Солнечная электростанция

(51) 24 2/13 (2011.01)021/13 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ собирались точно в центре сферического купола,что соответствует радиусу сферического купола концентратора. Полная сферическая форма купола обеспечивает собирание лучей в одной точке в центре сферы (в фокусе ячеек линз), независимо от любого положения солнца на небосводе. Рабочим веществом станции является водяной пар. Паровой котел устанавливается в центре сферического купола - в фокусе сходящихся лучей,а остальные части паросиловой установки (турбина,генератор, конденсатор) помещаются в отдельном здании в северной части внутри сферического купола. При движении Солнца по небосводу солнечными лучами охватывается примерно половина поверхности сферического купола концентратора. Преломленные линзами лучи собираются в фокусе,где температура достигает 20002500 С и где устанавливается котел. Вода находящая в котле превращается в пар,которые будет ударяться о лопасти турбины и вращать ее до необходимых оборотов, вырабатывая в генераторе электрический ток. А отработанный пар после турбины попадает в конденсатор, где охлаждаясь в теплообменнике холодной водой до жидкого состояния стекает в паровой котел завершая полный цикл вода-парвода. В конденсаторе попутно вырабатывается горячая вода. Мощность станции прямо зависит от размера купола. Чем больше размер купола тем большие мощность станции(76) Рысбеков Бердалы Рысбеков Нургазы Бердалиевич(56) А.С. Енохович Справочник по физике и технике, 1976(57) В настоящее время препятствием для широкого использования солнечной энергетики является высокая себестоимость электроэнергии вырабатываемой современными солнечными станциями. Это обусловлено необходимостью огромного количества отражающих, фокусирующих зеркал и автоматизации их движения относительно солнца,постройки высотной башни для парогенератора. Все это требует огромных капиталовложении на постройку и затрат на обслуживание станции. Что в свою очередь отражается на себестоимости электроэнергии. Предлагаемый проект более экономичной солнечной электростанции работающий на концентрированном солнечном луче, состоит из концентратора и паросиловой установки. Концентратор - сферический купол (полушар) состоящий из отдельных ячеек (сот), каждая из которых представляет собой собирающую линзу правильной шестигранной формы изготовленный из стекла или полимерных материалов, хорошо пропускающих солнечный свет. Фокусное расстояние ячеек (сот) линз подбирается таким образом,чтобы концентрированные лучи Предлагаемый проект электростанций,работающий на концентрированном солнечном луче с паросиловой установкой относится к области техники Солнечная энергетика. Уровень техники. В настоящее время работы по использованию солнечной энергии ведутся главным образом по двум направлениям 1) Использование полупроводниковых фотоэлектропреобразователей (ФЭП), способных превращать лучистую энергию непосредственно в электрическую 2) И создание паросиловых установок, в которых обычный паровой котел, работающий в топливе,заменяется солнечным паровым котлом. К сожалению в обоих случаях на данный момент не достигнуто существенного успеха. Главным препятствием в применении обоих способов преобразований солнечной энергии в электрическую являются очень высокая расчетная стоимость сооружения такого рода электроустановок. Например вследствие необходимости очень дорогих материалов чистого образца как германий и кремний использование ФЭП обходится 50 раз дороже, чем стоимости энергии получаемого в теплоэлектростанциях. А построение солнечных электростанции с паросиловой установкой (паровой котел, турбогенератор, конденсатор и водяной насос) хотя осуществление более эффективно, так же обходится государству 5-10 раз дороже, чем сооружения ТЭС. Это объясняется из-за необходимости использовать большое количество отражающих и фокусирующих зеркал, так же автоматически их регулировки. Например, один из классических форм солнечной станции в местности Огайо во Франции. Система из 69 подвижных плоских зеркал(гелиостатов) площадью 45 м 2 каждое, размещенных на склоне гор и повернутых к Солнцу, направляет солнечные лучи на большое параболическое зеркало. Большое параболическое вогнутое зеркало имеет общую площадь 2500 м 2 собирает лучи в фокусе с размером 18 м, где температура достигает 3800 С (Щ. Тельдеши, Ю. Лесны. Мир ищет энергию с. 214-218, 1981 г.). Или другая модель солнечной станции в Крыму (аналог) которое имеет 1600 отражающих зеркал, каждая площадью равным 25 м 2, расположенное полукругом, напротив 70 метровой башни где установлен парогенератор. Отражающие зеркала автоматически следят за Солнцем и направляют отраженные лучи на парогенератор. (А.С. Енохович Справочник по физике и технике с. 158, 1976 г.). В данное время имеется немало проектов солнечных электростанции. Единственная причина по которой они не находят широкого применения в солнечной энергетике - это высокая себестоимость солнечных установок. Из вышеприведенных примеров видим, что необходимо большое количество дорогостоящих отражающих, огромных параболических зеркал сложных и дорогостоящих в изготовлении, расположение парогенераторов на определенной высоте, а также полная автоматизация 2 движения зеркал относительно Солнца. Все это требует огромных капиталозатрат на постройку и обслуживание станции. Поэтому выработанная ими энергия будет очень дорогим. Предлагаемый проект электростанции имеет цель устранить именно эти недостатки существующих проектов солнечных станции. 