Solkraftverk i Sahara. Gigantiske solkraftverk i Sahara
Økologisk timeplan
i geografi i 10. klasse
Utvikler: geografilærer ved MKOU Secondary School nr. 6, Zarya Solontsova L.N. .
Leksjonstype: kombinert.
Hensikten med leksjonen: introdusere studentene til det grunnleggende om rasjonell miljøledelse.
Pedagogiske, pedagogiske og utviklingsmessige oppgaver:
Utdanningsmål:
1. Introdusere nye konsepter: miljøforvaltning, spesielt vernede naturområder, statlig miljøpolitikk, bærekraftig utvikling
2. Å utvikle elevenes kunnskap om rasjonell og uholdbar miljøforvaltning.
3. Introduser studentene til det grunnleggende om miljøpolitikken til den russiske føderasjonen.
Utviklingsoppgaver:
1. Utvikle hos elevene evnen til å arbeide med en lærebok.
2. Å utvikle global tenkning hos studentene (behovet for rasjonell miljøforvaltning og bærekraftig utvikling av samfunnet).
Pedagogiske oppgaver:
1. Studentene må sørge for at opprettelsen av spesielt vernede naturområder er en viktig oppgave for enhver stat når det gjelder å løse problemet med rasjonell miljøforvaltning.
2. Gi elevene et ønske om å lære nye ting.
Læringsmetoder:
1. Forklarende og illustrerende.
2. Praktisk.
Utstyr:
Lærebok (Geografi. Moderne verden. 10.-11. klassetrinn / redigert av A.I. Alekseev), projektor, multimediapresentasjonMaktPunkt 2007.
Referanser:
1. Geografi. 10-11 klasse. Metodiske anbefalinger: en manual for lærere / V.V. Nikolai, 2007
2. Geografi. Leksjonsbasert utvikling. 10-11 klassetrinn. En håndbok for lærere ved generelle utdanningsinstitusjoner / Vereshchagina N.O., Sukhorukov V.D. – M.: Utdanning, 2012.
3. Geografi. Min simulator: 10.-11. klassetrinn: grunnleggende nivå: en manual for studenter ved allmennutdanningsorganisasjoner / Yu.N. Gladky, V.V. Nikolina; Ross. acad. Utdanning, Russland acad. Sci. - M.: Utdanning, 2013.
4. Arbeidsbok om geografi: 10. klasse: En håndbok for elever i allmennpedagogikk. institusjoner / Maksakovsky V.P. – M.: Utdanning, 2000.
5. Internett-ressurser.
Hovedstadier i leksjonen:
Jeg scene . Organisasjonsøyeblikk (1–3 min)
Hilsener;
II scene . Sjekker lekser. (7-10 minutter)
1. Teoretiske spørsmål.
2. Praktiske oppgaver.
III scene . Lære nytt materiale (15-20 minutter)
IV scene . Konsolidering av det studerte materialet (10-12 minutter)
V scene . Leksjonssammendrag:
1. Lekser.
2. Identifisere mangler.
Hilsener;
Sjekke skolemateriell;
Kontroll av belysning og ventilasjon i rommet.
1-3 min
Sjekker lekser
1. Teoretiske spørsmål:
1. Hva er naturressurser?
2. Hvilke typer naturressurser har vi studert?
3. Hvilke typer naturressurser lærte vi om i forrige leksjon?
4. Nevn typene utradisjonelle energiressurser.
5. Hva er agroklimatiske ressurser? Hva betyr dette?
6. Hva er rekreasjonsressurser? Hva gjør dem spesielle?
Elevene svarer på spørsmålene som stilles
3-4 min
2. Praktiske oppgaver:
2. Prøv å finne ut hvilke land og regioner som har de beste mulighetene for å bruke et klimakart over verden:
a) solenergi;
b) vindenergi.
Begrunn svaret ditt.
a) tilgjengelighet;
b) optimaliteten til det naturlige komplekset for rekreasjon;
c) estetisk appell;
d) innvirkning på folks helse.
Utføre gruppeoppgaver:
Rad 1 formulerer svaret på 1 spørsmål,
Rad 2 prøver å finne argumenter for spørsmål 2;
Rad 3 evaluerer rekreasjonsressursene i området sitt
4-6 min
III
Lære nytt stoff.
Oppdatering av kunnskap.
Menneskesamfunnet har kommet langt i utvikling fra et primitivt samfunn til et postindustrielt samfunn med utviklet teknologi.
La oss prøve å tegne en kurve som viser avhengigheten av menneskelig ressursforbruk over tid.
Øker eller minker naturressurser som forbrukes?
Dessuten er verdens naturressurser, så vel som ressursene til Russland, stort sett uttømmelige.
Hva betyr dette for menneskeheten?
I dag i klassen skal vi snakke om riktig, rasjonell bruk av naturressurser, og hvordan samfunnet prøver å forbedre livskvaliteten til nåværende og fremtidige generasjoner.
Tema for dagens leksjon:"Naturforvaltning og bærekraftig utvikling"
Lytt nøye og tegn en kurve som viser avhengigheten av menneskelig ressursforbruk over tid.
2-3 min
For tiden utvikler det seg i mange regioner på planeten en økologisk krisesituasjon, der det menneskelige livsmiljøet blir ødelagt.
Menneskeheten står overfor problemet med enhet og sammenheng mellom utnyttelse av naturressurser og tiltak for restaurering og naturvern.
Dette problemet løses av miljøledelsen.
La oss først prøve å forklare oss hva miljøledelse er.
N u r a t u r e u s e – et sett av alle former for utnyttelse av naturressurser og tiltak for bevaring og reproduksjon av disse.
La oss tenke på om det i de fleste tilfeller alltid er skade på naturen ved forbruk av ressurser?
Det stemmer, i tilfeller der naturressurspotensialet ikke er bevart, kalles slik miljøforvaltning irrasjonell.
Imidlertid har det nylig dukket opp mange teknologier for utvinning av naturressurser som ikke fører til endringer i naturressurspotensialet. Denne typen miljøforvaltning kalles rasjonell.
Tegn et diagram over typer miljøbruk.
La oss oppsummere kort. Hva er etter din mening miljøledelse?
