Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

4.2.1. Общие сведения

Человечество с древних времен использует энергию Солнца. Бна — чале это был источник для приготовления пищи и обогрева жилища. Позже начали применяться простейшие технологические процессы для сушки сельскохозяйственной продукции. С развитием техники услож­нялись процессы и установки, для которых Солнце поставляло свою энергию. Эта энергия может использоваться как с естественной плот­ностью теплового потока, так и с колоссальной концентрацией. На­пример, при выпаривании морской воды в бассейне и получении соли достаточно естественной солнечной радиации. Б солнечных печах с высокой температурой до 4 000-4 500 градусов для плавки различных веществ концентрация потока достигает десятков тысяч раз.

Б сельском хозяйстве разных стран широко применяется выращива­ние растений в закрытом грунте с использованием парникового эффек­та. эта технология удлиняет период вегетации, продвигает в северные широты культивирование теплолюбивых растений. Солнечная энергия дает возможность снабжать население теплой водой и отапливать по­мещения, а в жаркое время охлаждать их, поддерживая комфортную температуру, и даже вырабатывать лед.

Солнечная энергия может быть преобразована в другие виды энер­гии. Так, если нагреть воду в приемнике солнечной радиации, превра­тить ее в пар и пропустить через турбину, соединенную с электрогене­ратором, получим электроэнергию. Эта задача упрощается с использо­ванием фотоэлектрических преобразователей. Солнце участвует также и в получении топлива будущего — водорода при разложении воды.

Годовая потребность в горячей воде семей, проживающих в Север­ном полушарии, может быть на 60-70 % обеспечена за счет бесплатной солнечной энергии с помощью термических установок современного поколения. Если размеры установки рассчитаны правильно, то она бу­дет подогревать воду с начала апреля до середины октября. установка будет работать также в зимние месяцы при солнечной погоде. эффек­тивность использования коллектора для обогрева помещений в боль­шей степени зависит от самого здания. Многие дома, ориентированные на солнце, использующие пассивную солнечную энергию (например, зимний сад), с хорошей теплоизоляцией, при разумном энергопотреб­лении полностью обходятся без центрального отопления. в принципе, чем ниже энергетическая потребность здания, тем легче она покрыва­ется за счет энергии солнца [Гарнижевский, Б. в., 1992].

главная проблема отопления с использованием солнечной энергии состоит в том, чтобы избыток летнего тепла консервировать на зимние месяцы. В такого рода накопителях снижаются специфические поте­ри тепла. Поэтому очень актуальным становится создание накопите­лей тепла на длительное время, как правило, подземных резервуаров. Местная тепловая сеть может обеспечивать из этого резервуара энерги­ей находящиеся вокруг здания (рис. 20).

Отопление с помощью солнца в большом объеме возможно лишь тогда, когда здания будут соответствующим образом снабжены улуч­шенной теплоизоляцией, большими коллекторными поверхностями, большим накопителем тепла на длительный срок и солнечной тепло­вой сетью местного значения. в качестве примера можно привести следующий факт, в Гамбурге (район Брамфельд) на крышах 124 домов рядовой застройки нового микрорайона были установлены коллекторы общей площадью 3 000 м2. Производимое ими солнечное тепло центра­лизованно собирается и через тепловую сеть местного значения пода­ется потребителям. Неиспользованное тепло подводится в накопители тепла на длительный срок. Этот накопитель из бетона объемом в 4 500 м3 изолирован внутри пленкой из нержавеющей стали. Внешняя изоля­ция уменьшает потери тепла. в летние месяцы накопитель нагревается, в августе он достигает наивысшей температуры (около 80 градусов); за­тем до декабря он отдает тепло для отопления. Остальная потребность покрывается отопительным котлом. Таким образом, поставленная цель (50 % потребности в энергии для отопления и подогрева воды покрыть с помощью солнечной энергии) была достигнута. Стоимость произве­денного при помощи солнечной энергии тепла по гамбургскому проекту (без субсидий) составляла около 26 центов за кВт-ч. При втором пилот­ном проекте в фридрихсхафене в результате более компактного способа строительства и за счет большего накопителя стоимость была снижена до 16 центов за кВтн. За это время в ФРГ было построено 5 новых сол­нечных тепловых систем местного значения [Кундас, С. П., 2007].

