Солнечный пруд
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2012 г. ) |
— Солнечный пруд это бассейн с соленой водой , который собирает и хранит солнечную тепловую энергию. Морская вода естественным образом образует вертикальный солености градиент , также известный как « галоклин », в котором вода с низкой соленостью плавает поверх воды с высокой соленостью. Концентрация (и, следовательно, плотность) слоев солевых растворов увеличивается с глубиной. Ниже определенной глубины раствор имеет равномерно высокую концентрацию соли.
Описание
[ редактировать ]Когда солнечные лучи касаются дна мелкого бассейна, они нагревают воду, прилегающую ко дну. Когда вода на дне бассейна нагревается, она становится менее плотной, чем более холодная вода над ней, и конвекция начинается . Солнечные пруды нагревают воду, препятствуя этой конвекции. Соль добавляют в воду до тех пор, пока нижние слои воды не станут полностью насыщенными . Вода с высокой соленостью на дне пруда плохо смешивается с водой с низкой соленостью над ней, поэтому, когда нижний слой воды нагревается, конвекция происходит отдельно в нижнем и верхнем слоях, при этом смешивание между ними происходит лишь в умеренном количестве. . Это значительно снижает потери тепла и позволяет воде с высокой соленостью нагреваться до 90 ° C, сохраняя при этом воду с низкой соленостью 30 ° C. [1] Эту горячую соленую воду затем можно откачивать для использования в производстве электроэнергии с помощью турбины или в качестве источника тепловой энергии.
Преимущества и недостатки
[ редактировать ]- Этот подход особенно привлекателен для сельских районов развивающихся стран . Коллекторы очень большой площади можно установить всего за стоимость глиняного или пластикового покрытия для пруда.
- Накопляющиеся кристаллы соли необходимо удалять, они могут стать ценным побочным продуктом и затратами на техническое обслуживание.
- Нет необходимости в отдельном коллекторе.
- Чрезвычайно большая тепловая масса означает, что электроэнергия вырабатывается днем и ночью.
- Относительно низкотемпературная работа означает, что преобразование солнечной энергии обычно составляет менее 2%. [2]
- Из-за испарения для поддержания градиентов солености постоянно требуется несоленая вода.
Эффективность
[ редактировать ]Полученная энергия представляет собой низкопотенциальное тепло от 70 до 80 °C по сравнению с предполагаемой температурой окружающей среды 20 °C. Согласно второму началу термодинамики (см. цикл Карно ), максимальный теоретический КПД цикла, в котором используется тепло из высокотемпературного резервуара при 80 °C и имеет более низкую температуру 20 °C, равен 1–(273+20). /(273+80)=17%. Для сравнения, тепловой двигатель электростанции, выдающий полноценное тепло при температуре 800 °C, будет иметь максимальный теоретический предел преобразования тепла в полезную работу в 73% (и, таким образом, он будет вынужден отдавать всего лишь 27% отработанного тепла в резервуар с холодной температурой 20 °C). Низкая эффективность солнечных прудов обычно оправдывается тем, что «коллектор», будучи всего лишь прудом с пластиковой облицовкой, потенциально может привести к созданию крупномасштабной системы с более низкими общими приведенными затратами энергии , чем система солнечной концентрации .
Разработка
[ редактировать ]Дальнейшие исследования направлены на решение такой проблемы, как развитие мембранных прудов. В них используется тонкая проницаемая мембрана для разделения слоев, не пропуская соль.
Примеры
[ редактировать ]Самым крупным действующим солнечным прудом для производства электроэнергии был пруд Бейт-ха-Арава , построенный в Израиле и действовавший до 1988 года. Он имел площадь 210 000 м² и давал электрическую мощность 5 МВт. [3]
Индия была первой азиатской страной, которая построила солнечный пруд в Бхудже , в Гуджарате. Проект был одобрен Министерством нетрадиционных источников энергии в рамках солнечных прудов Национальной программы в 1987 году и завершен в 1993 году после продолжительных совместных усилий TERI, Агентства энергетического развития Гуджарата и GDDC (Gujarat Dairy Development Corporation Ltd). Солнечный пруд успешно продемонстрировал целесообразность технологии, подавая на станцию ежедневно 80 000 литров горячей воды. Он рассчитан на поставку около 22 000 000 кВтч. [ нужна ссылка ] ежегодно тепловой энергии . Институт энергетики и ресурсов предоставил все технические материалы и взял на себя полное выполнение исследований, разработок и демонстраций. TERI эксплуатировала и обслуживала этот объект до 1996 года, прежде чем передать его GDDC. Солнечный пруд бесперебойно функционировал до 2000 года, когда серьезные финансовые потери нанесли GDDC ущерб. Впоследствии землетрясение в Бхудже привело к прекращению работы молочного завода Катч. [4]
Площадь 0,8 акра (3200 м²) 2 ) солнечный пруд, обеспечивающий электроэнергией 20% предприятий Bruce Foods Corporation в Эль-Пасо, штат Техас, является вторым по величине в США. Это также первый солнечный пруд с солевым градиентом в США. [5]
См. также
[ редактировать ]
- Преобразование тепловой энергии океана
- Ледяной пруд
- Сезонное хранение тепловой энергии (СТЭС)
- Термическое хранилище
- Охлаждение воды глубокого озера
- Пруд-охладитель
- Пруд-испаритель соли
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Г. Бойл. Возобновляемая энергия: энергия для устойчивого будущего, 2-е изд.
- ^ Г. Бойл. Возобновляемая энергия: энергия для устойчивого будущего, 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
- ^ С, Нильсен; А, Акбарзаде; Дж, Эндрюс; HRL, Бесерра; П., Голдинг (2005), История науки и технологий солнечных прудов , Материалы Всемирной конференции по солнечной энергии 2005 года, Орландо, Флорида.
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Solar Gradient Solar Ponds , Териин, заархивировано из оригинала 26 октября 2008 года , получено 28 ноября 2009 года .
- ^ «А». 2012. CiteSeerX 10.1.1.680.7971 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Солнечный пруд Эль-Пасо , Техасский университет, архивировано из оригинала 4 июня 2013 г. , получено 25 сентября 2013 г.
- Солнечный пруд Бхудж в Индии , Териин, архивировано с оригинала 2 апреля 2007 г.
{{citation}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) . - «Израильский солнечный пруд мощностью 150 кВт» , Новости Матери-Земли , май – июнь 1980 г.
- Исследовательские пруды и реальный проект в Pyramid Salt , Пирамид-Хилл, Северная Виктория, Австралия : Королевский Мельбурнский технологический институт, архивировано с оригинала 05 февраля 2012 г.