Hvilke typer miljøstyring har vi identifisert? Hva kjennetegner rasjonell og irrasjonell miljøforvaltning?
Det stemmer, rasjonell miljøforvaltning innebærer ressursbevaring, integrert ressursbruk, avfallshåndtering, bruk av nye materialer og naturvern.
Lytt nøye, formuler definisjoner og skriv dem ned i en notatbok, svar på spørsmål
Tegn et diagram i en notatbok
Svar på spørsmål og trekk konklusjoner
3-4 min
For å løse problemet med rasjonell bruk av naturressurser og beskyttelse av naturmiljøet, er det gitt en viktig plass til spesielt vernede naturområder. Jeg foreslår at du nøye ser på en kort video av adressen til lederen av den russiske føderasjonsrådet S.M. Mironov.
La oss nå diskutere videoen.
Hvilke territorier ble diskutert i talen?
Prøv å formulere på egenhånd hva spesielt vernede naturområder er. La oss nå gå til læreboken.
Skriv ned definisjonen i notatboken.
SPESIELT BESKYTTET NATURTRITORIER – områder med land, vannoverflate og luftrom over dem som har spesielt verdifulle naturressurser, vitenskapelig, kulturell, estetisk, rekreasjons- og helsemessig verdi.
Hvilke typer spesielt vernede naturområder ble nevnt av S.M. Mironov?
Prøv å tegne et diagram: "Typer av spesielt beskyttede naturområder"
Synes du staten bør ta seg av miljøspørsmål? Begrunn svaret ditt.
Det er riktig, staten bør vedta miljølover, langsiktige programmer for å forbedre naturmiljøet, innføre et bøtesystem for forurensning og opprette spesielle statlige organer. Denne statlige politikken kalles miljøpolitikk.
La oss oppsummere. Hvilken betydning har spesielt vernede naturområder? Hvilke typer spesielt vernede naturområder kjenner du til?
Se videoen nøye
Svar på spørsmål
Formuler en definisjon av begrepet «spesielt vernede naturområder»
Skriv ned definisjonen i notatboken
Svar på spørsmålet som stilles
Tegn et diagram "Typer verneområder" i en notatbok
Det fremføres argumenter til støtte for myndighetenes ansvar for å ta opp miljøspørsmål
Lytte nøye
De svarer på spørsmålene som stilles og trekker en foreløpig konklusjon.
7 min
Befolkningseksplosjon, utarming av mineralressurser, nedbrytning av biosfæren, etc. Alt dette fører til en forringelse av livskvaliteten til mennesker og fremveksten av en rekke sosiale og økonomiske problemer. Derfor ble FNs konferanse om miljø og utvikling i 1992 holdt i Rio de Janeiro på nivå med stats- og regjeringssjefer. Jeg foreslår at du ser videomateriale fra akkurat den konferansen, nemlig Severn Suzukis tale. På den tiden var hun på samme alder som du er nå.
Hvilke problemer tok jenta opp i anken? Hva oppfordret hun statsoverhodene til å gjøre?
Tror du Suzuki var i stand til å påvirke forløpet av konferansen?
Jeg er enig med deg, statsoverhodene på denne konferansen utviklet en strategi for samfunnets overgang til bærekraftig samfunnsutvikling. Hva tror du bærekraftig utvikling er?
La oss sammenligne definisjonen gitt i læreboken og formulert av deg i klassen. La oss skrive det ned.
Bærekraftig utvikling er en langsiktig, kontrollert prosess for å endre samfunnet på globalt, regionalt og lokalt nivå, rettet mot å forbedre livskvaliteten til nåværende og fremtidige generasjoner.
La oss oppsummere det vi lærte i klassen.
Å se Severn Suzuki tale på FN-konferansen
Svar på spørsmål basert på videoen du så.
De prøver å formulere en definisjon av bærekraftig utvikling.
Se etter en definisjon i en lærebok, skriv den ned i en notatbok
Oppsummer leksjonen
6 min
Forsterkning av det lærte materialet
Hvordan forstår du utsagnet: "Hovedsaken i ideen om bærekraft er å ikke leve av naturens hovedstad, men av utbyttet fra den"? Begrunn svaret ditt.
Det er kjent at moderne industri bruker enorme mengder naturressurser. Deres kostnad i de totale kostnadene ved industriell produksjon er omtrent 75%. Samtidig, ifølge noen forskere, er bare 1% av de utvunnede råvarene brukt så langt. 99 %, i en forvrengt form som er fremmed for naturen, blir til avfall som forurenser miljøet. Hvilken løsning på dette problemet kan du tilby?
Forstå utsagnet, svar på spørsmålet
Løs problemet
10 min
Leksjonssammendrag.
1. Lekser:
Studer §10, kunne forklare grunnleggende begreper.
2. Fyll ut tabellen ved å bruke det studerte materialet, atlaskart og tilleggslitteratur:
2. Identifisere mangler.3. Uttale karakterer og sette karakterer i dagboken.
Skriv ned lekser i en dagbok og lytt til kommentarer til dem.
2 minutter
Solkraftverk som produserer andre solkraftverk som... Denne ekspansive prosessen, hvis den får lov til å løpe frodig, slik som i ørkenen, vil gi menneskeheten et utbrudd av energi. Denne uvanlige planen for å redde planeten fra energimangel og miljøkollaps ble oppfunnet i Japan.
Felt med solcellepaneler kan gi verden kolossale mengder elektrisitet. Spørsmålet er hvordan man gjør slike strukturer økonomisk gjennomførbare. Det eksotiske "Sahara Solar Breeder Project" prøver å gi sitt svar.
I stedet for å frakte tusenvis av tonn solcellepaneler over hav, foreslås det å produsere slike batterier lokalt, i utkanten av ørkenen. Råvarer vil bli tatt bokstavelig talt under føttene. Tross alt er sand den rikeste kilden til silika.
Den kan brukes til å utvinne silisium til solceller. De bør slippes løs her. Etter at kraften til et slikt felt når en viss verdi, kan et andre anlegg for behandling av sand og produksjon av solcellepaneler bygges et sted i nærheten. Tross alt krever denne prosessen i seg selv mye energi: dette er hva de første batteriene vil gi.
