Солнечный пруд - Solar pond

О вымышленном персонаже Августа Дерлета см. Солнечные мосты.
Солнечные пруды-испарители в Пустыня Атакама

А солнечный пруд это пул соленая вода который собирает и хранит солнечную тепловую энергию. Морская вода естественным образом образует вертикальную соленость градиент также известный как "галоклин ", в котором вода с низкой соленостью плавает поверх воды с высокой соленостью. Слои солевых растворов увеличиваются по концентрации (и, следовательно, по плотности) с глубиной. Ниже определенной глубины раствор имеет равномерно высокую концентрацию соли.

Описание

Когда солнечные лучи попадают на дно неглубокого бассейна, они нагревают воду, прилегающую к дну. Когда вода на дне бассейна нагревается, она становится менее плотной, чем более прохладная вода над ним, и конвекция начинается. Солнечные пруды нагревают воду, препятствуя этой конвекции. Соль добавляется в воду до тех пор, пока нижние слои воды не станут полностью насыщенный. Вода с высокой соленостью на дне пруда плохо смешивается с водой с низкой соленостью над ним, поэтому, когда нижний слой воды нагревается, конвекция происходит отдельно в нижнем и верхнем слоях, с лишь незначительным смешиванием между ними. . Это значительно снижает потери тепла и позволяет воде с высокой соленостью достигать 90 ° C, сохраняя воду с низкой соленостью 30 ° C.[1] Затем эту горячую соленую воду можно откачать для использования в производстве электроэнергии через турбина или как источник тепловой энергии.

Преимущества и недостатки

  • Такой подход особенно привлекателен для сельской местности в развивающиеся страны. Коллекторы очень большой площади могут быть установлены всего за счет глиняной или пластмассовой облицовки пруда.
  • Накопление поваренная соль Кристаллы должны быть удалены, и они могут быть ценным побочным продуктом и расходами на техническое обслуживание.
  • Нет необходимости в отдельном коллекторе.
  • Чрезвычайно большая тепловая масса означает, что энергия вырабатывается днем ​​и ночью.
  • Относительно низкотемпературная работа означает, что преобразование солнечной энергии обычно составляет менее 2%.[2]
  • Из-за испарения для поддержания градиента солености постоянно требуется незасоленная вода.

Эффективность

Получаемая энергия представляет собой низкопотенциальное тепло от 70 до 80 ° C по сравнению с предполагаемой температурой окружающей среды 20 ° C. Согласно второй закон термодинамики (увидеть Карно-цикл ), максимальная теоретическая эффективность цикла, в котором используется тепло от высокотемпературного резервуара при 80 ° C и имеет более низкая температура 20 ° C, составляет 1− (273 + 20) / (273 + 80) = 17%. Для сравнения: тепловой двигатель электростанции, доставляющий высококачественное тепло при 800 ° C, будет иметь максимальный теоретический предел в 73% для преобразования тепла в полезную работу (и, таким образом, будет вынужден отказаться от всего 27% в отходящее тепло в резервуар с холодной температурой 20 ° C). Низкая эффективность солнечных водоемов обычно оправдывается тем аргументом, что «коллектор», представляющий собой просто обшитый пластиком водоем, потенциально может привести к созданию крупномасштабной системы, имеющей более низкие общие характеристики. приведенная стоимость энергии чем солнечная концентрирующая система.

Развитие

Дальнейшие исследования направлены на решение таких проблем, как разработка мембранных прудов. В них используется тонкая проницаемая мембрана для разделения слоев, не позволяя соли проходить через них.

Примеры

Самый большой действующий солнечный пруд для производства электроэнергии был Бейт-ха-Арава пруд построен в Израиле и эксплуатировался до 1988 года. Он имел площадь 210 000 м² и давал электрическую мощность 5 МВт.[3]

Индия была первой азиатской страной, создавшей солнечный пруд в Бхудж, в Гуджарате. Проект санкционирован под Национальная программа солнечных прудов посредством Министерство нетрадиционных источников энергии в 1987 году и завершено в 1993 году после продолжительных совместных усилий TERI, Агентства развития энергетики Гуджарата и GDDC (Gujarat Dairy Development Corporation Ltd). Солнечный пруд успешно продемонстрировал целесообразность технологии, подавая на завод 80 000 литров горячей воды ежедневно. Он рассчитан на отпуск около 22000000 кВтч.[нужна цитата ] из Термальная энергия ежегодно. Институт энергетики и ресурсов предоставил все технические ресурсы и взялся за полное выполнение исследований, разработок и демонстраций. TERI эксплуатировала и обслуживала этот объект до 1996 года, прежде чем передать его GDDC. Солнечный пруд без особых усилий функционировал до 2000 года, когда серьезные финансовые потери нанесли ущерб GDDC. Впоследствии в результате землетрясения в Бхудже молочный завод Kutch Dairy не работал.[4]

0,8 акра (3200 м2) солнечный пруд, обеспечивающий электроэнергию 20% операций Bruce Foods Corporation в Эль-Пасо, штат Техас, является вторым по величине в США. Это также первый в истории соляной солнечный пруд в США.[5]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Г. Бойль. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего, 2-е изд.
  2. ^ Г. Бойль. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего, 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
  3. ^ C, Нильсен; А. Акбарзаде; J, Эндрюс; HRL, Бесерра; П, Голдинг (2005), История науки и техники солнечных прудов, Труды Всемирной конференции по солнечной энергии 2005 г., Орландо, Флорида
  4. ^ Солнечный градиент Солнечные пруды, Териин, архивировано из оригинал 26 октября 2008 г., получено 28 ноября 2009.
  5. ^ http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.680.7971&rep=rep1&type=pdf

внешние ссылки