Фотоэлектрлік күндік электростанциялар

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 61 бет
Таңдаулыға:

8

9

10

11

Аңдатпа

Мен бұл дипломдық жұмысымда мұнара типтес күн электр

станциясының көмегімен күн энергиясын алуды жобаладым. Күн энергиясын

пайдалануды, күн энергетикасының даму тарихын, күн электр станциясы, күн

электр станциясының түрлері, күн коллекторлары мен су қыздырғыштар,

олардың түрлерімен және қолданулары және де мұнара типті күн электр

станциясын қарастырдым.

Күн энергетикасының басқа сарқылмайтын энергия түрлеріне қарағанда

экономикалық және экологиялық жағынан да тиімді екені көрінеді.

Аннотация

В своей дипломной работе ознакомилась с использованием солнечной

энергией, с историей развития солнечной энергией, с видами солнечных

электрических станций, солнечными коллекторами, также спроектировала

солнечную электрическую станцию башенного типа.

Солнечная энергия с сравнений с другими видами энергий, считается

более выгодной с экономической и экологической стороны

Abstract

In the thesis I examined use by solar energy, history of development by solar

energy, with types of solar power plants, solar collectors, tower type of solar

energy from comparisons with other types of energy also designed solar power

plant, it is considered more faborable with economic and ecological party.

12

Мазмұны

Кіріспе

1 Күн энергиясын пайдалану

1. 1 Күн энергетикасының даму тарихы

1. 2 Күн энергетикасының даму тарихы

2 Күн электростанциясы

2. 1 Күн электростанциясының түрлері

2. 2 Фотоэлектрлік күндік электростанциялар

2. 3 Термодинамикалық күндік электростанциялар

2. 4 Күн батареясының фотоэлементтері мен олардың физикалық

жұмыс принциптері

2. 5 Күн коллекторлары мен су қыздыртқыштары. Олардың

түрлерімен және қолданулары

3 Мұнара типті күн электростанциясы

3. 1 Мұнара типтес күн электростанциясының болашағы

3. 2 Жарықтың фототермикалық және фотоэлектрлік

түрлендіргіштерді

3. 3 Энергияның газотурбинді түрлендіргіштерімен қамтылған

мұнара типті перспективті күнді энергоқондырғы

3. 4 Орталық қабылдағышпен қамтылған мұнара типті күнді

электростанциялар

4 Экономикалық бөлім

4. 1 Резюме

4. 2 Электр станциясын салуға кететін қаржы салымдарын есептеу

4. 3 Амортизация жұмысына кеткен шығынды анықтау

4. 4 Инвестицияның таза құнын есептеу

5 Инвестицияның таза құнын есептеу

5. 1 Күн электр станциясын пайдалануда қоршаған ортаға әсеріне

талдау жасау

5. 2 Жобалап отырған күн станциясындағы мұнараның минималды

7

8

8

биіктігін (

) анықтау.

5. 3 Жоғары вольтты лабораториядағы жасанды жарықтану жүйесіне

есеп жүргізу

Қорытынды

Пайдаланған әдебиеттер

13

Кіріспе

Энергетика- экономика саласының бір түрі, ол өңдірістің, ғылымның

және елдің біртұтас дамуының индикаторы болып табылады. Адамзат бүкіл

өмірлік тарихында энергияның барлық 950 трлн кВт/сағ түрлерін жұмсаған,

оның 2/3 бөлігі 30 жылға сәйкес келіп тұр. Сондықтан, жаңартуға болатын

энергия көзін дәстүрлі түрде иемденбеу мәселесі қазіргі таңда өзекті мәселе

болып табылады. Дәстүрлі емес түрде жаңартуға келетін энергия көздеріне

күндік, желдік, геотермалді энергия, биомасса және Әлемдік мұхит энергиясы

жатады. Соңғы он жылда, осы энергия көздеріне адамдардың мүдделері артуда,

қанша дегенмен көптеген қатынастарда олар шектеусіз келеді. Күндік

сәулелерді тікелей қолдануға негізделген, энергетиканың потенциалды

мүмкіндіктері өте жоғары.

Күннің 0, 0005% энергиясын қолдану қазіргі таңда барлық әлемдік

энергетиканы қамтамас ететін еді, ал 0, 5%- перспективаның қажеттілігін

толығымен жабатын еді.