Det andre anlegget, etter å ha produsert nok solceller, vil gjøre det mulig å installere et tredje sandbehandlingsanlegg på avstand... Så solkraftverk vil begynne å "formere seg" eksponentielt. Dessuten vil en liten andel av den totale kapasiteten til solkraftverk brukes til drift av fabrikker.
Det grunnleggende prinsippet for "solenergimultiplikatoren" er enkelt: solcellepaneler, som bruker energien som genereres, bør danne grunnlaget for deres videre ekspansjon (illustrasjon diginfo.tv).
Den resulterende energien må transporteres til store forbrukere - til Europa, og kanskje videre. Her, mener japanerne, er det umulig å klare seg uten kabler laget av høytemperatur-superledere. De bør avkjøles med flytende nitrogen, og de vil passere under jorden for å minimere endringer i bakketemperaturen.
Prosjektets leder, professor Hideomi Koinuma ved University of Tokyo, presenterte først planen sin i 2009. Da var det bare en drøm. Men nå er de første beskjedne skrittene mot implementeringen tatt.
Saken kom i gang gjennom innsatsen fra to japanske byråer - Science and Technology (JST) og International Cooperation (JICA). I deres regi har arbeidet nå til hensikt å forene spesialister fra seks japanske universiteter og institutter, samt det algeriske universitetet for vitenskap og teknologi i Oran (USTO).
Et prosjekt for å etablere et solenergiforskningssenter i Afrika (Sahara Solar Energy Research Center - SSERC) ble valgt ut av JST for videre avansement våren 2010. SSERC har en varighet på fem år og har som mål å utvikle og teste teknologiene som trengs for å gjøre Solar Breeder til en realitet.
Den japanske planen i generelle termer. Lokal energi og materialer vil ikke bare gjøre det mulig å produsere flere og flere solcellepaneler, men også å avsalte vannet som trengs for å gjenvinne territorium fra ørkenen (illustrasjon av diginfo.tv).
Først og fremst snakker vi om å trekke ut silisium fra sand, og med høy nok renhet av produktet til at det kan brukes til å lage solcellepaneler. Det er ingen slik teknologi ennå. Men forfatterne av planen håper å bygge et pilotanlegg for sandbehandling som er i stand til å produsere et tonn rent silisium per år.
I tillegg, i 2011, har forskerne til hensikt å bygge en "egen" solcelleinstallasjon i Sahara med en kapasitet på bare 100 kilowatt. Det vil spille rollen som grunnstein og prøveplass. Eksperter har til hensikt å finne ut hvordan dette batteriet vil bli påvirket av å jobbe under tøffe forhold, hvordan sandstormer vil påvirke det.
Med superledende kabler er heller ikke alt klart. Den nødvendige teknologien, industriell på det, eksisterer allerede. Men vi må finne ut hvordan vi best kan legge slike kabler i ørkenen, og selv over så store avstander, hva vil det koste å drive kjøleutstyret...
Generelt er dette bare et forskningsprosjekt. Ingen kan ennå si om "selvreproduksjonen" av kraftverk i Sahara noen gang vil starte. Men hvis planen fungerer, innen 2050 vil det første 100 kilowatt-batteriet "multipiseres" til felt med en kapasitet på 100 gigawatt. Dette er et betydelig beløp - omtrent 3% av den installerte kapasiteten til kraftverk rundt om i verden. Og hva som vil skje videre, kan man bare forestille seg.
Verdens største solkraftverk basert på solcellepaneler for øyeblikket er Finsterwalde Solar Park i Tyskland. Den første fasen av denne solenergiparken ble bygget i 2009, og den andre og tredje - i 2010. Toppeffekten til "parken" er 80,7 megawatt (bilde fra greenunivers.com).
Når det gjelder graden av innvirkning på menneskeheten, sammenligner Koinuma "såing av Sahara" med solcellepaneler med landende astronauter på månen, og det er grunnen til at han ga prosjektet sitt et annet navn - Super Apollo. Det første ordet er ikke bare en superlativ betegnelse, men også et hint om bruk av superledere, og det andre er en referanse til det berømte amerikanske romprogrammet og navnet på solguden.
Selvfølgelig er det fortsatt mange tomme flekker i Hideomis idé. Økonomien i syklusen har ennå ikke blitt vurdert i detalj. Og her har håndverkerne fra Land of the Rising Sun noen å følge. En lignende idé er verdsatt av organisasjonen
Forskere fra Japan har foreslått en ganske uvanlig plan for å overvinne den globale energikrisen, og samtidig bevare planetens økologi. Selve ideen er strålende enkel – energi produseres av solkraftverk, som brukes på produksjon av andre solkraftverk, som igjen skal gi liv til nye kraftverk. Hvis denne unike ekspansive prosessen får frie tøyler, kan den på kort tid produsere et enormt energikompleks som omdanner solenergi til elektrisk energi.
Kraftverk som bruker solens kolossale energi har vært i drift i lang tid i ørkenområder, som Nevada-ørkenen.
Opprettelsen av et energikompleks i stor skala som vil dekke det meste av Sahara-ørkenen er imidlertid en ganske ambisiøs plan som grenser til et sjansespill. Men spillet er verdt lyset, fordi slike felt med solcellepaneler i fremtiden kan produsere imponerende mengder elektrisk energi. Spørsmålet forblir imidlertid åpent: hvor rettferdiggjort byggingen av et slikt energikompleks vil være fra et økonomisk synspunkt. Det unike "solenergiprosjektet i Sahara-ørkenen" prøver å svare på det på sin egen måte.
Prinsippet for prosjektet er som følger. Energien som produseres av de første solcellepanelene vil bli brukt til å produsere nye batterier, som bør muliggjøre ytterligere eksponentiell ekspansjon.
Det er bemerkelsesverdig at produksjon av solcellepaneler lett kan etableres på stedet, fordi sand er et utmerket råmateriale og en rik kilde til silisium.
