Тақырыбы: Теңіз ағысының энергиясы

Мұхиттармен теңіздерде жинақталған теңіз ағыстарының кинетикалық энергиясының таусылмайтын қорларн суға жүктелген құбырдың (атмосфераға «жүутелген» жел диірменіне ұқсас) көмегімен механикалық және электрлі энергияға айналдыруға болады.

Маңызды және өте танымал теңіз ағысы – Гольфстрим. Оның негізгі бөлігі Флорида мен Бигама аралдары арасындағы Флорида бұғазы арқылы өтеді. Ағыстың ені 60 км, тереңдігі 800 м-ге дейін, ал көлденең қимасы 28 км2. Жылдамдығы 0,9 м/с осындай су ағынын алып жүретін Р энергиясын мына формуламен беруге болады [pic] (ватпен), мұнда т–су массасы (кг), р–су тығыздығы (кг/м3), А–сечение (м2), v– жылдамдығы (м/с). Сандарды орнына қойып аламыз [pic].

Егерде біз осы энергияны толығымен пайдалана алғанымызды, ад 1000 МВт-ң 50 ірі электр станция энергияларының соммалы энергиясына эквивалентті. Бірақ бұл сан атза теориялық түрде, ал іс жүзінде пайдалануға тек осы энергия ағыстың 10% -ін ғана есептеуге болады.

Қазіргі уақытта бірқатар елдерде, және бірінші кезекте Англияда, теңіз толқындарының энергиясын пайдалану бойынша жұмыстар жүргізлуде. Британ аралдарында өте ұзын жағалау сызықтары бар, теңіздің көп жерлерінде ұзақ уақыт бойы толқынды болып тұрады. Ғалымдардың бағасы бойынша, теңіз толқындарының энергиясы есебінен ағылшын територриясындағы суларды 120ГВт-қа дейінгі қуатты алуға болар еді, ол Блитандық орталық электроэнергетикалық басқармаға жататын барлық электростанция қуатынан екі есе көп.

Теңіз толқынын пайдалану жобаларының бірі тербелісті су бағаны принципіне негізделген. Түбі жоқ, жоғарыда тесіктері бар алып «қораптардаа» толқын әсерінен су деңгейі бір көтеріліп, бір түседі. Қораптағы су бағанасы поршень түрінде әсер етеді: ауаны сорып алып, оны құбыр қалақтарына жинайды. Мұндағы басты қиыншылық қораптағы ауа мөлшері бар құбырдың жұмыс дөңгелектерінің инерциясын инерция есебінен турбиналы біліктердің тұрақты айналу жылдамдығы теңіз бетіндегі жағдайдың кең диапазонында сақталып қалатындай келісу болып табылады.

6 Күннің энергиясы

Біз осы күнге дейін айтып келген барлық энергия көздері Күннің энериясын қолданады: көмір, мұнай, табиғи газ, олардың мағынасы «консервіленген» күн энергиялары. Ол осы ескі заманғы отынды қорытылған; күн жылуы мен Жердегі жарықтың әсерінен өсімдіктер өһсті, өзіне энергия жинады, ал содан кейін ұзақ процестер нәтижесінен қазіргі кезде қолданылатын отынға айналды. Күн әр жыл сайын адамзатқа миллиардтаған тонна сатық пен ағаштар беруде, ол Жердегі судың айналымымен ұстап тұрады.

Барлық келтірілген мысалдарда күн энергиясы жанама түрде, көптеген аралық айналымдар арқылы қолданылады. Осы айналымдарды жою мен жерге құлайтын жылу мен жарық сәулелерін тікелей механикалық немесе электрлі энергияға түрлендіру тәсілдерін табу қызықты болар еді. Не бары үш күнде Күн Жерге сонша энергия жібереді, қазба отындарының барлық қорларында қанша энергия болса, ал 1с-1700млрд.Дж. осы энергияның көп бөлігін шашыратады немесе атмосфера жұтып алады. Әсіресе аспандар және оның үштен бір бөлігі ғана жер бетіне жетіп келеді. Күн жіберетін барлық энергия Жер алатын оны бөлігінен 5 млр.есе көп. Бірақ тіпті осындай болмашы шама лаынғанмен бірге барлық қалған қореккөзі беретін энергиядан 1600 есе көп. Бір көлдің бетіне түсетін күн энергиясы ірі электростанция қуатына эквивалентті.

Архимед аңызына сәйкес, жағада орналасқан Сиракузами түбіндегі рим флотын жойды. Қалай? Тұтандыру айналардың көмегімен.

