Содержание к диссертации
Введение 9
РАЗДЕЛ I. РАЗВИТИЕ ОСНОВНЫХ ИДЕЙ ПО СОЛНЕЧНЫМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ СТАНЦИЯМ. КЛАССИФИКАЦИЯ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ
Глава I. Историческое развитие схем СЭС
§1.1. Энергетическая гелиоустановка ЭНИНа с параболоидным концентратором диаметром
§ 1.3. Солнечная энергетическая станция башенного типа 24
§1.4. Солнечная энергетическая станция с неподвижными отражателями 31
§ 1.5. Зарубежные проекты и сооружения 34
§ 1.6. Последовательность научно-технических исследований по внедрению СЭС 46
§ 1.7. Выводы по главе I 49
Глава 2. Основные системы СЭС и их классификация
§ 2.1. Назначение СЭС 51
§ 2.2. Конструктивная схема СЭС и ее основные системы - З Стр.
2.2.1. Поле гелиостатов 54
2.2.2. Тепловой центр 60
2.2.3. Опорная башня 62
2.2.4. Устройство 66
2.2.5. Автоматическая система управления (АСУ) 67
§ 2.3. Классификация солнечных станций типа СЭС 68
§ 2.4. Выводы по главе 2 73
РАЗДЕЛ П. ТЕХНИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНЦЕНТРАТОРА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Глава 3. Геометрические и кинематические особенности поля гелиостатов 74
Глава 4. Энергетические показатели поля гелиостатов - приемника 167
Глава 5. Экспериментальные исследования отдельных систем СЭС 225
РАЗДЕЛ Ш. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ СИСТЕМ СЭС
Глава 6. Автоматическая система управления СЭС 268
Глава 7. Тепловые схемы СЭС; парогенератор 295
Глава 8. Аккумулирование энергии, производимой СЭС 336
Глава 9. Технико-экономические соображения 372
Заключение 400
ЛИТЕРАТУРА 405
Введение к работе
Важность проблемы использования энергии солнечной радиации была подчёркнута в принятых ХХУІ съездом КПСС "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 -1985 годы и на период до 1990 года", где записано: "Увеличить масштабы использования в народном хозяйстве возобновляемых источников энергии (гидравлической, солнечной, ветровой, геотермальной)".
Согласно постановлению ЦК КПСС и Совета Министров СССР, а также приказа Минэнерго СССР № 116 от 23.02.1982 в РиО ТЭП"е под научным руководством лаборатории солнечных электростанций ЭНИН"а им.Г.М.Кржижановского ведётся проектирование первых в СССР солнечных электростанций СЭС башенного типа. Дня того, чтобы накопить предварительный опыт, сооружение СХ ведётся в две стадии: первая - СЭС-5 экспериментального характера мощностью 3-5 МВт, вторая - опытно-промышленная станция СЭС-300 мощностью 200-300 МВт, состоящая из 4-х модулей по 50-75 МВт каждый.
В Советском Союзе работы в области исследования использования солнечной энергии были начаты с 1924 г. и получили дальнейшее развитие в 1931-35 гг. В начале 40-х годов начинается интенсив ное развитие исследований в области гелиотехники под руководством академика М.В.Кирпичёва, а в 1950 г. в ЭНИН"е образуется первая в СССР научно-исследовательская гелиотехническая лаборатория. Под руководством академика М.В.Кирпичёва и его продолжателя академика В.А.Баума здесь были защищены более сорока диссертационных работ, охватывающих основные теплотехнические направления и многие работы по термоэлектричеству.
Особую категорию гелиотехнических устройств составляют крупные энергетические станции промышленного типа, которые могли бы стать прообразом будущих СЭС и при определенных условиях л составить основу энергетики будущего.
В настоящее время этот вопрос приобрел особое значение в связи с экономическим кризисом, который повлек за собой сильное удорожание топлива. Однако не только один этот фактор повлиял на реет интереса человечества к применению энергии солнечной радиации. Есть еще другая причина, связанная с экономией существующих ресурсов, их бережным расходованием с учетом интересов будущих поколений.
Многие эксперты мира считают, что добыча и потребление нефти будут расти до 2000 года, после чего наступит сильный спад, почти до нулевого ее производства. Этот прогноз в области производства энергии заставляет предусматривать ситуации, когда необходимо привлекать новые источники энергии, отличные от классических.