Silisium hentes ut av sanden og brukes til å lage nye batterier, som skal produseres her. Etter at batterifeltet når de angitte energiforsyningsindikatorene, begynner byggingen av et andre anlegg med lignende formål på kort avstand. Den enorme energimengden som kreves for bygging og produksjon vil bli levert av allerede fungerende solceller.
Når det andre anlegget produserer nok solceller til å møte et gitt nivå av energiforsyning, vil bygging av nye anlegg være mulig.
Slik vil kraftverk basert på konvertering av solenergi effektivt kunne multiplisere eksponentielt. Over tid vil kraftfabrikker som produserer fotovoltaiske celler forbruke en liten brøkdel av den totale energien.
Energien som hentes fra solcellefelt er planlagt transportert til store forbrukere på nabokontinentet til Europa, og i fremtiden videre. Fra beregninger utført av japanske forskere, følger det at i dette tilfellet er det umulig å klare seg uten elektriske kabler laget av høytemperatur superledende materialer. For å redusere energitapet under transport, må de kjøles med flytende nitrogen, og slike ledninger vil bli plassert under jorden for å redusere temperaturendringer.
Et annet åpenbart positivt trekk ved dette prosjektet er at produksjonen av solceller bidrar til avsalting av vann, som igjen er hovedbetingelsen for å gjenvinne land fra ørkenen og gjøre det om til frodige oaser.
Professor Hideomi Koinuma, som er leder for dette prosjektet, presenterte først planen sin tilbake i 2009. På den tiden var det bare en drøm, men nå er de første, om enn beskjedne, men svært viktige skrittene mot realiseringen tatt. Dette ble gjort mulig takket være deltakelsen og støtten fra de japanske internasjonale samarbeids- og vitenskaps- og teknologibyråene. Det er i deres regi at spesialister fra seks japanske institutter og universiteter, samt Oran University of Science and Technology, som ligger i Algerie, har til hensikt å gå sammen for å sette all sin innsats i å bringe dette ambisiøse prosjektet ut i livet.
Prosjektet African Solar Energy Research Conversion (SSERC) er valgt ut av JST for fremtidig utvikling. Prosjektets estimerte varighet er omtrent fem år, og hovedmålet er å utvikle og teste de nyeste teknologiene som kan gjøre bygging av solfelt i Sahara mulig.
Først av alt er det nødvendig å sikre effektiv og økonomisk lønnsom utvinning av silisium fra ørkensand, noe som forårsaker visse vanskeligheter på grunn av de økte kravene til renheten til produktet for fremstilling av solceller. Foreløpig eksisterer ikke slik teknologi, så forfatterne av prosjektet jobber aktivt med å lage et pilotanlegg for behandling av ørkensand, som ville være i stand til å produsere et tonn rent silisium per år.
Blant annet inkluderer de ambisiøse planene til forskerne opprettelsen av én solcelleinstallasjon i Sahara, hvis kraft var 100 kilowatt, på kortest mulig tid. Den vil spille rollen som den første steinen i grunnlaget for et fremtidig storstilt prosjekt og vil tillate forskere å finne ut hvilke vanskeligheter de vil møte når de opererer solcellepaneler i tøffe ørkenforhold. I tillegg er det ingen konsensus om hvordan sterke sandstormer vil påvirke ytelsen til slike installasjoner.
Med superledende kabellinjer er alt heller ikke så enkelt, til tross for at nødvendig teknologi allerede finnes, og industrielt. Det er nødvendig å utføre forskning og nøye beregninger som vil vise hvordan man mest effektivt plasserer slike kabler i ørkenen og hvor berettiget de økonomiske kostnadene ved å kjøle dem vil være.
Fra alt det ovennevnte blir det klart at vi står overfor et nytt forskningsprosjekt og det er ingen garantier for at det vil bli anerkjent som vellykket og at solfelt vil fylle de endeløse vidder av den afrikanske ørkenen. Men hvis forskerne er heldige, innen 2050 vil den totale produktiviteten til de multipliserte feltene være omtrent 100 gigawatt, som er 3 % av energien som produseres av alle kraftverk på kloden. Dessuten vil dette tallet stadig vokse.
I dag ligger det største solenergianlegget laget av solcellepaneler i Tyskland og heter Finsterwalde Solar Park, byggingen av denne begynte allerede i to tusen og ni. Toppeffekten til dette energikomplekset var 80,7 megawatt.
Ved å vurdere det sannsynlige omfanget av innvirkningen på menneskeheten som helhet, sammenligner Koinuma opprettelsen av felt med solcellepaneler i sukker med landende astronauter på månen. Det er grunnen til at forfatteren av ideen ga prosjektet et andre navn, som høres intet mindre ut enn Super Appolo. Det er bemerkelsesverdig at det første ordet ikke bare inneholder en superlativbetegnelse, men også inneholder et hint om bruken av høyteknologiske superledende materialer, og det andre ordet antyder ugjennomsiktig prosjektets sammenheng med det velkjente amerikanske romprogrammet, oppkalt etter den greske solguden.
Selvfølgelig er det fortsatt mange hull i ideen om en talentfull japansk vitenskapsmann. De økonomiske fordelene ved reproduksjon av kraftverk som bruker solenergi har ennå ikke blitt vurdert i detalj av spesialister. I denne saken har spesialister fra Land of the Rising Sun noen å følge.
Et helt konglomerat av tyske selskaper, samt Desertec Foundation, har en lignende plan, som planlegger å bygge et energikompleks i Sugar Desert med en total kapasitet på rundt 100 gigawatt innen 2025.
Planen til tyske forskere er mye mer jordnær og inkluderer ikke spredning av fabrikker for produksjon av solceller, akkurat som selve solcellepanelene. I stedet planlegges det å bruke termiske installasjoner med konsentrerende speil. Det er bemerkelsesverdig at det er planlagt å bruke klassiske kraftlinjer.
Til tross for den betydelige forenklingen, anslås Desertec Foundation-prosjektet av eksperter til hundrevis av milliarder av euro.
Tiden vil vise om de skarpsindige og oppfinnsomme japanerne og algeriere vil være i stand til å optimere produksjonen og utvidelsen av kraftverk på en slik måte at kostnadene reduseres betydelig.