1) А именно взамен огромного количества отражающих и фокусирующих зеркал,в предлагаемом изобретений используется только один сферически купол служащий как концентратор солнечной энергии, который нагревает воду в котле. Так как в правильных шаровидных формах сферической поверхности, площадь охватываемая лучами Солнца, независимо от любого его положение на небосводе всегда будет одинаково,отпадает необходимость в огромном количестве отражающих,фокусирующих зеркал и автоматическом управлении по слежению за движением Солнца, поскольку паросиловая установка расположена на земле нет необходимости строить высотные башни. Проект так же не требует огромных площадей для сооружения. Все это освобождает нас от огромных капиталовложении для сооружения электростанции. Постройка электростанции обходится на порядок дешевле и вырабатываемая им электроэнергия так же будет дешевым. 2. Второе преимущество этой электростанции это его абсолютная экологическая чистота. Здесь нет никаких продуктов загрязняющих атмосферу и окружающую среду. 3. Третье преимущество - это зависимость мощности станции от размера купола. Чем больше радиус купола, тем больше мощность. Например,при радиусе купола равным 50 м, мощность станции приравнивается к 1,6 Мвт-час, а при радиусе 100 м,мощность станции достигает до 6,5 Мвт. 4. Поскольку в предлагаемом проекте в качестве концентратора используются относительно дешевые материалы и не используется топливные материалы расход на ее сооружения окупается через 2-3 года и в дальнейшем в долгие годы станция будет работать почти бесплатно. 5. Следующее преимущество этой станции ее простата в обслуживании. Для обслуживания всей станции достаточно 2-3 специалиста. 6. Так же есть возможность использовать горячую воду конденсатора для коммунальных нужд, увеличивая КПД станции, получаем дополнительную выгоду. 7. Простата конструкции и дешевизна этой станции позволяет ее сооружать в любом отдаленном населенном пункте. Построение таких станции, безусловно, будет выгодным также для стран расположенных в пределах от 450 - ой параллели в плот до экватора. Сущность предлагаемого варианта солнечной электростанции заключается в применении для концентрации лучей - сферического купола (полушар) состоящий из отдельных ячеек (сот), каждое из которых представляет собой собирающую линзу,правильной шестигранной формы, изготовленной из стекла или пластмассы хорошо пропускающего солнечные лучи, (Фигура - 3). Диаметр описываемого круга вокруг каждого шестигранника(линзы) равен примерно 4-5 метров, а толщина и радиус кривизны поверхности линз подбираются из расчета, чтобы концентрируемые ими лучи собрались точно в центр сферического купола. Радиус взятого сферического купола 30 м и используемый вид линзы - плоско-выпуклый. Полная сферическая форма купола обеспечивает собирание лучей в центре сферы (в фокусе линзы) независимо от любого положения Солнца в небосводе, (фигура- 1). Рабочим веществом станции является водяной пар. Установка состоит из парового котла, турбины и генератора, а также охлаждающего пар конденсатора. Паровой котел находится в точке собирания лучей в центре сферического купола. Турбина, генератор и конденсатор расположены в помещении, находящегося в северной части этого же купола и построено из теплоизоляционных материалов (фигура- 2). Конденсатор устанавливается выше котла,чтобы конденсированная вода самостоятельно стекала паровой котел. Принцип действия станции. С восходом Солнца над горизонтом солнечные лучи начинают облучать сферическую поверхность купола. При этом параллельными лучами охватываются только половина поверхности сферического купола (полутара). Эточасть поверхности шара, следовательно, при радиусе сферического купола равное 30 м площадь поверхности облучаемое солнечными лучами будет равным то есть 3,14(30 м)2 2826 м 2 С этой огромной площади будут концентрироваться солнечные лучи. Из научных материалов известно, что интенсивность солнечного излучения на средних шротах (45 - параллель) в среднем составляет (700-800) Вт/м. Это как раз тот регион в котором мы живем. Следовательно со сферы радиусом 30 м. мы можем собирать энергию света равным Р 2826 м 2700 вт/м 21978200 вт или 1978 Квт Это примерная энергия концентрируемая сферическим куполом в фокусе т. е. паровом котле. Равновесную температуру,которая устанавливается в паровом котле рассчитываем из уравнения Стефана-Больцмана 4 где 4 Поскольку при равновесной температуре интенсивность падающего и испускаемого излучения будет равным то 1978200 Вт / м 2 4351012 К 45,67032108 Вт / м 2 К 22 , 410 3 К 2400 К ( около 2100 0 С ) При такой температуре вода в паровом котле быстро превращается в водяной пар, который с огромной силой будет ударятся о лопасти турбины и вращать ее до необходимых оборотов. Затем отработанный пар поступает в водяной конденсатор в котором конденсируется превращаясь в воду и по наклонной трубе поступает обратно в паровой котел совершав замкнутый цикл. Поскольку солнечные установки с концентраторами имеют КПД 30 то, мощность предлагаемой электростанции будет равным 301978 Квт 0,3593 Квтчас 600 Квтчас ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Солнечная электростанция, состоящая из концентратора солнечных лучей, парового котла,турбогенератора и конденсатора охлаждающий водяной пар отличающаяся тем,что концентратором энергии служит компактный сферический купол, собранный из отдельных сегментов линз.