Күндік энергия-

күннің жер қойнауының реакциясы болғанда

нәтижесінде сәулелендірудің кинетикалық энергиясы (негізінді

жарықтың), пайда болады. Қанша дегенмен оның қорлары сарқылмайды (Күн

әліде 4 млрд жыл «жанып»тұрады), күнді қайта жаңартылатын

энергоресурстарға жатқызады. Табиғи экожүйелерде күндік энергияның

азғантай бөлігі, өсімдіктерде бар хлорофиллмен жұтылады, ол фотосинтез үшін

қолданылады, яғни көмірқышқыл газ және судан пайда болатын органикалық

заттың пайда болуы. Осылайша, ол органикалық заттардың потенциалды

энергия түрінде аңғарылады.

Олардың ыдырауы экожүйелердің қалған компоненттерінің

энергетикалық қажеттіліктерін қанағаттандырады. Күн энергиясының шамалы

пайызы болсада, біздің транспорттың қажеттілігін, өнеркәсіпті және біздің

тұрмыстық жағдайымыздың қазіргі кезі емес, болашақтада қамтамас ете

алады. Сонымен қатар, оны біз пайдаланамызба, жоқпа оған қарамастан

Жердің энергетикалық балансымен және биосфера жағдайына ешқандай әсер

тигізбейді. Күн-үлкен қуатты энергия көзі. Қосынды қуаты бойынша Жерге

түсіп тұратын күндік сәуле не бары 22 күнде, барлық ғаламшардағы

органикалық жаңармай қорларына тең.

Тәжірбиеде күндік радиация тікелей немесе жаңама түрде

электрэнергиясына айналады. Жаңама айналу радиацияның концентрация

жолы арқылы суды буға айналдыру үшін, аңдитын айналар көмегімен және

буды электрді генерлеу үшін пайдалану арқылы жүзеге асады. Мұндай жүйе

күндік сәулені тікелей жарықтандыру кезінде жұмыс жасайды. Күндік

энергияны электрлікке тікелей айналдыру фотоэлектрлік эффекті пайдалану

арқылы жүзеге асады.

14

Арнайы жартылай өткізгіштік материалдан дайындалған элементтері,

мысалы силикон, тіке күндік сәуле кезінде, үстінгі қабатта вольтаждың

алымдығын табады, яғни электрлік тоқтың болуын.

Күн энергиясы жылу жабдық үшін (ыстық су жабдықпен, жылытумен), ауыл

шаруашылықта, өнеркәсіптегі технологиялық процесстерде әртүрлі

азықтарды және материалдары кептіру үшін пайдаланылады. Альтернативті

энергетика талпыну қалпымен дамиды.

Фотоэлектрлік генераторда, оған СИ түсу кезінде фотоэлементте болып

жатқан процесстері болғанда, нәтижесінде электрлік тоқ пайда

болады. Олардың ішіндегі ең тиімділігі, ЭДС-тың өткізгіштер арасындағы

шекараларында және жарық сезімтал жартылай өткізгіштер (мысалы, кремний)

немесе әр келкі өткізгіштердің қозуымен негізінде болады. Күннен тікелей

электроэнергия алу, экономикалық қиындықтармен, сол энергияның ағынның

шамалы тығыздығымен, ауа райы жағдайларының әсері, мерзімнің және

жылдың әсері, күндік электростанциялардың географиялық орналасуымен

байланысты.

Энергияны тікелей жылу формасына аккумулдеу және оны

аккумулятордан сол формада алу, электроэнергияның өңдірісі үшін маңызды,

мысалы күндік электростанцияларда, бірақ энергия тұтынушы үшін, жиі

коммуналды-тұрмыстық секторда және қызмет ету саласында қолданылады.

15

1 Күн энергиясын пайдалану

1. 1 Күндік энергетиканың даму тарихы

Күн энергиясының техникада алғаш рет тәжірбиеде пайдалануы 17

ғасырға жатады. Жиілігінде, 1600 жылы Францияда, жылынған ауада жұмыс

жасаған және суды қопару үшін пайдаланған бірінші күндік қозғалтқыш пайда

болған. 17 ғасырдың соңында француз химигы А. Лаувазье бірінші күндік

пешті шығарған, оның температурасы 1650 ˚C жеткен және қорғалған

атмосферадағы зерттелген материалдардың үлгілері қыздырылған, сонымен

қатар көміртек пен платинаның қасиеттері зерттелген.