SSERC-prosjektet, uten noen overdrivelse, er av stor betydning for det afrikanske landet. Koinuma er tilbøyelig til å tro at etableringen av energikomplekser i Algerie vil bli en katalysator i utviklingen av landets industri og vitenskap. Som en del av et lovende prosjekt trener japanerne opp talentfulle afrikanere som kan spille en viktig rolle i gjennomføringen av dette storstilte livsprosjektet. Vel, la oss ønske dem lykke til!
Foto: wikipedia
Fornybare energikilder er kilder basert på energistrømmer som konstant eksisterer eller periodisk forekommer i miljøet. Fornybar energi er ikke et resultat av bevisst menneskelig aktivitet, og dette er dens kjennetegn.
Kilden til solstrålingsenergi er den termonukleære reaksjonen i solen. Solenergi sendes ut i form av elektromagnetisk stråling.
For å bruke energien sin, er det nødvendig å løse slike problemer som: å fange sin største flyt, å lagre og overføre varmen og elektrisiteten som kommer fra den uten tap.
Ressurser solenergi er praktisk talt ubegrenset. Så, ifølge noen beregninger, er mengden energi som nådde jordens overflate i løpet av et minutt større enn energien som er tilgjengelig fra alle andre kilder i løpet av året.
Ved å bruke solenergi lar solsystemet deg spare opptil 75 % av nødvendig tradisjonell drivstoff per år.
Fordelene med å bruke solenergi er miljøvennlighet (ingen CO2-utslipp) og uuttømmelighet av råvarer, på den ene siden, og lang "holdbarhet". Solbatteriet har ingen bevegelige eller gnidende deler, og kan fungere uten å bytte ut arbeidselementer uten å miste effektivitet i 20-25 år.
Ulemper Bruken av solenergi skyldes naturlige svingninger i solaktiviteten – endringer i lengden på dagslystimer gjennom året.
Negative konsekvenser av kraftverk:
- bruk av store arealer, som er forbundet med mulig landforringelse og endringer i mikroklimaet i området der stasjonen ligger.
- bruk av "klorid"-teknologier for å oppnå "solenergi" silisium. Men i verden og i Russland er klorfrie miljøvennlige teknologier på stadiet av pilotindustriell produksjon. Deres utbredte implementering vil helt sikkert sikre miljøvennligheten til solcellestasjoner og installasjoner.
Retninger for utvikling av solenergi
For tiden, utviklingen av solenergi (gresk Helios - sol) systemer utføres i to retninger:
- Opprettelse av energikonsentratorer;
- Forbedring av solcellepaneler.
Arbeidet med den første retningen inkluderer opprettelsen av systemer som opererer etter prinsippet om energikonsentrasjon. I dette tilfellet fokuseres solenergi ved hjelp av en linse på et fotovoltaisk element med relativt lite område.
For eksempel solcelleanlegg med Fresnel-linse, utviklet av det japanske selskapet Sharp. Eller silikonkomplekse halvledere (California Technological University - Caltech), utviklet på prinsippet om å konsentrere sollys av marine organismer, spesielt havsvampen "Venus's flower basket".
Prinsipp Driften av et solcellebatteri (energigenerator) er direkte konvertering av elektromagnetisk stråling fra solen til elektrisitet eller varme. Denne prosessen kalles den fotoelektriske effekten (PV). Dette genererer likestrøm.
For tiden finnes det følgende typer solcellepaneler::
1. Fotoelektriske omformere (PVC). Dette er halvlederenheter som direkte konverterer solenergi til elektrisitet. Et visst antall solceller som er koblet sammen kalles et solbatteri.
2. Solkraftverk (GES). Dette er solcelleinstallasjoner som bruker høykonsentrert solstråling som energi for å drive termiske og andre maskiner (damp, gassturbin, termoelektriske, etc.)
3.Solfangere (SC). Dette er lavtemperaturvarmeenheter som brukes til autonom varmtvannsforsyning til bolig- og industrianlegg.
Solcelleanlegg kan være av følgende hovedtyper:
Autonom, arbeider uten nettverksforbindelse, dvs. Solcellemoduler genererer strøm for å drive belysning, TV, radio, pumpe, kjøleskap eller håndverktøy. Oppladbare batterier brukes til å lagre energi.
Koblet til nettverket - i dette tilfellet er objektet koblet til det sentraliserte strømforsyningsnettverket. Overskytende elektrisk energi selges til selskapet som eier distribusjonsnettene til en avtalt tariff.
Backup-systemer der solcelleanlegg er koblet til nettverk av dårlig kvalitet. Og ved nettbrudd eller utilstrekkelig kvalitet på nettspenningen dekkes belastningen helt eller delvis av solsystemet.
Det viktigste komplekse problemet som forhindrer vellykket universell introduksjon av batterier i produksjonen er deres lave effektivitet. Det vil si en ineffektiv kombinasjon av kostnad, størrelse og produkteffektivitet (effektivitet). Eksisterende solcellepaneler (fotoceller) opererer med en maksimal virkningsgrad på 30-35 %. Et aktivt søk pågår for å doble kapasiteten til solcelleanlegg. Selv om kostnadene for solenergi fortsatt er for høye for industrien: en kilowattime solenergi koster 20-25 cent, mens prisen på elektrisitet produsert av kullfyrte termiske kraftverk er 4-6 cent, og fra naturgass - 5 -7 øre, på biologisk drivstoff - 6-9 øre.
Utviklingstrender
I dag er de mest kjente selskapene som produserer solcellepaneler Siemens, Sharp, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell og andre.
I følge tidsskriftet "In the World of Science" (nr. 1-2007), "i løpet av de siste 10 årene har den årlige produksjonen av fotovoltaisk energi økt med 25%, og i 2005 alene - med 45%. I Japan i absolutte tall nådde den 833 MW, i Tyskland - 353 MW, i USA - 153 MW."
I følge Solarhome.Ru overstiger det totale arealet av solfangere som for tiden er installert i verden allerede 50 millioner m2, noe som tilsvarer å erstatte fossilt brenselproduksjon i mengden av omtrent 5-7 millioner tonn ekvivalent drivstoff per år.
Behovet for å stole på pålitelig, miljøvennlig energi til rimelige priser provoserer aktive søk og utvikling av nye teknologier.