На всех последних международных энергетических конференциях проявляется особый интерес к разумному распределению различных источников энергии в общем энергетическом балансе мира, чтобы определить их.- необходимые места в будущш энергетическом балансе.
Таким образом поднимается серьезный вопрос о целесообразности ускорения внедрения в хозяйство возобновляемых источников энергии всех стран мира.
К солнечной энергии, как одному из видов возобновляемых источников энергии, предъявляются больше требования технического и экономического характера, обеспечение которых крайне необходимо для широкого внедрения.
Не останавливаясь здесь на различных вариантах применения солнечной энергии,направим наше внимание в данной работе на солнечные энергетические станции, которые проектируются и строятся в настоящее время в ряде стран мира.
Настоящая работа содержит основные результаты, накопленные автором, начиная с 1953 г, от проведенных исследований различных схем; солнечных энергетических станций (СЭС) ба-шенного типа. Большое количество проведенных исследований(в Энергетическом институте им. Г.М.Кржижановского)было направлено на создание технических разработок таких типов солнечных энергетических сооружений, которые были бы как с научных, так и G инженерно-технических позиций конкурентоспособными по сравнению с традиционными электростанциями. Рассмотренная в этой работе принципиальная схема СЭС башенного типа разработана автором еще в 1953 г. совместно с академиком В.А.Баумом и кандидатом технических наук Б.А.Гарфом. Эти разработки были доложены на ряде международных симпозиумов (в Индии, США, Италии, Франции и других странах). Первые публикации автора под названием "Солнечные станции большой мощности" появились в 1957 г. в журнале "Теплоэнергетика11, Ш б в сборнике "Использование солнечной энергии" АН СССР и в американском журнале Sotar Energy № I, январь 1957 г.
Советские исследования в области создания солнечных энергетических станций получили в последнее время большую поддержку со стороны Министерства энергетики и электрификации СССР. Для сооружения первых опытных солнечных станций башенного типа мощностью 3-5 и 200-300 МВт (СЭС-5 и СЭС-300) Министерством энергетики и электрификации были изданы: Указание fe H-8II5 от 3.07. 1978 г. и Приказ Ш 411 от 25.12.1980 г4и № 116 от 23.0
Следует отметить, что при использовании энергии солнечной радиации для производства электроэнергии решаются одновременно два основных вопроса сегодняшней и перспективной энергетики:
- экономия топливных ресурсов;
- сохранение окружающей среды.
Чтобы решить эти два вопроса в последнее время проведен ряд специальных мероприятий, стоимость которых превосходит многие миллиарды рублей, Многие из этих мероприятий направлены на
.": развитие и внедрение новых источников энергии, в том числе солнечной радиации.
Представленная на обсуждение диссертационная работа состоит из трех основных разделов:
I. Развитие основных идей по солнечным энергетическим станциям. Классификация и систематизация.
П. Технико-энергетические характеристики концентратора солнечного излучения СЭС.
Ш. Специфические особенности отдельных систем СЭС.
Б первом разделе рассматриваются основные типы гелиоустановок, которые по своим техническим показатедяи имеют характер солнечных энергетических установок или станций. В этот раздел входят две главы (I, 2).
Первая глава посвящена рассмотрению технических характеристик основных образцов солнечных энергетических установок, которые явились исходными для дальнейших разработок. Во второй главе :_; перечислены основные системы принципиальной схемы СЭС и их классификации.
Во втором разделе анализируются основные вопросы, связанные с созданием концентратора солнечного излучения фацетного типа, образованного из совокупности многих зеркальных отражателей (гелиостатов). В этот раздел входят три главы (3, 4 и 5).
Третья глава посвящена исследованию геометрических и кинематических особенностей поля гелиостатов, при этом раскрываются характерные изменения геометрии, а также специфика движения гелиостатов. Для этой цели предложены и применяются ряд специфических методик: метод изокос, метод нормалограмм (годографов скоростей), позволяющик трактовать совокупность отражателей СЭС башенного типа, как своеобразное поле геометрических и кинематических величин,
В четвертой главе исследуется-- разработанная автором методика приближенного расчета поверхностной плотности излучения, созванного полем гелиостатов на поверхности нагрева парогенератора, расположенного на вершине опорной башни. Результаты расчета представлены в виде графиков.