Француз А. Мушо Алжирде бірнеше ірі күндік концентраттар салған

және оларды су дистициялары үшін және сорғыш жетектері үшін

қолданылады. 1878 жылы Париждегі Әлемдік көрмеде 1866 ж. Мушо 0, 5 кг

етті 20 минутте пісіруге болатын, күндік пешті тағам дайындау үшін

көрсеткен. 1833 жылы АҚШ-та Дж. Эриксон параболцилиндірлік

концентратты күндік әуе қозғалтқышы пайда болды, оның көлемі 4, 8

3, 3м. Алғашқы күндік тегіс коллектор француз Ш. А Тельермен

салынған. Оның аумағы 20 және аммиакта жұмыс жасаған жылу

қозғалтқышында қолданылады. 1855 ж. су беру үшін тегіс коллекторлы күндік

қондырғы схемасы ұсынылған, ол үйдің шатырын жөндеуге келтірілген. 1871

ж. американдық инженер Ч. Уилсон Чилиде суды дистиляциялау үшін

алғашқы ірі масштабты қондырғы салған. Ол кен орынға ауыз суды жеткізу

үшін, 30 жыл арасында эксплуатацияланған.

1890 ж. профессор К. Цераский Мәскеуде күн энергиясымен

металлдың балқыту процессін жүзеге асырған ол параболоидты айнамен

фокусирілінген, фокуста температура 3000 ˚C аспаған. Жоғары мұнарада күн

электр станциясы қондырылған, қазіргі таңда айналарда (гелиостаттар) жылу

қабылдағышта күндік сәулелер шағылысады. Бұл принципті Уильям Адаме

1878 жылы. Бомбее энергетикалық қондырғысы үшін қолданылаған. Қуатты

гелиостанцияларының параболоцилиндірлік шағылысудың прототипі, осыған

ұқсас, калифорниялық Мохаве шөл даласында, 19 ғасырдың соңында бүгінде

турбина үшін буларды өңдірген. Бірінші рет оларды американдық кәсіпкер

Фрэнк Шуман оны кең қолдана бастады. Оның қондырғылары Каир

төңіректерінде Нил өрістері үшін суды тербелтеді. Өкінішке орай, істе тұрған

қуаты 40 кВт тең күндік күштік қондырғы бірінші дүниежүзілік соғыста

қиратылған. Бәрімізге белгілі, күндік энергия, тікелей фототүрлендіргіштің екі

типті-фотоэлектрлік, фотовольттік эффектті жүзеге асыратын, және

фотоэмиссионды электрлікке айналады, олар күндік жарықпен

сәулелендірген, эмиттер жоғарысында орнатылған өткізгіштермен қамтылған

электрондарды шығарады. Оны тәжірбие түрде қолдану тек бірінші

фототүрлендіргіш әдіспен қолдануы орын алған. Осыған бағытталған оның

16

шешуші факторы болып, кремниенді фотоэлементтері, КПД 6 % тең p-n өтуін

жасады.