Бұ айналар VI ғасырда жасалғаны белгілі. Ал XVIII жүз жылдықтың ортасында француз табиғат зерттеушісі Ж. Бюффон көптеген кіші жазықтықтардан құралған үлкен ойыс айналармен зерттеулер жүргізілді. Олар жылжымалы болды және бейнеленген күн сәулелерін бір нүктеге фокустады. Бұл аппарит ашық жаздың күні 68 м қашықтықта смаламен сіңірілген ағашты жылдам тұтандыру қабілет. Кейінде францияда диаметрі 1,3 м ойыс айна даярланған болатын, оның фокусында 16 секунд ішінде шойын стершенін қорыта (балқыта) болады. Англияда үлкен екі ойысты айна қырланды, оның көмегімен шойынды үш секундта және гранитті – бір минутта балқыта аламыз.

XIX ғасыр соңында Париждегі Дүниежүзілік жәрмеңкеде О.Мушо өнертапқыш инсоляторды ұсынды – күн энергиясын механикалыққа айналдырушы ең алғаш құрылғы. Бірақ оның принципі сондай: үлкен ойыс айнасы 1 сағатта 500 оттисктерін жасайтын басу машинасын қозғалысқа алып келеді. Бірнеше жылдан кейін Калифорнияда осындай принцип бойынша әрекет ететін қуаты 15 л.с бу машиналы буда конустық рефлекатор тұрғызды.

Және сол кезде бір елді, не басқа елдерде эксперименттік рефлекатор-қыздырғыштар пайда болса, ал жарияланған статияларда біздің шырақтардың сарқылмастығы жөнінде көп айтылуда, осыдан олар рентабельді бола қоймады және кеңінен әлі пайдаланбауда: бұл берілген өте қымбат рахат.

Бүгінде күн сәулесін электр энергиясына түрлендіру үшін біз екі мүмкіншіліктермен қарастырамыз: күн сәулесін электр энергияны дәстүрлі тәсілдермен (мысалы, турбогенератор көмегімен) өңдеп шығарудың отын көзі ретніде пайдалану немесе күн энергиясын күн элементтерінде электр тогына тікелей түрлендіру. Екі мүмкіндікті де іске асыру масштабтарында күн энергиясын айна көмегімен оны концентрацияланған кейін қолданады – заттарды балқыту, суды дистиляциялау, жылыту, қыздыру және т.б. үшін.

Күн сәулесінің энергиясы үлкен аудан да тармақталғандықтан, (басқаша айтсақ,тығыздығы төмен),күн энергиясын пайдаланудың кез-келген қондырғысында жеткілікті бетті жинаушы құрылғысы(коллектор)болуы тиіс.

Мұндай түрдегі қарапайым құрылғы-жалпақ(жазық)коллектор; іс жүзінде бұл төменнен жақсы изолирленген қара плита.Ол шынымен немесе жарықты өткізетін,бірақ инфроқызыл жылу сәулесін өткізбейтін пластмассамен жамылған.

Әйнек арасындағы кеңістікте көбінесе қара құбырларды орналастырады,ол арқылы су,май,сынап,ауа,күкірт ингидриді және т.б.өтеді.Күн сәулесі,айна немесе пластмасса арқылы коллекторға өте отырып, қара құбырмен плитамен жұтылады және құбырлардағы жұмыс затын қыздырады.Жылу сәулесі коллектордан шыға алмайды, сондықтан ондағы температура қоршаған орта температурасына қарағанда едәуір жоғары(200-500°С).Бұл кезде бу эффектісі деген пайда болады. Қарапайым бау парниктері,іс жүзінде, өзінше күн сәулесінің жай коллекторларын береді. Бірақ тропиктен алыс болған сайын, көлденең коллектор соншалықты аз тиімді, ал оны Күннің ізімен бұру өте күрделі және қымбат. Сондықтан мұндай колекторлар, ереже бойынша, нақты тиімді бұрышпен оңтүстік ке қарай орнатылады.

Өте күрделі және қымбат тұратын коллектор ойыс айналар болып табылады, ол түскен сәулелерді шамамен нақты геометриялық нүктесі – фокусқа аз көлемде шоғырлайды. Айнаның шағылысу беті металданған пластмассадан жасалған не үлкен парабалалық негізгі бекітілген көптеген кішкентай жазық айналардан құралған.

Арнайы механизмдердің арқасында мұндай типтегі коллекторлар әрдайым Күнге бұрылып қойылған – бұл мүмкіндігінше үлкен мөлшердегі күн сәулесін жинауға мүмкіндік береді. Айналы коллекторлардың жұмыс кеңістігінде температурасы 3000°С және одан жоғары.

Күн энергетикасы энергия өндірісінің ең көп материал сиымды түріне жатады. Күн энергиясын үлкен масштабты пайдалану өзінен кейін материалдарға тапшылығы зор болады, ал сәйкесінше, шикізатты өндіру оны байыту үшін, гелиостарды, коллекторларды, басқа аппараттарды даярлау, оларды тасымалдау үшін материалдарға тапшылыққа душар болады. Күн энергетикасының көмегімен жылына 1 МВт электр энергиясын өндіру үшін сағатына 10 000-нан 40 000-ға дейін адамдар қажет болады. Дәстүрлі энергетикадағы органикалық отынды бұл көрсеткіш сағатына 200-500 адамды құрайды.

