Cтраница 3
В Чили предложено использовать солончаковые плоскогорья, среди которых упоминается Атакама площадью 100 X 30 км. Еще в 1965 г. были детально разработаны схемы получения на солнечных прудах электроэнергии, пресной воды и соли. [31]
Иными словами, при отводе горячего рассола мы получаем гидродинамическую концентрацию потока эксергии в сто тысяч раз. Поэтому солнечный пруд и представляется эффективным возобновляемым источником энергии благодаря высокой концентрации эксергии и ему уделяется так много внимания в этой книге. [32]
На ней наглядно изображены потоки энергии и эксергии в солнечном пруде. Подробно о том, что такое солнечный пруд и для чего он нужен, речь пойдет в главе 8, а здесь отметим лишь, что это неглубокий водоем с соленой водой, которая внизу, возле дна, нагревается солнцем почти до кипения а вверху так же холодна, как окружающий воздух. На широкой стрелке - потоке излучения от Солнца - выделена более узкая полоса - эксергия этого излучения. Попадая в пруд, большая часть потока энергии уходит вверх и при температуре окружающей среды Г0 передается атмосфере. Обратите внимание на то, что поток энтропии & - jsF - это произведение плотности потока на площадь. Полоса эксергии в этом потоке сходит на нет, и сбрасываемая в атмосферу эксергия близка к нулю. [33]
Последние можно разделить на два подвида. Первый базируется в основном на системе преобразования солнечного излучения в тепло, которое далее чаще всего используется в обычных схемах тепловых электростанций. К ним относятся: башенные солнечные электростанции ( ОЭС), солнечные пруды, солнечные энергетические установки с параболоцилиндрическими концентраторами. [34]
В создании мощных солнечных прудовых электростанций, по-видимому, может стать проблемой не горячий, а холодный источник, необходимый для конденсации пара. Но в континентальных пустынях на холодную морскую воду рассчитывать нельзя, и здесь представляют интерес как источники холода те же подземные рассолы, если они не нагреты геотермальным теплом. Разумеется, если рассолы горячие, их можно использовать и без солнечного пруда. Она интенсивно развивается в последние годы и оказывается особенно успешной в тех случаях, когда из глубин земли вырывается насыщенный или даже перегретый пар. [35]
Отсюда видно, что прудовые установки, созданные на конечных ступенях каскадной системы орошаемого земледелия, способны принять и эффективно использовать весь вынос соли, отдавая при этом засушливым областям и электроэнергию, и пресную воду. Однако не только дренажный сток может быть источником необходимой для прудов соли. Сравнительно слабо соленая вода бессточных озер в Средней Азии может в солнечных прудах разделяться на пресную и крепкие рассолы с одновременной выработкой электроэнергии. [36]
Производством электроэнергии мы называем передачу энергии от потока топлива потоку электрических зарядов. Чтобы получить заданный поток электроэнергии при минимальных затратах топлива, нужно и электростанцию, и всю систему ее снабжения топливом рассчитывать по методике эксергии-нетто. Отметим также, что новые, экологически приемлемые схемы использования солнечной энергии, накопленной в океане или солнечном пруде, при сравнении по эксергии-нетто выглядят лучше многих других энергоисточников. [37]
Поток эксергии может быть больше, чем энергии, например в криогенной жидкости или холодном сжатом газе, поэтому нельзя считать, что эксергия - это часть энергии. Эксергия - это связанная с энергией, но другая функция. Поток эксергии теплоты, пропорциональный потоку энтропии, позволяет получить механическую или электрическую мощность в тепловых двигателях, в частности использующих термоградиенты в океане или солнечном пруде. Особый класс тепловых двигателей составляют диссипативные, в которых поток энтропии вызывает автоколебания поршня. [38]
Интересен вопрос о том, нельзя ли поверхностный слой пруда, температура которого близка к температуре окружающей среды, использовать для сброса тепла с электростанции. Однако, если осуществить эту идею, циркуляционное течение, используемое для сброса тепла, будет вызывать повышение температуры поверхностного слоя. Это может привести к возмущению стабилизирующей градиентной зоны и неблагоприятно повлиять на эффективность работы солнечного пруда. Было установлено, что градиентная зона весьма устойчива. Она испытывает лишь слабые возмущения при создании течения, если источник и сток расположены вблизи поверхности. При другом расположении этих устройств или других условиях втекания необходима большая осторожность, чтобы избежать возникновения существенных возмущений в градиентной зоне. [39]
Интересен вопрос о том, нельзя ли поверхностный слой пруда, температура которого близка к температуре окружающей среды, использовать для сброса тепла с электростанции. Однако, если осуществить эту идею, циркуляционное течение, используемое для сброса тепла, будет вызывать повышение температуры поверхностного слоя. Это может привести к возмущению стабилизирующей градиентной зоны и неблагоприятно повлиять на эффективность, работы солнечного пруда. Было установлено, что градиентная зона весьма устойчива. Она испытывает лишь слабые возмущения при создании течения, если источник и сток расположены вблизи поверхности. При другом расположении этих устройств или других условиях втекания необходима большая осторожность, чтобы избежать возникновения существенных возмущений в градиентной зоне. [40]
На рис. 32 показана схема комбинированного производства электроэнергии и пресной воды на основе солнечного пруда. Горячий рассол из нижней конвективной зоны пруда подается в испаритель - сосуд, где поддерживается пониженное давление ( около 0 9 ат) при температуре рассола около 100 С. Отсюда поток пара подается в турбину низкого давления, в качестве которой принят цилиндр низкого давления от серийной паровой турбины ВК-100. Принято также, что расстояние от турбины до пруда составляет 1 км и до холодного источника - 5 км. Номинальная мощность этой части турбины около 30 МВт, но расчет ее для работы с солнечным прудом показал, что при том же расходе пара ( 300 т / ч) мощность будет примерно вдвое меньше. После конденсатора вся пресная вода поступает потребителю. [41]
В солнечном пруду происходит одновременно улавливание и накапливание солнечной энергии в большом объеме жидкости. Обнаружено, что в некоторых естественных соленых озерах температура воды у дна может достигать 70 С. Это обусловлено эысокой концентрацией соли. В обычном водоеме поглощаемая солнечная энергия нагревает в основном поверхностный слой и эта теплота довольно быстро теряется, особенно в ночные часы и при холодной ненастной погоде из-за испарения воды и теплообмена с окружающим воздухом. Солнечная энергия, проникая через всю массу жидкости в солнечном пруду, поглощается окрашенным в темный цвет дном и нагревает прилегающие слои жидкости, в результате чего температура ее может достигать 90 - 100 С, в то время как температура поверхностного слоя остается на уровне 20 С. Благодаря высокой теплоемкости воды в солнечном пруду за летний сезон накапливается большое количество теплоты, и вследствие низких тепловых потерь падение температуры в нижнем слое в холодный период года происходит медленно, так что солнечный пруд служит сезонным аккумулятором энергии. Теплота к потребителю отводится из нижней зоны пруда. [42]