Алғаш рет энергетикалық мақсатқа арналған, кремниелік күндік

батареясы жер айналасындағы ғарыштық кеңістікте, Жерде қолданылған. 1958

жылдары, Жердің жасанды спутниктері жіберілген, олар кеңес үкіметтік

«Спутник -3» және американдық

«Авангард-1» батареяларымен жабдықталған. 1960 жж. басында

алғашқы күндік, галлий арсени негізінде p-n өтулері бар фотоэлементтер

жасалынған. Бұл фотоэлементтер тиімділіктері бойынша кремнийға жол

береді, бірақ шамалы қыздырылған кезінде жұмыс жасай алады. Алғашқы рет

арсений галийдан жасалған жетілдірілген күндік батареяларды тәжірбиелікте

энергетикалық мақсатқа қолдануы электрожабдықты кеңес үкіметтік

ғарыштық аппараттармен қамтамас етумен байланысты болды, олар Венера

төңіректерінде жұмыс жасайтын, сонымен қатар Айдың үстінгі қабатын

зерттеген (1970 және 1972 ж) өзжүргіш аппараттармен «Луноход-1» және

«Луноход-2» төңірегінде жұмыс жасаған. Күндік энергетика тарихындағы

өмірлік жаңа бетін AlGaAs-GaAs гетероқұрылым негізінде жасалынған күндік

элементтер пайда болғаннан ашты. Қанша дегенмен мынадай

гетерофотоэлементтер радиационға-төзімді болып келді, оларды кремний

фотоэлементтерімен (кеңес үкіметтік станция «Мир») салыстырғанда, олар

шамалы қымбат болсада, соған қарамастан, ғарыш техникасында тез және кең

қолданысты тапты. Құралдарды өңдіру бойынша индустрияның кең

дамуы, жартылай өткізгіштер электроникасы, күндік энергетикада қалыптасқан

кремнилік фотоэлементтердің маңызды мәндерін ескертті.

1980 жж. ортасына дейін күндік элементтерді кремний, арсений галий

негіздерінде жетілдіру қарапайым құрылым базаларында және қарапайым

технологияларды жүзеге асқан. 1980 жж. ортасында оптикалық

сияқты, рекомбинациялы шығындарды

төмендететін фотоэлементтердің

құрылымдары ұсынылған. Нәтижесінде кремниелік фотоэлементтердегі

фотоэлектрлік түрлендіргіштердің тиімділіктерінің жылдам секіруіне қол

жеткізген. Кешірек күндік элементтердің бір өтулік p-n фотоэлементтерінен

қарағанда, оданда тиімдірек, екі каскадты әртүрлі механикалық күндік

элементтердің типтері пайда болған. Қазіргі таңда тәжірбиелік қолдану

кезеңінде үш каскадты фотоэлементтер бар, бірақ оларды қолдану тәжірбиесі

жоғары КПД мәндеріне төрт, бес, немесе оданда көп каскадты құрылымдарға

қол жеткізулеріне сенімді. 1990 жж. басында тәжірбиеде күндік

концентрациялық жүйені аз көлемду модулдер концепциясында базаланған

жаңа бағыт пайда болды.

Мұнара типті күн электр станциясы жұмыс негізінде жататын ой, 350

жыл бұрын айтылған, бірақ күн электр станциясы бұл типтің құрылысы 1965

ж. басталған, ал 80 жылдары АҚШ-та, Батыс Еуропада, СССР және басқа

елдерде қуатты күндік электростанциялары салынған. 1985 ж. Щелкино

Крымдық обылысында СССР кезінде алғаш рет электрлік қуаты 5 МВт тең

күн электр станциясы -5 күндік электростанциясы эксплуатацияға еңгізілген.

17

1600 гелиостаттар (тегіс айналар) екеуінің аумағы 25, 5 м тең, сәулелендіру

коэффициенті 0, 71, 89 м биіктігі бар мүнараға қондырылған және бу

генераторына қызмет ететін, күндік энергияны орталық қабылдағышқа ашық

цилиндр ретінде бағыттайды. Мұнара күн электр станциясына гелиостат

өрістерімен орталық қабылдағыш қолданылады, ол концентрация дәрежесін

бірнеше мыңға қамтамас етеді. Күнді зерттеу жүйесі қиындау, өйткені оған екі

өстің айналып тұруы қажет. Жүйемен басқару ЭЕМ арқылы жүзеге асады.

