Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

ВТСП в солнечной энергетике

2014, Tом 11, выпуск 6
Тематика: ВТСП устройства

В университете по электронным технологиям (Китай) разработан проект компактной солнечной энергоустановки, совмещающей в себе криогенные и ВТСП технологии. Основным принципом работы установки является преобразование солнечной энергии в электрическую посредством ВТСП линейного генератора, приводимого в движение двигателем Стирлинга, работающим от солнечного концентратора. Предполагается, что создаваемая энергоустановка будет полностью автономна, включая систему криогенного обеспечения, способную работать ночью и в пасмурные дни.

Рассмотрим предлагаемую конструкцию подробнее. Для сбора солнечной энергии используется жидкостной коллектор и параболическое зеркало, диаметром несколько метров. Рабочая жидкость от коллектора по трубке подается на керамический раздаточный клапан, из которого распределяется на два двигателя Стирлинга. Через тот же клапан к системе подключается тепловой накопитель, исполняющий роль резервного источника питания на случай недостатка солнечного света. Один из двигателей Стирлинга приводит в движение сверхпроводниковый линейный генератор, от другого работает охлаждающий ВТСП обмотки криокулер (см. Рис. 1).

Рис. 1. Схема компактной ВТСП солнечной энергоустановки 

Конструкция сверхпроводникового линейного генератора весьма необычна, он состоит из неподвижного якоря и статора в виде расположенных на жесткой раме медных обмоток. Статор механически соединен с поршнем двигателя Стирлинга и совершает периодическое возвратно-поступательное движение. Якорь представляет собой вакуумированный (давление не более 10-5 Па) криостат с ВТСП обмотками постоянного тока внутри. По утверждению авторов проекта, охлаждение автономной энергетической установки при помощи сжиженных газов (неона или азота) неэффективно как с экономической, так и с чисто технической точки зрения. В связи с этим, для поддержания рабочей температуры ВТСП обмоток предполагается использовать двухступенчатый криокулер на цикле Стирлинга, который, в свою очередь, приводится в движение от вспомогательного двигателя Стирлинга, работающего на солнечной энергии. Первая ступень криокулера задействована в охлаждении теплового экрана криостата. Вторая ступень через систему тепловых мостов обеспечивает поддержание рабочей температуры ВТСП обмоток. Последние изготовлены в виде большого числа отдельных плоских катушек, что упрощает задачу охлаждения. Каждая ВТСП катушка снабжена отдельным медным кожухом, связанным с общим тепловым мостом. Подвесы магнитной системы, тепловых мостов и экрана для уменьшения теплопритоков изготовлены из тефлона.

Авторами проекта произведен тепловой расчет системы с оценкой теплопритоков в криостат по подвесам, токовводам, теплопритоку по излучению и т.д. Согласно расчетам, теплопритоки и тепловыделения составляют 23,27 Вт для первой ступени криокулера и 203,06 мВт для второй ступени. С учетом того, что солнечный коллектор работает с эффективностью порядка 90%, а КПД двигателя Стирлинга достигает значений в 30%, при диаметре зеркала солнечного коллектора в 3 м и плотности солнечной энергии в 0,7 кВт/м2, выходная механическая мощность для обоих двигателей Стирлинга будет составлять около 5 кВт. При хладопроизводительности криокулера на уровне в 80 Вт при 77 К и 1 Вт при 20 К, суммарные затраты на охлаждение ВТСП обмоток не будут превышать 2 кВт.

Здесь необходимо подробнее рассмотреть вопрос баланса распределения энергии. В традиционных солнечных генераторах на цикле Стирлинга тепловая энергия переводится в механическую, а затем — в электрическую. В предложенной конструкции схема перевода энергии из одного вида в другой заметно усложняется, ввиду наличия системы охлаждения. Поскольку тепловая энергия от солнечного коллектора делится на два двигателя Стирлинга, необходимо установить баланс распределения, обеспечивающий максимальную эффективность работы системы в целом. Так подача большей мощности на двигатель системы охлаждения позволит увеличить рабочий ток магнитов (ввиду более эффективного теплоотвода), а значит и напряженность магнитного поля, что, по идее, должно увеличить итоговую мощность генератора. Однако, подобный подход естественным образом снизит количество энергии, подаваемой на двигатель собственно генератора, что снизит рабочую частоту и приведет к падению итоговой мощности, нивелируя тем самым эффект от большего рабочего тока магнитов. Авторами разработки были произведены расчеты, определяющие наиболее эффективную схему распределения энергии по узлам электростанции. Согласно полученным ими результатам, большую часть тепловой энергии (более 90%) следует направлять на двигатель генератора. При этом установлено, что даже при поддержании мощности, подводимой к системе охлаждения, на постоянном минимально допустимом уровне, выходная мощность станции в целом будет  возрастать с увеличением собранной солнечной энергии. В частности, по расчетам, при выходе солнечного коллектора в 10 кВт, итоговая мощность составит около 4,5 кВт. При возрастании мощности коллектора до 30 кВт, выходная мощность достигнет значения в 15 кВт. Аналогичный расчет был проведен для энергоустановки с традиционными постоянными магнитами. Для нее, как показали результаты, при отводимой от солнечного коллектора мощности в 30 кВт, вырабатываемая мощность не превысит 9 - 10 кВт.

 

1. Z.H. Wu, J.X. Jin, IEEE Transactions Applied Superconductivity, 24, 520300 (2014).

Д. Диев

Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.