 0,8 кВт. Такая величина характерна для бытового электроутюга.

Следовательно, чтобы уловить большее количество энергии, надо увеличить площадь восприятия светового потока. Французы, например, исследовали возможность плавления тугоплавких металлов при помощи Солнца. Построили экспериментальную установку в форме параболы диаметром 20 метров. При этом в фокусе они получили температуру до 4 000 градусов Цельсия.

Однако два самых больших недостатка параболоида – сложность конструкции и ветровая нагрузка. Это обстоятельство накладывает определённые ограничения на величину диаметра установки и заставляет решать проблему надёжного крепления.

Виталий Степанович, давно занимающийся разработками в области альтернативных источников энергии, предложил принципиально новый вариант конструкции солнечной установки. Проблему ветра он решил с помощью конуса.

Гелиостанция в форме розы

Размышляя над решением проблемы парусности параболоида, профес-сор Северянин нашёл идеальную, на его взгляд, форму для гелиостанции. Его гелиоустановка состоит из набора конусов различного диаметра, что придаёт ей внешнее сходство с розой.

Установленные под определённым углом конуса направляют солнеч-ные лучи в одну точку – в центр основания «розочки», где установлен котёл. Примечательно, что если смотреть на многоконусный рефлектор прямо, его поверхность кажется сплошной. А если немного сместить угол зрения – появляются большие просветы между конусами. Таким образом, ветер сможет почти беспрепятственно проходить сквозь солнечный приёмник, не создавая на него давления.

В лабораторных условиях Виталий Степанович свое изобретение уже испытал. Из ватмана, покрытого серебрянкой, он изготовил макет станции с диаметром рефлектора 0,3 метра. Светившее сквозь окно солнце нагрело чёрный котёл солнцеприёмника более 70 °С.

-Недавно в Португалии запустили в эксплуатацию крупнейшую в мире солнечную электростанцию,- чтобы показать значимость своего изобретения, В.С.Северянин привёл пример из мировой практики.- Её мощность – 11 мегаватт. Она состоит из 52 тысяч солнечных батарей, установленных на двухметровой высоте и занимающих территорию площадью 60 га. Стоимость проекта – 75 миллионов долларов. Обслуживает станция 8 тысяч домов.
Простые математические расчёты показывают, что мощность одной ба-тареи – около 200 ватт, а стоимость – почти полторы тысячи долларов. Доро-говизна объясняется тем, что в данном случае используется фотоэлемент, состоящий из диодов, изготовленных из сверхчистого материала. Зато выигрывают португальцы в том, что сразу получают готовую электроэнергию, не совершая лишних операций.
Мощность же моей «розочки» диаметром 1 метр будет колебаться в пределах от 800 до 1 000 Вт. Да и стоимость её изготовления будет несравнимо ниже.

Пока Виталий Степанович не берётся назвать цену своего изобретения. Все зависит от того, какой материал будет использован при изготовлении конусов рефлектора. Сейчас рассматривается три варианта: хромированный алюминий, нержавеющая сталь или специальная пластмасса.

Всё гениальное – просто

Изобретение многоконусного рефлектора было лишь началом огромного творческого труда В.С.Северянина над созданием белорусской гелиостанции.

Следующим и, пожалуй, более сложным этапом научной работы стала разработка надёжного привода, который обеспечил бы гелиостанции постоянное слежение за солнцем.

Решая эту задачу, профессор Северянин пытался сочетать простоту в эксплуатации и минимум электроники с максимумом точности. По его мнению, разработанный им механический привод имеет все эти качества.
Круглую платформу-базу станции будет вращать всего один электродвигатель. За сутки она будет делать один оборот. А стоящая на ней опора с рефлектором при помощи передаточного механизма с каждым оборотом платформы будет поднимать или опускать солнечный приёмник на 365-ую часть высоты. Таким образом, при минимуме механизмов и электронного оборудования многоконусному рефлектору будет обеспечено круглогодичное слежение за Солнцем.

Ещё одна составляющая гелиостанции – хранилище солнечной энергии. Результатом излучения солнца может быть либо электроэнергия, либо теплота нагретой воды.

Так как электричество сохранить гораздо сложнее – аккумуляторов промышленного масштаба пока не создано – Виталий Степанович предлагает хранить горячую воду.

Тут есть несколько вариантов. Нагретую с помощью Солнца воду можно закачать под землю. Из-за невысокой теплопроводности земных пород потеря теплоты будет незначительной, следовательно, вода надолго сохранит температуру.

Другой способ – установить в земле специальные баки-аккумуляторы. Они, по мнению Виталия Степановича, должны быть разделены на секции, чтобы нагнетаемая, а затем расходуемая вода как можно дольше сохраняла полученную теплоту.

Именно этот способ хранения, считает брестский учёный, является наиболее перспективным для внедрения в производство. Он уверен, что если на крыше жилого дома смонтировать одну-две гелиостанции с метровым рефлектором, а под домом установить бак-аккумулятор, то с помощью солнца этот дом можно обеспечить горячим водоснабжением, а затраты на централизованное отопление свести к минимуму.

В.С.Северянин полагает, что после проведения испытаний гелиостанции, ОАО «Брестгазоаппарат» сможет быть налажено серийное производство солнечных установок. В будущем учёный планирует изготовить рефлектор диаметром 10 метров, повысив мощность гелиостанции до 10 кВт. Для этого понадобится слегка доработать существующую конструкцию.

Таким образом, изобретение профессора Северянина должно заинтересовать не только энергетиков, но и специалистов строительной отрасли: применение многоконусных гелиостанций может избавить от необходимости тянуть километровый трубопровод к ближайшей котельной. А это, в свою очередь, позволит избежать огромных потерь теплоты, полученной от сжигания дорогостоящего топлива.

А с 14 июня необходимость разработки и применения гелиостанций подтверждена на высочайшем уровне – Директива №3 Президента Республики Беларусь А.Г.Лукашенко предписывает к 2012 году 25 % электрической и тепловой энергии производить за счёт использования местных видов топлива, вторичных энергетических ресурсов и альтернативных источников энер-гии. К последним солнце как раз и относится.

"Республиканская строительная газета"

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here