Жұмыс дене ретінде жылу қозғалтқыштарында температурасы 550 ˚С жететін

сулы бу, ауа және басқа газдардың температурасы - 1000 ˚С, төмен қайнайтын

органикалық сұйықтықтар (соның ішінде фреондар) - 100 ˚С, сұйық металл

жылу тасымалдауыш температуралары -800 ˚С дейін қолданады. Күндік

энергияны коммерциялық негізде алғаш рет пайдалану тәуекелі 80

жылдардың ХХ ғасырдың жүз жылдығына жатады. 1994 ж. Калифорнияда

электрлік қуаты 480 МВт, 1 кВт/ч энергия құны -7-8 центке жететін күн

энергиясы еңгізілді. Күндік энергияны, аккумулятор жүйелерісіз, пайдалану

әдісі ұсынылған. Жұқа қабық (1-2 мкм) жартылай өткізгіштер материалынан

жасалған көп уаде бергіш элементтер жетілдірілген: олардың КПД төмен

(зертханалық жағдайлардан да 16% төмен), құндылығы өте аз (қазіргі заманауи

күндік батареялар құнынан 10% кем емес) . Американдық сарапшылар көп

уаде бергіщ күндік термоэнергияларды, өңдіріске арналған, жылу және

жарықты жинап бағыттайтын, олармен бірге тікелей су қызатын күндік

рефлекторларды пайдаланады. Мысалы, Ресейде, Ковролық механикалық

зауытта (Жуковск қаласында), суды қыздыру үшін өңдірістігі жылына 100

мың. м3 құрайтын жылу күндік коллекторларды шығарады. Мин ғылымның

ВИЭСХ жобаларында күндік электростанциялар үшін, жылу циклімен

дөңгелек линза негіздерінде жасалған концентратор жетілдірілген, олар

матрица түрінде жиналған.

Феникс қаласының халықаралық аэропортында Аризона американдық

штатында қуаты 300 киловаттқа жететін күндік электростанция пайда болады.

Щелкино Крымдық обылысында СССР кезінде алғаш рет электрлік қуаты 5

МВт тең күн электр станциясы -5 күндік электростанциясы эксплуатацияға

еңгізілген. 1600 гелиостаттар (тегіс айналар) екеуінің аумағы 25, 5 м

тең, сәулелендіру коэффициенті 0, 71, 89 м биіктігі бар мүнараға қондырылған

және бу генераторына қызмет ететін, күндік энергияны орталық

қабылдағышқа ашық цилиндр ретінде бағыттайды. Спейс Шаттл ғарыш

кемесін пайдалана, НАСА ғарыш күндік электростанцияның құрылысын

шамамен 2000 жылы бітіреміз деп болжауда. Ғарышта көлемі 10 4 х 5 2 х 0 5

км тең тұғырнама салынады деп болжайды; күндік электростанцияның қуаты

9000 МВт құрайды. Мынадай ірі габаритті тұғырнама жоғары жинақты

құрылымды пайдалану арқылы жобаланады.

Жоғары таза криссталдық кремний жартылай өткізгіш ретінде

фотоэлементтерді, түзеткішті, транзисторларды, сонымен қатар ғарыштық

зымырандармен жасанды спутниктерде күндік электростанцияларды

дайындау ретінде қолданылады.

18

1. 1сурет - Аризона американдық штатында қуаты 300 киловаттқа

жететін күндік электростанция

Бәрімізге белгілі, бу компрессорлық жылу сорғышының фреонды

контуры және екі жылу ауыстырғышы бар, ол да күндік электростанцияның

қондырғы тоғаны сияқты, бірақ ол Ренкиннің кері циклін жүзеге асырады

және турбина орнында онда компрессор қолданылады, ал сұйық фреонды

тартып алу үшін сорғыш орнына-фреондағы қысымның түсуі өңдіру үшін

детандер қолданылады. Энергетикалық, жылу сорғыш қондырғыларында да

турбина немесе компрессор салмақ бойынша да, көлем бойынша да, бағасы

жағынан да аз орынды иемденеді. Негізінде, ең ауыр және қымбат жабдық-ол

жылу ауыстырғыштар. Ренкин циклін жүзеге асыратын, ондай жағдай барлық

қондырғылар үшін бар-тіке де бар сияқты, кері процесстеде бар, негізінде

шамалы температура аралықтарында бар. Энергетика министерства жобалары

бойынша АҚШ-та 1981 ж. Барстоу қаласында, Калифорния штатында, қуаты

10 МВт тең, көрсетілген күндік электростанцияның құрылысы біту қажет.

Егер бұл электростанцияның жұмысы табысты болса, ал экономикалық

сипаттамалары қуатты электростанция сияқты қолайлы болса, онда мүмкін,

оның жұмысының сенімді көрсеткіштерін толық анықтау үшін өнеркәсіптік

күндік тәжірбиелі электростанция салынады. Жағымды жағдай кезінде

мынадай электростанция, мүмкін 1988 ж. іске кірісетін шығар. Жобаның

табысты жағдайында, алғашқы өнеркәсіптік тапсырыстар 1990 жылдан 2000

жылға іске орналасу мүмкін, онда бірнеше күндік жылу электростанциялары

болу мүмкін.

Батыл жобалар, XXI ғасырдың конструкцияның түп нұсқа ойлары, кітап

авторымен таныстырып-