Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Күн жылу энергиясы
Август Дерлеттің ойдан шығарылған кейіпкері
Solar thermal energy
the fictional character by August Derleth
Күн тоғаны – күн жылу энергиясын жинап, сақтайтын тұзды су тоғаны. Тұзды су табиғи түрде тік тұздылық градиентін, сондай-ақ "галоклин" деп аталатын құбылысты қалыптастырады, онда тұздылығы төмен су тұздылығы жоғары судың үстінде орналасады. Тұз ерітінділерінің қабаттары тереңдеген сайын концентрациясы (демек, тығыздығы) артады. Белгілі бір тереңдіктен төмен ерітіндіде тұздың біркелкі жоғары концентрациясы байқалады.
A solar pond is a pool of saltwater which collects and stores solar thermal energy. The saltwater naturally forms a vertical salinity gradient also known as a "halocline", in which low salinity water floats on top of high salinity water. The layers of salt solutions increase in concentration (and therefore density) with depth. Below a certain depth, the solution has a uniformly high salt concentration.
Сипаттама
Күн сәулесі беткей көлдің түбіне тигенде, түбіндегі суды қыздырады. Көлдің түбіндегі су қызғанда, оның тығыздығы жоғарыдағы салқын судан азаяды, соның салдарынан конвекция басталады. Күндік көлдер конвекцияның бұл процесін тежей отырып, суды қыздырады. Судың төменгі қабаты толығымен қаныққанға дейін тұз қосылады. Көлдің түбіндегі тұздылығы жоғары су, жоғарыдағы тұздылығы төмен сумен оңай араласпайды, сондықтан судың төменгі қабаты қызған кезде конвекция төменгі және жоғарғы қабаттарда жеке-жеке жүреді, ал екеуінің арасында минимал араласу болады. Бұл жылу шығындарын күрт азайтады және тұздылығы жоғары судың 90 °C-қа дейін, ал тұздылығы төмен судың 30 °C-та қалуына мүмкіндік береді. Бұл ыстық, тұзды суды электр энергиясын өндіру үшін, турбина арқылы немесе жылу энергиясының көзі ретінде қолдануға болады.
When the sun's rays contact the bottom of a shallow pool, they heat the water adjacent to the bottom. When water at the bottom of the pool is heated, it becomes less dense than the cooler water above it, and convection begins. Solar ponds heat water by impeding this convection. Salt is added to the water until the lower layers of water become completely saturated. High salinity water at the bottom of the pond does not mix readily with the low salinity water above it, so when the bottom layer of water is heated, convection occurs separately in the bottom and top layers, with only mild mixing between the two. This greatly reduces heat loss, and allows for the high salinity water to get up to 90 °C while maintaining 30 °C low salinity water. This hot, salty water can then be pumped away for use in electricity generation, through a turbine or as a source of thermal energy.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
Бұл тәсіл дамушы елдердің ауылдық аймақтары үшін ерекше тартымды. Өте үлкен жинағыштарды балшық немесе пластик тоған қаптамасының құнымен ғана орнатуға болады. Жиналған тұз кристалдарын алып тастау қажет, олар құнды қосымша өнім болып табылады, сонымен қатар күтімге байланысты шығындарға да әкелуі мүмкін. Жеке жинағыш қажет емес. Өте үлкен жылу сыйымдылығы энергияның күндіз де, түндіз де өндірілуін қамтамасыз етеді. Салыстырмалы түрде төмен температурада жұмыс істеу күн энергиясын түрлендіру тиімділігі әдетте 2%-дан кем екенін көрсетеді. Булану процесіне байланысты, тұздылық градиентін сақтау үшін тұзды емес су үнемі қажет болады.
The approach is particularly attractive for rural areas in developing countries. Very large area collectors can be set up for just the cost of the clay or plastic pond liner. The accumulating salt crystals have to be removed and can be a valuable by product and a maintenance expense. No need for a separate collector. The extremely large thermal mass means power is generated night and day. Relatively low temperature operation means solar energy conversion is typically less than 2%. Due to evaporation, non saline water is constantly required to maintain salinity gradients.
Тиімділік
Алынған энергия қоршаған ортаның 20 °C температурасына қарағанда 70-80 °C төмен сапалы жылу түрінде болады. Термодинамиканың екінші заңына сәйкес (Карно цикліне қараңыз), 80 °C температуралы резервуардан жылу алатын және 20 °C төмен температурасы бар циклдің теориялық ең жоғары тиімділігі 1−(273+20)/(273+80)=17% құрайды. Қарастыратын болсақ, 800 °C жоғары сапалы жылу беретін электр станциясының жылу машинасының жылуды пайдалы жұмысқа айналдырудың теориялық шегі 73% болады (соның салдарынан, 20 °C температуралы салқын резервуарға қалдық жылудың тек 27% ғана шығарылады). Күн тоғандарының төмен тиімділігі көбінесе "жинауышы" пластикпен қапталған тоған ғана болғандықтан, күн энергиясын шоғырландыру жүйесімен салыстырғанда жалпы энергия құны төмен болатын ірі жүйе құру мүмкіндігімен түсіндіріледі.