Пятая глава содержит методики измерения лучистых потоков, отраженных гелиостатами, реализованные на отдельных макетах СЭС или отдельных зеркалахЗ этих опытах, уникальных по своему характеру, экспериментально определены основные ._; v оптические и энергетические характеристики. Здесь применялись,наряду с другими методами, главным образом калориметрические методы, позволяющие представить картину распределения лучистых потоков и проверить результаты с помощью теплового баланса.
Описывается также серия исследований автоматических устройств для управления гелиостатов на основе дифференциальной системы, предложенных и испытанных автором на ряде гелиоустановок.
Кроме того, в этой главе описывается методика оптической юстировки зеркал методом наложения изображений отдельных зеркал данного гелиостата на измерительном экране. Эта методика была также апробирована на серии гелиостатов, комплектующих солнечные печи.
В третьем разделе рассматриваются основные системы, из которых состоит СЭС. Анализируются специфические особенности, характерные для солнечных энергетических етанций башенного типа. В этот раздел входят четыре главы (б, 7, 8 и 9), посвященные отдельным системам.
Шестая глава охватывает комплекс исследований по выбору целесообразной системы управления полем гелиостатов, а также управления станцией в целом как энергетической единицей энергосистемы. Для управления полем гелиостатов рассматриваются три варианта систем управления: индивидуальная, централизованная и комбинированная.
Седьмая глава охватывает анализ ряда вариантов тепловых схем, которые могут быть рекомендованы при проектировании и сооружении СЭС большой мощности, Особенность рассмотренных схем заключается в том, что зачастую они комплектуются аккумулирующими устройствами. Принятая схема для сооружения первой опытной станции СЭС-5 на основе использования насыщенного пара является лишь первоначальным вариантом тепловой схемы.
Восьмая глава посвящена аккумулированию энергии, производимой СЭС, без которого применение станций этого типа сильно ограничивается, а порой становится и нецелесообразным. Перерывы в поступлении солнечной радиации и значительное различие между летним и зимним приходами солнечной радиации принципиаль - 15 но определяют необходимость аккумулирующей системы в схеме СЭС. Она должна быть способна обеспечить график потребления энергии и в то же время по стоимостным показателям не превышать экономические пределы, целесообразные для энергетических сооружений. Здесь рассматривается возможность использования специально созданных или уже существующих водохранилищ гидростанций с целью создания гибридных станций с применением гидроаккумулирующих систем.
Девятая глава обобщает основные экономические соображения, которые могут выявить и подтвердить на будущее целесообразность сооружения и развития СЭС е экономической точки зрения. Экономические расчеты опираются прежде всего на обилие солнечной радиации в южных республиках СССР, а также на наличие потребителей, графики потребления которых хорошо согласуются с графиками производства энергии на СЭС. Анализ основывается на статистической обработке данных но приходу солнечной радиации в течение длительного времени (не менее II лет).
Бурное развитие, которое получила сегодня рассматриваемая отрасль гелиотехники, неслучайно. Работы по проектированию и сооружению станций этих типов, экономические исследования и технические обоснования многочисленных технических решений в различных странах получили развитие в последние 5-8 лет. Теоретические и экспериментальные результаты, полученные в СССР в данном направлении, сыграли решающую роль во всех странах мира при проектировании и сооружении экспериментальных образцов СЭС.
Безусловно, предстоящее развитие солнечной энергетики вызовет необходимость создания специальных отраслей индустрии, учитывающих солнечную специфику. Однако это отрасли; должна использовать все, что рее создано в других отраслях промышленности страны, которые без существенных изменений могут быть приспособлены для этой новой отрасли техники.
Эти обстоятельства показывают, что широкое внедрение солнечной энергетики потребует проведения глубокого анализа и исследований отдельных систем солнечных станций, а также детального рассмотрения экономической стороны вопроса. Именно эти соображения явились исходными моментами при выполнении данной работы.
К выводу о целесообразности развития таких сооружений приводит процесс энергетического развития всего мира. К этой точке зрения пришли многие руководящие органы нашей страны и зарубежных стран. Это продиктовано бурным развитием мировой техники и новыми горизонтами будущей энергетики.