Күн сәулесімен туған электр энергиясы әлі де дәстүрлі тәсілдермен алынғанға қарағанда сонша қымбатқа түседі. Ғалымдар тәжірибелі қондырғылармен станцияларда жүргізетін эксперименттер тек қана техникалық емес, және экономикалық проблемаларды шешіп беретініне сенеді. Бірақ, сонда да, күн энергиясын түрлендіргіш – станциларды құруда және жұмыс істеп жатыр.

1988 жылдан бастап Керченский жарты аралда Қырым күн электр станциясы жұмыс істеуде. Мұндай станцияларда қандай жерлерде құрсақ десек, әрине алдымен курорт, санаторий, демалыс үйлері, туристік маршруттар аймақтарында, онда көп энергия қажет, тағы қоршаған ортаны таза сақтау да маңыздырақ, өйткені таза ауа адамға ем.

Қырым СЭС-і үлкен емес – қуаты не бәрі 5 МВт.нақты мағынада ол – күшті тексеру. Бірақ тағы нені тексеру қажет, басқа елдердегі гелиостанция құрылысының тәжірибесі белгілі.

Сициляи аралында тіпті 80-жылдың басында қуаты 1 МВт күн электрстанциясы ток берді. Оның жұмыс істеу принципі де мұнаралы. Айналар күн сәулелерін 50метрбиіктікте орналасқан қабылдағышта фокстайды. Онда температурасы 600 °С-дан жоғары бу өңделіп шығады, ол дәстүрлі құбырды оған қосылған генераторлы токпен әрекетке алып келеді. Мұндай принципте қуаты 10–20 МВт электростанциялар, егер ұқсас модульдерді бір-біріне қоса отырып топтасақ, одан да үлкен қуатпен жұмыс істей алатыны дәлелденген.

Испания оңтүстігінде Алькериядағы электр біршама басқа түрде. Оның айырмашылығы, мұнара төбесіне фокусталған күннің жылуы натрилі айналымды қозғалтады, ал екіншісі бу түзілгенге дейін қыздырады. Мұндай нұсқаның артықшылықтары көп. Жылудың натрилі аккумуляторлары электр станцияның тек үздіксіз жұмысын ғана қамтамасыз етпейді, және бұлттің ауа-райымен түндегі жұмыс үшін артық энергия бөлшекпен жинақтауға мүмкіндік береді. Испандық станцияның қуаты не бары 0,5 МВт0 бірақ оның принципінде одан да ірі станциялар құрылуы мүмкін 300 МВт-қа дейін. Бұл типтегі қондырғыларда күн энергиясының концентрациясы соншалықты жоғары, бу құбырлы процестің ПӘК-і мұнда дәстүрлі жылу электрстанцисындағыға қарағанда кем емес.

Мамандардың ойы бойынша, күн энергиясы түрлендіруге қатысты ең тамаша идея жартылай өткізгіштердегі фота электрлік әсер эфетті пайдалану болып табылады.

Бірақ, мысал үшін, күн батерясындағы электр станциялар экваторға жақын, оның тәуелділік өңімі 500 МВт·сағ (шамамен осынша энергияны ірі ГЭС-р өндіреді), ПӘК 10% кезінде тиімді бетте шамамен 500000 м2 қажет болады. Күндік жартылай өткізгіш элементтердің осындай зор мөлшері тек қана, олардың өндірістік шындығында арзан болған ғана өтеледі. Жердің басқа аймақтарындағы күн электр станциясының тиімділігі мұнда тіпті күдік күннің өзінде атмосфера күшті жұтатын радиация өнімділігнің баяулығына қатысты тұрақсыз атмосфералық жағдайға байланысты аз болған болар еді, және де күн мен түн кезектесіп пайда болған тербеліс бар.

Сонда да күн фотоэлементтері қазірдің өзінде өзінің ерекшелігімен пайдалануда. Олар іс жүзінде спутниктегі және автоматты плонета аралық станциялардағы электр тогының өзгермейтін қорек көзі, ал жерде – алдымен электрлі тиімделген аудандардағы телефон желісін қоректендіру үшін немесе токтың кіші тұтынушылары үшін (радиоаппаратура, электр қырғыштар және т.б.) үшін қорек көзі болып шықты. Жартылай өткізгіштік күн батареялары алғаш рет жердің үшінші советтік жасанды спутнигінде орнатылған болатын (орбитаға 1958 ж. 15 мамыр айында жіберілген).

Жұмыстар жүріп жатыр, бағалау да жүріп жатыр. Әлі олар күн электр станциясының пайдасына кірмегенін мойындаған жөн: бүгінде бұл ғимараттар әлі ең күрделі және ең қымбат тұратын гемонерияны пайдалану техникалық тәсіліне жатпайды. Жаңа нұсқалар, жаңа идеялар қажет. Оның кемшілігі жоқ.

Date: 2015-05-23; view: 2159; Нарушение авторских прав