Электростанции

Горячие, находящиеся  под давлением, подземные воды, содержащие растворенный метан. В производстве электроэнергии используются и тепло, и газ. 

Геотермальные электростанции - принципы работы

В настоящее  время существует три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных  ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема производства (бинарный цикл). Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры. Первыми были освоены электростанции на сухом пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину/генератор. Электростанции с непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 0С) которая закачивается при высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда не вступают в непосредственный контакт с турбиной/генератором.

Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару

Паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном  пару. Пар поступает непосредственно  в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию. Использование  пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива (также отпадает необходимость в транспортировке  и хранении топлива). Это старейшие  геотермальные электростанции. Первая такая электростанция была построена  в Лардерелло (Италия) в 1904 году, она действует и в настоящее время. Паровая технология используется на электростанции «Гейзерс» в Северной Калифорнии – это самая крупная геотермальная электростанция в мире.

Геотермальные электростанции на парогидротермах

Для производства электричества на таких заводах  используются перегретые гидротермы (температура выше 182 °С). Гидротермальный раствор нагнетается в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень быстро выпаривается. Полученный пар приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности. 

Геотермальные электростанции с  бинарным циклом производства электроэнергии.

Большинство геотермальных  районов содержат воду умеренных  температур (ниже 200 0С). На электростанциях  с бинарным циклом производства эта  вода используется для получения  энергии. Горячая геотермальные вода и вторая, дополнительная жидкость с более низкой точкой кипения, чем у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Так как это замкнутая система, выбросы в атмосферу практически отсутствуют. Воды умеренной температуры являются наиболее распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство геотермальных электростанций будущего будут работать на этом принципе. 

Будущее геотермального электричества.

Резервуары с  паром и горячей водой являются лишь малой частью геотермальных  ресурсов. Земная магма и сухая  твердая порода обеспечат дешевой, чистой практически неиссякаемой энергией, как только будут разработаны  соответствующие технологии по их утилизации. До тех пор, самыми распространенными  производителями геотермальной  электроэнергии будут электростанции с бинарным циклом.

Чтобы геотермальное  электричество стало ключевым элементом  энергетической инфраструктуры США, необходимо разработать методы по уменьшению стоимости  его получения. Департамент Энергетики США работает с представителями  геотермальной промышленности по уменьшению стоимости киловатт-часа до $0,03-0,05. По прогнозам, в ближайшее десятилетие  появятся новые геотермальные электростанции мощностью 15 000 МВт. 

http://www.manbw.ru/analitycs/geothermal_power_stations_plant.html 
 
 

Добавлено 05 Июнь 2010. Тэги: альтернативная энергия, солнечная  энергия, солнечные батареи, солнечные  модули, фотоэлементы 

Человек уже  давно обеспечивает свои нужды, используя  энергию Солнца – для естественного  освещения жилищ, нагрева воды, сушки  и даже приготовления пищи. Но самым  заманчивым способом использования  солнечного света остается производство из него электричества. Основным и наиболее эффективным устройством для  реализации этой задачи являются солнечные  батареи. 

Строение солнечных  батарей 

Солнечная батарея  представляет собой одну или несколько  плоских панелей, на которых размещены  солнечные модули, состоящие в  свою очередь из ячеек – фотоэлементов. Такая модульная структура позволяет  выбрать подходящие для конкретного  случая параметры энергоснабжения, легко корректировать размеры батареи  и осуществлять быструю замену сломавшихся  элементов. 

Принцип работы солнечных батарей 

Работа солнечной  батареи основана на фотогальваническом эффекте, открытом Александром Эдмондом Беккерелем в 1839 году. Он определил, что  энергию солнца можно трансформировать в электричество посредством  специальных материалов-полупроводников, названых в дальнейшем фотоэлементами. Такой способ получения электричества  является самым эффективным, так  как подразумевает одноступенчатый  переход энергии, в отличие от методов, включающих этап термодинамического преобразования – например как в солнечных паровых машинах, где ток вырабатывается за счет расширения нагретого солнцем водяного пара, углекислого газа, или других похожих термопоглощающих веществ. 

Строение фотоэлемента 

Фотоэлемент состоит  из двух слоев с различными типами проводимости и контактов для  присоединения к внешней цепи.

Внешний слой, называют еще n (negative) слоем. Он характеризуется электронным типом проводимости, который осуществляется за счет движения свободных электронов, образованных в результате разрушения связей в атоме. 
 
 
 

Внутренний, p (positive) слой, имеет дырочный тип проводимости. Он обусловлен наличием в атомах мест с недостающими электронами – «дырками». Эти «дырки» могут свободно перемещаться за счет последовательного перескакивания электронов ¬из атома в атом – на месте перепрыгнувшего электрона образуется дырка, на нее перескакивает электрон из соседнего атома, создавая следующую дырку и так далее. 
 

На границе p и n слоев образуется р-n переход – часть электронов из n-слоя переходит в p-слой, соответственно, количество дырок в n-слое возрастает. Эта взаимная диффузия приводит к образованию контактной разности потенциалов и «запирающего слоя», который, препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу слоев. 

