Классный час: «Солнечная энергия – энергия будущего» (стр. 2 )

Гелиоконцентраторы

Каждый из нас с детства помнит немного опасные игры с собирательной линзой и солнечными лучами, когда в жаркий день можно было в считанные минуты поджечь бумагу или что-то «нарисовать» на школьном подоконнике. Ученые и инженеры, использующие метод фокусировки солнечных лучей для выработки электричества или тепла, по причине дороговизны и сложности изготовления огромных линз, используют массивы вогнутых зеркал (классические зеркальные панели или листы полированного алюминия).

Зеркала являются составной частью гелиоконцентратора – установки, собирающей параллельные солнечные лучи в одной точке. Если в эту точку-фокус поместить трубу с теплоносителем (водой или другой жидкостью), она нагреется.

Нужно сказать, что наибольшей эффективности работы таких установок можно добиться в южных широтах, однако в умеренной полосе гелиоконцентраторы пользуются не меньшей популярностью. К примеру, сейчас в Испании более 6000 домов города Севилья обеспечиваются электроэнергией, вырабатываемой гигантской гелиоэлектростанцией: 40-этажная установка фокусирует свет более чем из 600 зеркал, каждое из которых имеет площадь 120 квадратных метров.

В этом году португальские энергетики практически побили мировой рекорд, соорудив исполинский массив из 52 тысяч солнечных батарей. Электростанция, занимающая площадь 60 гектар, вырабатывает 11 МВт энергии и обеспечивает светом 8000 домов. По словам разработчиков, эта электростанция должна производить 20 гигаватт-часов электричества, тем самым, сокращая выбросы углекислого газа в атмосферу на 13 тысяч тонн в год.

География распределения солнечной энергии.

Количество солнечной энергии, падающей на поверхность Земли, изменяется вследствие движения Солнца. Эти изменения зависят от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает больше солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится высоко над горизонтом, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Следовательно, меньше солнечной радиации рассеивается и поглощается, а значит больше достигает поверхности. Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов:

·  Широты;

·  Местного климата;

·  Сезона года;

·  Угла наклона поверхности по отношению к Солнцу.

  Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время - менее чем на 0,8 кВт·ч/м2 в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт·ч /м2 в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору. Количество солнечной энергии зависит и от географического месторасположения участка: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет:

 в Центральной Европе, Средней Азии и Канаде - приблизительно 1000 кВт·ч/м2;

в Средиземноморье - приблизительно 1700 кВт·ч /м2; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии - приблизительно 2200 кВт·ч/м2. Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения. Этот фактор необходимо учитывать при использовании солнечной энергии. (См. приложение №1).

Солнечная энергетика и Россия

Хотелось бы затронуть вопрос развития солнечной энергетики именно в России, стране с огромным энергетическим потенциалом, но, в то же время, со всеобщими экологическими и социальными проблемами. Одной из причин заинтересованности российских ученых в энергии солнца является интенсивный рост затрат на добычу и транспортировку угля, нефти и газа. Более того, дома 20 миллионов Россиян до сих пор не снабжены системами централизованного электро - и теплоснабжения. Аналитики утверждают, что на данном этапе освоение рынка солнечной энергии в России стоит начинать с внедрения простых установок для нагрева воды сезонного типа. Особенно актуальна эта стратегия в регионах, где солнечным установкам придется практически на равных конкурировать с электронагревателями, работающими от дорогой электроэнергии. И делать это можно не только на юге страны, где тепло, но и в северных, западных регионах. По словам скептиков, географическое расположение России не позволяет в полной мере использовать потенциал поступающей солнечной радиации. Однако недавнее исследование специалистов Института высоких температур Российской академии наук (ИВТ РАН) подтвердило абсолютную несостоятельность этой гипотезы. В то же время, работающий в этой сфере эксперт Антон Данилов-Данильян, являющийся руководителем экономической рабочей группы при администрации президента РФ и председателем экспертного совета "Деловой России", отмечает, что наиболее выгодно устанавливать солнечные преобразователи в Ставрополье, Краснодарском крае, Ростовской области, Калмыкии, Астрахани, Саратовской, Самарской, Пензенской, Волгоградской, Оренбургской областях.