The energy obtained is in the form of low grade heat of 70 to 80 °C compared to an assumed 20 °C ambient temperature. According to the second law of thermodynamics (see Carnot cycle), the maximum theoretical efficiency of a cycle that uses heat from a high temperature reservoir at 80 °C and has a lower temperature of 20 °C is 1−(273+20)/(273+80)=17%. By comparison, a power plant's heat engine delivering high grade heat at 800 °C would have a maximum theoretical limit of 73% for converting heat into useful work (and thus would be forced to divest as little as 27% in waste heat to the cold temperature reservoir at 20 °C). The low efficiency of solar ponds is usually justified with the argument that the 'collector', being just a plastic lined pond, might potentially result in a large scale system that is of lower overall levelised energy cost than a solar concentrating system.
Даму
Алдағы зерттеулер мембраналы тоғандарды дамыту сияқты мәселелерді шешуге бағытталған. Олар қабаттарды тұз өткізбейтін жұқа, өткізуге қабілетті мембрана арқылы бөліп жатады.
Further research is aimed at addressing the problems, such as the development of membrane ponds. These use a thin permeable membrane to separate the layers without allowing salt to pass through.
Мысалдар
Электр энергиясын өндіру үшін ең үлкен жұмыс істейтін күн сулы тоған – Израильде салынған Бейт ХаАрава тоғаны, ол 1988 жылға дейін жұмыс істеді. Оның ауданы 210 000 м² және электр қуаты 5 МВт құрады. Үндістан Азиядағы алғашқы ел ретінде Гуджарат штатындағы Бхудж қаласында күн сулы тоғанды құрды. Жоба 1987 жылы Ұлттық күн сулы тоғандар бағдарламасы аясында мақұлданды және ТЭРИ, Гуджарат Энергияны Дамыту Агенттігі және ГДДК (Гуджарат Сүт Дамыту Корпорациясы) бірлесіп 1993 жылы аяқтады. Күн сулы тоған технологияның тиімділігін күн сайын зауытқа 80 000 литр ыстық су жеткізу арқылы сәтті көрсетті. Ол жылына шамамен 22 000 000 кВт⋅сағ жылу энергиясын беруге арналған. Энергия және Ресурстар Институты барлық техникалық қолдауды қамтамасыз етті және зерттеу, әзірлеу және демонстрациялық жұмыстарды толық орындады. ТЭРИ 1996 жылға дейін осы нысанды басқарды және күткенімен, оны ГДДК-ға тапсырды. Күн сулы тоған 2000 жылға дейін үздіксіз жұмыс істеді, бірақ GDDC-де ауыр қаржылық қиындықтар туындады. Кейіннен Бхудж жер сілкінісінен кейін Кутч Сүт Зауыты тоқтап қалды. Брюс Фудс Корпорациясының Эль-Пасодағы (Техас штаты) операцияларының 20% -ын қамтамасыз ететін күн сулы тоған АҚШ-тағы екінші ірі тоған болып табылады. Бұл сонымен қатар АҚШ-тағы тұз градиенті бар алғашқы күн сулы тоған.
The largest operating solar pond for electricity generation was the Beit HaArava pond built in Israel and operated up until 1988. It had an area of 210,000 m² and gave an electrical output of 5 MW. India was the first Asian country to have established a solar pond in Bhuj, in Gujarat. The project was sanctioned under the National Solar Pond Programme by the Ministry of Non Conventional Energy Sources in 1987 and completed in 1993 after a sustained collaborative effort by TERI, the Gujarat Energy Development Agency, and the GDDC (Gujarat Dairy Development Corporation Ltd). The solar pond successfully demonstrated the expediency of the technology by supplying 80,000 litres of hot water daily to the plant. It is designed to supply about 22,000,000 kWh of thermal energy annually The Energy and Resources Institute provided all technical inputs and took up the complete execution of research, development, and demonstration. TERI operated and maintained this facility until 1996 before handing it over to the GDDC. The solar pond functioned effortlessly till the year 2000 when severe financial losses crippled GDDC. Subsequently, the Bhuj earthquake left the Kutch Dairy non functional. The solar pond powering 20% of Bruce Foods Corporation's operations in El Paso, Texas is the second largest in the U. S. It is also the first ever salt gradient solar pond in the U. S.