4.1. Общие сведения

Солнце является главным первоисточником нетрадиционной энер­гетики. Солнечная энергия излучается в пространство благодаря тер­моядерной реакции, которая протекает внутри звезды. на землю падает поток энергии, равный 1,7-1014 кВт. Основной величиной, характеризу­ющей этот вид энергии, является солнечная постоянная, т. е. плотность потока излучения, падающего на площадку, перпендикулярную этому излучению и расположенную над атмосферой. Ее численное значение составляет около 1 353 Вт/м2. Проходя через атмосферу, солнечное излучение ослабляется, частично пронизывает атмосферу прямыми лучами и достигает земной поверхности в виде прямого и рассеянно­го излучения. На уровне Земли солнечная постоянная не превышает 1 000 Вт/м2. прямое и рассеянное излучение ведут себя по-разному, прямыми лучами можно управлять, применяя соответствующие опти­ческие системы, рассеянное излучение не поддается концентрации и управлению [Тарнижевский, Б. В., 1992].

Солнечное излучение, достигающее земной поверхности, неодно­родно по своему составу и его можно разделить на три диапазона: уль­трафиолетовый, видимое излучение и инфракрасный диапазон. Каж­дый участок спектра вносит свою долю излучения: ультрафиолетовый — 7 %, видимый — 47 %, инфракрасный — 46 % [Даффи, Дж. А., Бек­ман, У А., 1997]. Облученность рассматриваемой площадки зависит от географической широты, времени года, суток, наличия облаков и за­грязнений в атмосфере, от угла наклона к горизонту.

как уже отмечалось, солнечное излучение состоит из прямого и рассеянного (диффузного) излучения. Последнее возникает от солнеч­ного света, который рассеивается через облака, за счет испарения и др. и попадает на поверхность земли по различным направлениям. Неко­торые солнечные системы (гелиоустановки) используют прямое излу­чение (яркое солнце), в большинстве случаев можно использовать как прямое, так и диффузное излучение.

преимуществам солнечной энергии обычно противопоставляется малая (ограниченная) плотность энергии. Действительно, при полном солнечном излучении солнечная мощность составляет около 1 000 Вт на м2, однако среднегодовая составляет только 100 Вт/м2 Исходя из этого гелиоустановки требуют больших площадей. Это, однако, не яв­ляется препятствием для широкого использования гелиотехники. Так, в ФРГ, к примеру, в распоряжение солнечных систем предоставлены около 3 500 км2 поверхностей крыш. Из них около 800 км2 пригодны для гелиоустановок. Другие площади, которые могут быть использо­ваны для размещения установок, — это фасады и технические стройки (мосты, шумопоглощающие стены).

Следует отметить, что солнце является основным поставщиком энергии на нашей планете. год за годом оно поставляет с высокой на­дежностью солнечное излучение, превышающее нынешнее мировое потребление энергии в 7 тыс. раз: 70 % этого излучения приходится на океаны [Кундас, С. П., 2007]. Так, например, в Сахаре ежегодно на квад­рат 200 км на 200 км приходится столько энергии, сколько в настоящее время используется во всем мире. Если бы солнечное излучение в Са­харе использовалось на 10 %, то на площадь приблизительно 700 км на 700 км можно было бы производить нынешнюю мировую потребность в энергии (рис. 18).

Как видно из рис. 19 солнечный потенциал Беларуси находится на уровне других западноевропейских стран. однако реальное использова­ние этого вида ВИЭ несравнимо с ведущими европейскими странами. В пределах Республики Беларусь интенсивность суммарной солнечной радиации меняется незначительно и на период с апреля по сентябрь приходится около 75 % годового прихода суммарной радиации на го­ризонтальную поверхность и приблизительно равна 3 715 МДж/м2. Для успешной работы гелиоустановки требуется не менее 5 часов непрерыв­ного облучения.

На географической широте Республики Беларусь солнечное излу­чение намного меньше, чем в Сахаре: в республике в год излучается до 1 200 кВт-ч на 1 м2. Это соответствует количеству энергии, содер­жащемуся в 60 литрах нефти. В целом ежегодное солнечное излучение на всей территории Беларуси составляет такое количество энергии, ко­торое превышает в 20 раз потребность в газе для выработки энергии. По метеорологическим данным в нашей стране в среднем 150 дней в г. пасмурных, 185 дней с переменной облачностью и 30 ясных, а средне-

1 MW System Cost: 4 €/kWp. Interest: 2% above Inflation, optimum tilt angle, 20 yrs lifetime, PR 0.75 DGJRC

Рис. 19. Уровень солнечной радиации стран Европы

годовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с уче­том ночей и облачности составляет 243 кал на 1 см2 за сутки, что экви­валентно 2,8 кБт-ч/м2, а с учетом КПД преобразования для гелиоэлектри­чества 12 % — 0,3 кБт-ч/м2 [Кундас, С. П., 2007]. Согласно многолетним наблюдениям возможное количество солнечных часов в году на широте Минска составляет 4 464 час., а фактическое — 1 815 час. Б районе Мин­ска в среднем за год насчитывается 28 ясных, 167 пасмурных и 170 дней с переменной облачностью [Атласы ветрового…, 1997].

Комментарии запрещены.