В одном из своих интервью Данилов-Данильян отметил, что по сравнению с ядерной энергетикой у «солнечной» отрасли есть очевидные преимущества. Помимо огромных рисков, атомная энергетика требует гигантской площади на один мегаватт выходной мощности, да и в ее экологичности уверены не многие.

Перспективы малой энергетики в Томской области

Томская область занимает юго-восточную часть Западно-Сибирской равнины и имеет площадь 316,9 км2, превышая по площади такие крупные европейские государства, как Великобритания, Польша или Италия. Максимальная протяженность Томской области с севера на юг - 600 км, с запада на восток - 780 км. Более половины территории области покрыто кедровыми, сосновыми и березовыми лесами. В области - 573 реки. Все они относятся к бассейну Оби. Численность населения   области более   одного миллиона человек, в том числе городского - 66%. Средняя плотность населения области составляет 3,41 человека на 1 км2.   Климатические условия в области типичные для сибирских регионов России: среднегодовая температура минус 2°С, длительность отопительного сезона 8 месяцев. Баланс энергетических ресурсов области неутешителен. Общее потребление энергоресурсов достигает 5,5 млн. тонн условного топлива (т. у.т.) в год. При этом ежегодно в области добывается и вывозится 7,5 млн. т. у.т. сырой нефти и газового конденсата, но одновременно ввозится   около 1 млн. т. у.т. угля,   все моторное топливо, большая часть газа, закупается   около 4000 млн. кВт*ч электроэнергии. Энергосистема Томской области входит в состав объединенной энергосистемы Сибири. Предприятием, обеспечивающим потребность области в централизованном электроснабжении, является . Общая протяженность линий электропередач на 01.01.2000 г. составляет 19417 км. Многие северные и северо-восточные территории Томской области не имеют централизованного электроснабжения. Очевидно, что при низкой плотности населения и слабой производственной освоенности, включение этих территорий в централизованную систему энергообеспечения нецелесообразно. Электрификация отдаленных районов осуществляется с помощью 42 локальных дизельных электростанций (количество агрегатов 123) суммарной установленной мощностью 44075 кВт. От   них получают электроснабжение 41 населенный пункт, в которых проживает более 24 тысяч человек. В зонах децентрализованного энергоснабжения много населенных пунктов, являющихся местами компактного проживания малых северных народностей (селькупы, ханты, чулымцы и др.) Необходимый годовой расход дизельного топлива составляет 15930 тонн. В зависимости от места расположения станции и условий ее работы стоимость выработанной электроэнергии колеблется от 3,5 до

15 рублей за кВт*ч., что сопоставимо со стоимостью энергии, получаемой от природных возобновляемых энергоресурсов. Агрегаты большинства дизельных электростанций давно выработали свой ресурс и требуют замены. Частые аварии в электроснабжении приводят к значительным материальным потерям. При этом наносится  социальный ущерб населению. Капитальные вложения только на обновление агрегатов дизельных электростанций требуют порядка 15,0 млн. долларов США,   а   на приобретение топлива (без учета стоимости доставки, которая часто превышает цену топлива) ежегодно расходуется порядка 3,5 млн. долларов.   Стоимость доставки топлива   значительно зависит от расстояния между местом его производства и потребления и условий доставки. На сегодняшний день для доставки топлива по территории Томской области используются практически все виды транспорта: речной, железнодорожный, автомобильный, авиация. В условиях суровой сибирской зимы расходы на теплоносители составляют в годовом бюджете области 44 % - более 1,4 трлн. рублей. Ежегодно приходится замораживать значительные финансовые средства на северный завоз топлива, так как во многие районы Томской области его доставка возможна только по зимникам.   Суровый климат Томской области, слабое развитие транспортной и энергообеспечивающей инфраструктуры территории, низкая плотность населения определяют критическую ситуацию в энергообеспечении северных районов области. Проблемы с теплом и электричеством усугубляют социально-политическую обстановку в регионе и требуют незамедлительного решения.

Проведенные исследования энергетического потенциала возобновляемых источников энергии (ВИЭ) показали, что многие энергетические проблемы Томской области могут быть успешно решены с помощью малой энергетики.

Солнечная энергия

Для характеристики потенциальных гелиоэнергетических показателей на территории Томской области использованы результаты наблюдений 28 метеорологических и актинометрических станций. Из-за крайней недостаточности актинометрических станций были использованы данные гелиографов и наблюдений за облачностью, значительно более многочисленные и имеющие длительные годы наблюдений.