I løpet av det siste tiåret har solcellepaneler blitt rimeligere på grunn av forbedringer i deres produksjonsteknologi. I Japan blir slikt utstyr billigere årlig med 8%, i California - med 5% ...
Utsikter for utvikling og bruk av solsystemer i Russland
Sørlige regioner og regioner med et kontinentalt og skarpt kontinentalt klima i Russland er de mest gunstige for bruk av solfangere som hovedkilde til oppvarming om vinteren.
Under forholdene i det sentrale Russland vil solenergisystemer gi betydelige besparelser i bruken av klassiske drivstofftyper, som i betydelig grad utfyller balansen mellom energiforbruk (erfaring med å introdusere solenergivannvarmere i Kaliningrad).
For øyeblikket er det ingen masseproduksjon og implementering av solsystemer i Russland.
Selv om den nylige trenden i utviklingen av varmeforsyning, rettet mot desentralisering av store varmeforsyningskilder - bruk av lokale energisparende teknologier, kan være et insentiv for utvikling av fornybare energikilder, inkludert solenergi.
I dag produseres solenergiinstallasjoner i Russland av Ryazan Metal-Ceramic Devices Plant; Kovrov anlegg; CJSC "South Russian Energy Company"; JSC "Konkurrent" Zhukovsky, Moskva-regionen. Separate partier med samlere er produsert av NPO Mashinostroeniya i byen Reutov, Moskva-regionen. og så videre.
Utarbeidet av Olga Plekhanova
I 1914 uttalte den amerikanske oppfinneren Frank Schumann, i et intervju med Scientific American, at hvis menneskeheten ikke mestrer solens energi, vil den gå tilbake til barbariet. Bokstavelig talt et år senere ble verdens første vanningsinstallasjon med parabolske speilkonsentratorer og damppumper, bygget av Schumann på bomullsplantasjer nær Kairo, på barbarisk vis kuttet til skrapmetall for å smelte til pistolløp.
SkyFuel-sjefteknolog Randy Gee hevder at bruken av speilfilm, som ikke mister sine optiske egenskaper på mer enn 30 år, vil redusere prisen på 1 kWh industriell solenergi til 4-5 cent.
Som mange andre genier var Schumann forut for sin tid. Prosjektet med å bygge et 2,7-terawatt (en terawatt er en million megawatt!) kompleks av solenergikonsentratorer med et samlet areal på 52 000 km² i Nord-Sahara, som han foreslo til den britiske generalkonsul Lord Kitchener, ble gjort narr av av hele Europas vitenskapelige elite. Selv Schumanns gode venn, den berømte fysikeren Sir Charles Vernon Boyce, forfatteren av ideen om å bruke lineære parabolske speil for å konsentrere solstråling, erklærte prosjektet som en utopi. Den eneste personen som tok amerikaneren på alvor var tyske keiser Wilhelm II, som var ekstremt interessert i å styrke tysk innflytelse i nøkkelområder i Afrika.
I begynnelsen av 1914, gjennom Siemens & Halske AG, bevilget Wilhelm II 200 000 mark til Schumann for topografisk forskning i Sahara og utvikling av nye parabolske anlegg med lavtrykksdampturbiner. Men den første verdenskrig gjorde disse pengene til støv. Det blomstrende Sun Power-selskapet gikk konkurs, og solenergipioneren selv ble tvunget til å returnere til USA, hvor han døde i 1918. Etter krigen var det ingen som husket Schumanns ideer, for i det kalde Europa var det mye mindre sol enn kull og jern, og Amerika svømte allerede i lett Texas-olje.
Hovedvolumet av generasjon i nettverket vil bli levert av 36 konsentrerte solenergikomplekser (CSP) med et samlet areal på 14 500 km 2 lokalisert i Sahara, Libya, Nubiske og Arabiske ørkener. Samtidig vil om lag 50 % av energien, samt alle produkter fra avsaltingsanlegg, forbli på det lokale markedet. Restene av den "elektriske paien" bakt i den afrikanske "ovnen" gjennom undervanns høyspent likestrøm (HVDC) linjer vil bli eksportert til Europa til en pris på 5 - 7 eurocent per kWh og vil dekke minst 15 % av kreve.
Fram til tidlig på 1990-tallet var solenergiens andel av den totale massen av forskningsprosjekter ubetydelig. Og selv når isen brøt, strømmet prioriterte midler inn i feltet av høyteknologisk solcelle, og forskere som jobbet med solenergiteknologier fortsatte å overleve i lang tid med tilfeldige tilskudd. «Da jeg gikk inn i solenergiens verden i 1987, ble jeg slått av motløsheten som hersket der. I stedet for seriøst vitenskapelig arbeid lette folk etter penger, minnes den berømte tyske fysikeren og sanne soltilbederen Gerhard Knies, som viet mer enn et kvart århundre til implementeringen av Schumanns ideer. "På bakgrunn av billig olje virket dette temaet uinteressant for regjeringen, og ansiktene til ventureinvestorer fikk et blankt uttrykk så snart de hørte om "primitive" parabolske speil, Fresnel-linser eller soltårn med Stirling-motorer."
Soltilbedere
Fram til 2006 opptrådte Knis nesten alene. Men satsingen var verdt stearinlyset: ifølge beregningene hans er bare 0,003% av arealet av planetens ubeboelige ørkener (eller 1% av Sahara) i stand til å gi billig strøm til hele sivilisasjonen. Og dette krever ingen eksotiske teknologier - alle slags systemer for å konsentrere solstråling, kjent for ingeniører i mer enn hundre år, kan enkelt takle oppgaven. Solen vil kunne skaffe arbeidsplasser til hundretusenvis av nordafrikanere, og uansett hvor paradoksalt det høres ut, vil den endelig løse problemet med mangel på drikkevann på det mørke kontinentet.
SkyFuel-sjefteknolog Randy Gee hevder at bruken av speilfilm, som ikke mister sine optiske egenskaper på mer enn 30 år, vil redusere prisen på 1 kWh industriell solenergi til 4-5 cent.