Механизм действия 

Когда фотон  света попадает в n-слой, он поглощается  электроном, энергия электрона увеличивается, и он может «перескочить» запирающий слой. В результате, n-слой приобретает  дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный. Из-за этого, первоначальная контактная разность потенциалов  между p- и n-слоями полупроводника снижается, появляется напряжение внешней цепи, начинает «течь» ток. 

Сила тока в  фотоэлементе изменяется пропорционально  количеству захваченных фотонов. Данный показатель зависит от многих факторов: интенсивности солнечного излучения, площади, которую покрывает фотоэлемент, сроков эксплуатации и, конечно, КПД  конструкции, которая к тому же зависит  от температуры – при сильном  нагревании проводимость фотоэлемента падает. 

Материалы 

Первый солнечный  фотоэлемент был создан в 1883 Чарльзом Фриттсом из селена, покрытого золотом. Но такое сочетание материалов показало невысокие результаты – полупроводник преобразовывал в электричество меньше одного процента солнечного излучения. 

Промышленное  использование солнечной энергии  стало возможным только в 1953 году, когда в лаборатории компании “Bell Telephone”, для обеспечения телефонной станции электричеством, был разработан более чувствительный фотоэлемент на основе кремния. Этот материал и сегодня остается основным на рынке производства фотоэлементов. 

Несмотря на то, что кремний – второй по распространенности на Земле элемент и запасы его  огромны, изделия из этого материала  достаточно дорогие. Это связано  с трудоемким процессом очистки  элемента от примесей, и, как следствие, высокой ценой на чистый кремний. Потому, сейчас продолжается поиск  новых более дешевых материалов, не уступающих по физическим характеристикам  и качеству. Перспективными считаются  фотоэлементы, изготовленные из соединений меди, индия, селена, галлия, кадмия. 
 
 

Солнечный модуль 

Солнечные модули 

Ячейки солнечной  батареи (фотоэлементы), объединяют между  собой и покрывают слоями защитных прозрачных материалов из стекла, пластмассы, различных типов пленок. Эти вспомогательные  конструкции помогают защитить хрупкие  устройства от повреждений и загрязнения. 

Основной характеристикой  солнечного модуля является пиковая  мощность, измеряемая в Ваттах (Вт). Эта характеристика показывает мощность модуля в оптимальных условиях – при максимальном солнечном излучении 1 кВт/м2, самой эффективной температуре 25 оC и солнечном спектре на широте 45°(АМ1,5). Но в обычных условиях удается достичь этого показателя крайне редко – освещенность как правило ниже, а модуль нагревается во время работы в солнечный день намного выше указанной температуры – до 60-70 оC. 

Благодаря модульности  конструкций батареи, ее силу тока и  мощность можно отрегулировать под  конкретные условия окружающей среды, увеличивая или уменьшая количество модулей из панели.

http://newenergyplanet.net/?p=236

Фотоэлемент –  это «сердце» солнечной батареи, от которой напрямую зависит эффективность  производства электричества, сроки  службы и условия работы энергоустановки. Одновременно, это и самая дорогая  часть, которая значительно влияет на стоимость вырабатываемой электроэнергии и сроки, за которые окупится система. 

Сейчас фотоэлементы изготавливают из самых разных материалов, используя широкий набор технологий и подходов к производству. Но единым остается их принцип работы. Он основан  на использовании фотогальванического  эффекта – повышении разницы  потенциалов в полупроводнике с  n-p переходом под воздействием воздействии квантов солнечного света. 

Все современные  фотоэлементы можно объединить в  две большие группы – кристаллические  кремниевые и тонкопленочные. Ниже, более подробно рассмотрены параметры, достоинства и недостатки основных «представителей» этих классов. 

Кристаллические кремниевые – пионеры среди фотоэлементов. Они уже десятки лет успешно  обеспечивают энергией большинство  космических станций, спутников  и исследовательскую технику  на других планетах. Кроме того, они  до сих пор остаются самыми распространенными  на «земном» рынке фотогальваники. 

Кремниевые фотоэлементы имеют классическое двухслойное  строение. Внутренний слой изготавливают  из сверхчистого кристаллического кремния, прошедшего множество этапов обработки, а внешний – из «загрязненного»  кремния, полученного путем добавления в точной пропорции к основному  материалу примесей, например фосфора. 

Не смотря на то, что кремний – второй по распостраненности на земле элемент, в чистом виде он встречается крайне редко. Чаще всего, он образует диоксиды, которые можно увидеть почти везде – это, в первую очередь, самый обычный речной и морской песок, кварц, кремень и другие похожие минералы.

Выделение кремения из соединений – очень дорогой и трудоемкий процесс. Потому, для разных целей изготавливают кремний разных ступеней отчистки. Существует специальный стандарт «солнечного» кремния, подходящего конкретно для производства фотоэлементов. Он, в свою очередь, тоже имеет несколько модификаций – поликристалическую и монокристалическую (следующую ступень «доработки» поликристалического кремния). 

Монокристаллические кремниевые элементы обладают самым  высоким КПД – 10-16% и длительным сроком службы – более 20 лет (именно столько первым фотоэлектрическим  станциям, которые до сих пор успешно  работают без снижения продуктивности). Главным их недостатком остается самая высокая цена, которая состоит  на 50-70% из стоимости самого кремния. Еще одной проблемой этих элементов  остается значительное снижение мощности при облачности или затемнении.