Р. Байтасов - Основы энергосбережения. Конспект лекций

Сейчас в Беларуси не соблюдается первый критерий: Беларусь покупает более 80% топлива за рубежом (преимущественно в России) и частично закупает у соседних стран электроэнергию. Такое положение не обеспечивает энергетической безопасности, без которой не может быть и независимости политической.

Вплотную подошла Беларусь и к нарушению второго критерия энергетической безопасности. Согласно ему, доля природного газа не должна превышать 60—65%, так как электростанции на газе работают в режиме непрерывной доставки топлива, а отсутствие альтернативы требует больших и экономически неоправданных запасов резервного топлива (например, мазута) или строительства громадных газовых хранилищ.

Более того, в развитых странах для обеспечения энергетической безопасности государства создаётся резерв – избыток энергетических мощностей не менее 15% по сравнению с пиковой нагрузкой.

Гелиоэнергетика – получение энергии от Солнца.

Солнце является основным источником энергии, обеспечивающим существование жизни на Земле. Вследствие реакций ядерного синтеза в активном ядре Солнца достигаются температуры до 10⁷К. При этом поверхность Солнца имеет температуру около 6000К. Электромагнитным излучением солнечная энергия переносится в космическом пространстве и достигает поверхности Земли.

Солнечная энергия достигает Земли в виде направленного и рассеянного (диффузного) лучистых потоков.

Для характеристики солнечного излучения и взаимодействия его с веществом используются следующие основные величины.

Поток излучения – величина, равная энергии, переносимой электромагнитными волнами за одну секунду через произвольную поверхность. Измеряется в Дж/с=Вт.

Плотность потока излучения(энергетическая освещённость) – величина, равная отношению потока излучения к площади равномерно облучаемой им поверхности. Измеряется в Вт/м².

Плотность потока излучения от Солнца, падающего на перпендикулярную ему площадку вне земной атмосферы, называется солнечной константой S, которая равна 1367 Вт/м².

Коэффициент поглощения(поглощательная способность тела) – величина, измеряемая отношением потока излучения, заключённого в узком спектральном интервале частот, поглощаемого поверхностью тела, к потоку излучения, падающему на эту поверхность в том же спектральном интервале. Коэффициент поглощения зависит от температуры тела, частоты (или длины волны) излучения, а также от природы тела. Тело, для которого коэффициент поглощения равен единице, называется абсолютно чёрным телом. Оно поглощает все падающее на него излучение. Близкой по оптическим свойствам к чёрному телу является сажа.

Коэффициент отражения(отражательная способность) тела – величина, равная отношению потока излучения, отражённого поверхностью тела, к падающему на эту поверхность потоку. Для поверхностей, на которые рассеивают падающее солнечное излучение эту величину называют альбедо.

Таблица 2.1 Отражательная способность некоторых поверхностей

Поток солнечной энергии используется для горячего водоснабжения, отопления, получения электрической энергии.

Получение электроэнергии от Солнца не даёт вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых солнечных батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных элементов с использованием таких материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.

Солнечные батареи занимают много места. Однако в сравнении с другими источниками, например углём, они вполне приемлемы. Более того, солнечные батареи могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог, а также использоваться в пустынях.

Особенности солнечных батарей позволяют располагать их на значительном расстоянии, а модульные конструкции можно легко транспортировать и устанавливать в другом месте. Поэтому солнечные батареи, применяемые в сельской местности и в отдалённых районах, дают более дешёвую электроэнергию.

Жители отдалённых районов используют энергию солнечных батарей для освещения, радиовещания и других бытовых нужд. Практическое значение солнечная энергия имеет при подъёме воды из скважин и на нужды здравоохранения.

Главной причиной, сдерживающей использование солнечных батарей, является их высокая стоимость, которая в будущем должна снизиться благодаря развитию новых технологий. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5 дол. За 1 Вт мощности и, как результат, цена 1 кВт-ч электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путём сжигания топлива.

В Беларуси 80% энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости отапливать жильё, кроме того, солнечных дней в году недостаточно, чтобы использование солнечных батарей стало экономически целесообразным.

Одним из показателей, характеризующих радиационное излучение является число часов солнечного сияния, которое для Беларуси и среднеевропейской части России составляет от 1750 до 1850 ч в год в зависимости от региона. Беларусь по продолжительности солнечного сияния имеет близкие значения со странами Западной Европы, а по приходу среднемесячной солнечной радиации даже превосходит северную часть Германии, Швецию, Данию, Великобританию. Эти страны наряду с «солнечными» странами считаются лидирующими в Европе по выпуску и применению гелиоэнергетического оборудования.

Минимальное число дней без солнца приходится на декабрь. По данным многочисленных наблюдений, таких дней бывает один или два. Напротив, в июле наибольшее количество солнечных дней – 19—22.

В Беларуси целесообразны три варианта использования солнечной энергии:

– пассивное использование солнечной энергии методом строительства домов «солнечной архитектуры». Расчёты показывают, что количество энергии, падающей на южную сторону крыши домов площадью 100м² на широте Минска, вполне хватает даже для отопления зимой (при том, что 10% солнечной энергии аккумулируется летом и затраты на отопление квадратного метра в отопительный сезон составляют 70 кВт-ч при хорошей теплоизоляции стен, полов, потолков). Размеры дешёвого гравийного теплового аккумулятора приемлемы: 10 х 10 х 1,5 м³. Однако в настоящее время полностью игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси, построенное с использованием этого принципа – немецкий Международный образовательный центр (IBB) в Минске;