Faktum er at en solcelleplantasje skiller seg fra et konvensjonelt kull- eller gass termisk kraftverk bare i varmekilden for å produsere overopphetet damp. I gjennomsnitt er forbruket av demineralisert vann per 1 MW effekt i installasjoner med parabolske konsentratorer 17 000 tonn per år, hvorav ca 340 tonn brukes på rengjøring av reflekterende overflater. For å sikre den teknologiske prosessen, må det bygges et omfattende nettverk av avsaltingsanlegg og pumpestasjoner på den nordlige kysten av Afrika, som vil gi rent vann til titalls millioner mennesker. De skal selvfølgelig også jobbe med solenergi.
Gyldent nett
Å gjøre Saharas fotonregn om til elektrisitet er bare halve kampen. Det viktigste er å levere den til et uttak som ligger flere tusen kilometer fra kilden med minimale tap. Vekselstrøm er ikke egnet for interkontinentale nettverk på grunn av store tap over lange overføringsavstander. For hver hundre mil med 750 kilovolt undervannskabel går opptil 60 % av vekselstrømsenergien tapt og "tilbakestilles til null." Samtidig mister en HVDC (høyspent likestrøm) sjøkabel med likt tverrsnitt bare 0,3-0,4 % av energien langs samme rute.
For å danne høyspent HVDC-nett, vil en kobberkabel med et tverrsnitt på 1600 mm 2 brukes med forsterket isolasjon, impregnert i massen med en ikke-drenerende sammensetning (Mass Impregnated Non Draining, type MIND) med en ikke-drenerende sammensetning. drenerende viskøs sammensetning. En lineær meter med MIND-kabel av denne typen, på grunn av sin tunge blyskjerm og doble armerte stålkappe, veier hele 40 kg og koster 1100 dollar. Den er ikke masseprodusert: for hvert spesifikt prosjekt utvikles den optimale konfigurasjonen av MIND-kabelelementer ved fabrikkene til Nexans og Prysmian.
Å sette sammen bitene av Desertec-puslespillet vil kreve 35 år med hardt arbeid og et budsjett på 210 milliarder euro. Innen 2050 i Europa er det nødvendig å oppgradere 34 eksisterende intersystem høyspent HVDC-overføringslinjer med en lengde på 5 340 km til 600 - 800 kV og bygge 5 125 km nye linjer, og innen 2020 6 HVDC-hovedlinjer med en lengde på 6000 km og en kapasitet på 20 GW bør legges langs bunnen av Middelhavet.
Først lo det vitenskapelige samfunnet av Gerhard Knies, så begynte de å kritisere, så lot de som om problemet ikke eksisterte, og bare 20 år senere ble ideen om hundre år siden noe som ble tatt for gitt. I 2009, med støtte fra politikere, kolleger fra German Aerospace Center (DLR) og en gruppe forskere fra Club of Rome, klarte Knies å opprette Desertec Industrial Initiative-konsortiet, som inkluderte 59 selskaper fra 15 land, inkludert gigantene ABB , Deutsche Bank, Siemens.
Hver dag absorberer planetens ørkener 10 000 ganger mer energi enn jordens befolkning bruker på et år.
Omfanget av planen er fantastisk og ligner ved første øyekast Sovjets vrangforestillinger etter krigens planer om å overføre deler av strømmen av Irtysh og Ob til Sentral-Asia. Døm selv: innen 2050 vil Desertec ikke bare gjøre Sahara om til et gigantisk solkraftverk, men vil også koble sammen 20 havvindplantasjer, 7 vannkraftstasjoner og 11 termiske stasjoner som bruker fornybare råvarer fra Island til Persiabukta til ett enkelt nettverk med undervanns høyspentledninger. Kostnaden for dette megaprosjektet vil være på minst 400 milliarder euro.
Hovedvolumet av generasjon i nettverket vil bli levert av 36 konsentrerte solenergikomplekser (CSP) med et samlet areal på 14 500 km², lokalisert i Sahara, Libya, Nubiske og Arabiske ørkener. Samtidig vil om lag 50 % av energien, samt alle produkter fra avsaltingsanlegg, forbli på det lokale markedet. Restene av den "elektriske kaken" bakt i den afrikanske "ovnen" vil bli eksportert til Europa via undersjøiske høyspent likestrøm (HVDC) linjer.
Desertecs foreslåtte sørlige sektorkonfigurasjon vil kun oppta 0,14 % av egnede områder. Etter hvert som energiforbruket vokser, vil nettverket kunne øke kapasiteten ved å oppgradere eksisterende CSP-komplekser og installere vindturbiner (Sahara er fullt av områder med stabile vinder av "industriell" betydning).
Kingdom of Crooked Mirrors
Kjerneteknologien i Desertecs nordafrikanske solenergiregion vil være konsentrasjonen av solenergi. Hvorfor ikke direkte generering ved hjelp av solcellepaneler? Det er enkelt: Termiske kraftverk som bruker solvarme kan generere strøm 24 timer i døgnet, mens dyrere paneler åpenbart er helt avhengig av været. Teoretisk sett er det i solcelleanlegg mulig å lagre små mengder energi i litium-ion-batterier, men kostnaden på 1 kWh vil være helt "uspiselig".
Desertec-eksperter anser parabolske lineære konsentratorer, lik de som ble brukt av Frank Schumann for 100 år siden, for å være den mest effektive av alle eksisterende CSP-systemer. Disse enorme speilene ligner overfladisk et segment av en sylinder, selv om profilen deres faktisk er en parabel i stedet for en sektor av en sirkel. En typisk industriell konsentrator for Desertec-prosjektet er en kaskade av heliostatstyrte (enheter for orientering mot solen) speil med et totalt blenderareal (det maksimale projiserte området som solstråling kommer inn på) fra 500 000 til 2,5 millioner m2, installert i rader på stålmaster i retning fra nord til sør. Bredden på et individuelt parabolspeil i blenderåpningen varierer fra 6 til 7,5 m, og graden av strålingskonsentrasjon er 1000:1.
I fokuslinjen til parabelen er det et samlerør med en flytende kjølevæske (destillert vann, olje eller smeltet salt). Under påvirkning av reflekterte stråler varmes kollektoren opp til 350 - 700 °C, og kjølevæsken "vasker bort" den termiske energien fra veggene til varmeveksleren til det termiske kraftverket eller til varmeakkumulatoren (TA). I dette tilfellet hopper trykket i manifolden til 18 - 20 atm.
Lyset mitt er et speil
Effektiviteten til å konvertere sollys til varme avhenger først og fremst av kvaliteten på parabolske speil. De beste speilene fra Nürnberg-selskapet Flabeg-merket UltimateTrough med en refleksjonskoeffisient på over 94,4 % sikrer en fokuseringsnøyaktighet på minst 99,9 %. Ifølge Olaf Knebel, Flabegs tekniske direktør, er det en jobb med gullsmedens presisjon å lage enorme speil av glødet glass 4-5 mm tykt på en stålbase og påføre sølvamalgam. Kostnaden for uaktsomhet er ekstremt høy: avvik av stråler fra den ideelle fokuslinjen med bare 1 mm over 25 års drift av et 50 megawatt CSP-kompleks vil resultere i et tap på 11 millioner euro i potensiell inntekt.
I 2011 begynte Alcoa-ingeniører og forskere fra National Renewable Energy Laboratory (NREL) å teste parabolske speil med en stiv aluminiumskropp og Alanod Solars proprietære MicroSun nanokompositt speilbelegg. MicroSun-belegget har en utmerket reflektivitet på 95 % og er ekstremt slitebestandig. Generelt vil det å utstyre en solcelleplantasje med aluminiumsparabler i stedet for skjøre og tunge glasspeil spare investorer for opptil 25 % av budsjettet. Det amerikanske selskapet SkyFuel tilbyr en enda mer radikal løsning - selvklebende rullpolymerfilm ReflecTechPlus med et fleksibelt sølvlag og modulære SkyTrough-paneler i hele aluminium. I 2010 ble teknologien uavhengig testet av NREL, som bekreftet dens termiske effektivitet på 75 % ved en kjølevæsketemperatur på 350 °C.
Den klassiske varmeveksleren har en to-kammer design og bruker smeltet salt som kjølevæske - en blanding av 60 % natrium og 40 % kaliumnitrat. Dette stoffet er ideelt for driftstemperaturer fra 200 til 580 °C. Den opererer ved mye lavere trykk enn vanndamp og brytes ikke ned ved temperaturer over 400 °C, som organiske oljer.
Elektrisitet oppnådd på 20 m 2 av Sahara-overflaten ved hjelp av parabolske konsentratorer med en effektivitet på 25 % kan fullt ut tilfredsstille behovene til den gjennomsnittlige europeer, tatt i betraktning den daglige ladingen av batteriet til et personlig elektrisk kjøretøy.
Kjølevæsken holdes i flytende tilstand i et "kaldt" kammer ved hjelp av gassbrennere (288°C). I klart vær pumpes smelten gjennom solkonsentratorer og når driftstemperatur (565°C), hvoretter den går inn i et "varmt" termoskammer. Kammeret er så godt isolert at smeltetemperaturen kan holdes på dette nivået i en uke. Om natten, under tette skyer eller under høye nettverksbelastninger, slippes smelten fra det "varme" kammeret ut på varmevekslerne til det termiske kraftverket og genererer overopphetet damp. Etter dette, i vann- eller luftkjølekretsen, slipper den brukte smelten ut restvarme og dreneres inn i det "kalde" kammeret.
Nexans-president Frederic Vincent anslår at det å sette sammen bitene av Desertec-puslespillet vil kreve 35 år med hardt arbeid og et budsjett på 210 milliarder euro.
Foreløpig, når man designer nye prosjekter, blir to-kammer TA-er forlatt til fordel for mer effektive ett-kammer. De jobber etter prinsippet om en termoklin - en vertikal fordeling av ikke-blandbare lag av væske med forskjellige temperaturer. Solid media TA er en annen ekstremt lovende energilagringsteknologi som forskere fra det tyske luftfartssenteret DLR jobber med. Solid-state CT-er med et relativt høyt nivå av selvutladning er ideelle for solfarmer lokalisert i områder med jevnt høy isolasjon. I tillegg krever de praktisk talt ingen vedlikehold eller utskifting av arbeidsmiljøet.
Kostnaden for å legge hver 1000 km kabel på havbunnen varierer fra 1,8 til 2,5 milliarder euro, så etter hvert som produksjonsvolumet i Sahara øker, vil kapasiteten til nettverket økes ved å legge til nye linjer til eksisterende. Så langt er Europa og Afrika forbundet med kun én undervanns vekselstrømsledning med en spenning på 400 kV, som ligger på bunnen av Gibraltar.
GOELRO for Afrika
Algerie, Egypt, Jordan, Libya, UAE, Saudi-Arabia, Syria og Tunisia har allerede bekreftet sin deltakelse i Desertec. Men det første tegnet på Desertec vil være en 500 MW gård nær Ouarzazate, Marokko. Byggingen av dette komplekset, verdt 2,1 milliarder euro, vil begynne i år, og kommersielle kilowatt av Ouarzazate vil begynne å strømme inn i nettverket i 2014. I følge Desertecs president Paul Van Son vil Ouarzazate være det viktigste testområdet for teknologien og vil være utstyrt med alle typer enheter - parabolske konsentratorer, soltårn, stirlingmotorspeilplater, lineære Fresnel-linser, solcellepaneler (PV) og diverse typer termisk lagring.
I tillegg til Ouarzazate, forskes det også på en aktiv mikrofarm i Quraymat, Egypt, hvor den årlige innstrålingen er 2,4 MW per 1 m² overflate. Basert på data innhentet fra disse feltlaboratoriene, vil CSP-komplekser bygges i Egypt, Libya, Syria og Saudi-Arabia innen 2020. Om ytterligere 10 år vil en enorm energiregion i Algerie med en kapasitet på 22 GW bli med i nettverket, som vil omfatte gassbehandlingsanlegg til den algeriske gruppen Sonelgas. Til slutt, innen 2050, bør elektrisitetsproduksjonen begynne på alle de 42 Desertec-stedene i Sahara og Midtøsten.
