Соляной пруд. Солнечный коллектор и тепловой аккумулятор одновременно
В природе миллионы лет существуют соляные озера, которые являются тепловыми аккумуляторами. Озеро Ванда (Антарктида) прогревается за счет лучистой энергии Солнца до самого дна на глубину 70 м через прозрачный лед толщиной 4 м. Температура воды в озере 27 градусов по Цельсию, снаружи минус 50. Электрическая мощность, которую можно «снять» с искусственного соляного пруда примерно 8 Вт/кв. м. В то же время с площади водохранилища Красноярской ГЭС, снимаемая мощность с 1 кв.м. составляет 3 Ватта. В районе Мертвого моря в Израиле удалось снять 20 Ватт с 1 квадратного метра соляного озера. Об особенностях и преимуществах соляных прудов в изложении статьи инженера Осадчего Геннадия Борисовича, г. Омск.
На Земле 2 основных источника энергии, доступных пока человеку – излучение Солнца и тепло от Земли. В последнее время много разговоров о возможности использования солнечной энергии для удовлетворения потребностей в электричестве и тепле. Детальное обследование территории России показали, что более 60 % территории России, включая многие северные районы, характеризуются существенными среднегодовым поступлением солнечной энергии 3,5 – 4,5 кВт∙ч/м2 день. Наиболее «солнечные» районы Дальнего Востока, Якутии, Прибайкалья и Алтай, Северного Кавказа. В целом технический (доступный технологически) потенциал использования солнечной энергии вдвое превышает общее энергопотребление страны. Способов трансформации энергии солнечной радиации в необходимые виды энергии довольно много. Один из них так называемый «Соляной пруд».
Солнечный соляной пруд — это неглубокий (2 – 4 м) бассейн с крутым рассолом в нижней его части. В качестве рассола, например, используется с насыщенный раствор, состоящий из 95 % хлорида магния и 5 % хлорида кальция. Во избежание растекания жидкости обеспечивается гидроизоляция бассейна. Для сокращения тепловых потерь через грунт рекомендуется обеспечивать теплоизоляцию дна и стенок бассейна.
Как работает Солнечный соляной пруд?
По своей сути соляной пруд является солнечным коллектором – тепловой ловушкой. В пруду часть солнечного излучения — инфракрасного спектра полностью поглощается верхним слоем пресной воды, коротковолнового поглощается более низкими слоями воды, а не поглощенная часть излучения, прошедшего сквозь воду, — темным дном. Энергия, отраженная от дна, частично поглотится водой на обратном пути. В обычном бассейне теплая и холодная вода перемешиваются благодаря естественной конвекции. Теплая вода имеет меньшую плотность и она поднимается к поверхности.
Насыщенный соляной раствор имеет большую плотность (примерно 1,5) и поэтому при нагревании не может подниматься наверх. Физические свойства промежуточного «градиентного» слоя с резким изменением плотности сродни составляет примерно 1,7 м2∙⁰С∙Вт-1, что соответствует значениям теплового сопротивления стен большинства эксплуатируемых зданий. При этом тепловое сопротивление поверхностного слоя воды в 1000 раз ниже теплового сопротивления градиентного слоя. Что касается поверхностного слоя – это зона наиболее интенсивного теплообмена с окружающей средой. Поэтому для повышения эффективности соляного пруда необходимо предпринимать меры по ограничению непосредственного теплового контакта с атмосферой, поскольку даже небольшой ветер способствует резкому выхолаживанию поверхности.
Таким образом, энергия солнечного излучения пройдя через толщу раствора практически полностью задерживается в нижнем слое пруда и не имеет выхода наружу. Такое свойство сродни парниковому эффекту и приводит к резкому повышению температуры соляного раствора, которая может достигать 100 градусов. В отличие от обычных солнечных коллекторов, в которых роль тепловой ловушки играют имеющие незначительный объем колбы, объем и теплоемкость соляного пруда очень велики. Это позволяет использовать соляной пруд не только в качестве солнечного коллектора, но и в качестве аккумулятора тепловой энергии. Если перевести на привычные энергетикам термины коэффициента использования установленной мощности, то он для соляных прудов составляет примерно 0,73. Этому способствует так же свойство соляного пруда запасать энергию не только от солнечных лучей, но и от рассеянного излучения от облаков.
Все познается в сравнении. Электрическая мощность, которую можно «снять» с соляного пруда примерно 8 Вт/кв. м. В то же время, с учетом площади водохранилища Красноярской ГЭС, снимаемая мощность с 1 кв.м. составляет 3 Ватта при коэффициенте использования установленной мощности 0,38 (отражает сезонность выработки энергии ГЭС). В районе Мертвого моря в Израиле удалось снять 20 Ватт с 1 квадратного метра соляного озера.
В природе миллионы лет существуют соляные озера, которые работают в качестве тепловых аккумуляторов. Озеро Ванда (Антарктида) прогревается за счет лучистой энергии Солнца до самого дна на глубину 70 м через прозрачный лед толщиной 4 м. На поверхности озера снега нет из-за сильного ветра и высокого испарения. Коротковолновая солнечная радиация поэтому практически беспрепятственно проникает через очень прозрачный лед и воду и нагревает дно почти так же как и окружающее озеро скалы. От дна отражается уже длинноволновая радиация, которая почти вся поглощается водой, нагревая её. А поскольку озеро не вскрывается ото льда, то ветер не перемешивает воду. Не перемешивается она и под влиянием тепловой конвекции, т.к. нагретая у дна вода очень соленая и оказывается все же тяжелей верхней холодной, но пресной воды.
Использование соляных прудов
Площадь одного из демонстрационных бассейнов в Бет-ха-Араве составляет 250000 м2 . Фирма «Ормат», которой принадлежит приоритет в создании таких бассейнов, разработала специальную низкотемпературную турбину, которая позволяет горячей воде бассейна преобразовывать органическую жидкость в пар и таким образом вырабатывать электричество. В основе проекта лежит идея бассейна с соленой водой, около 2 метров глубиной, где искусственно поддерживается более высокий уровень засоленности придонного слоя по сравнению с поверхностным (что соответственно увеличивает и плотность ее нижнего слоя). Благодаря этому температура воды на дне бассейна достигает практически 100° С. Таким образом, благодаря своим размерам удается уверенно обеспечивать мощность генерации 750 кВт электрической энергии.
Имеются российские разработки, позволяющие достигнуть аналогичных показателей. В то же время, благодаря климатическим условиям, в энергетической установке можно накапливать не только тепло, но и холод, который в свою очередь можно использовать для повышения эффективности работы теплообменников и для иных хозяйственных нужд.
Использование солнечного пруда для непосредственного получения тепла еще более эффективно.
Так например:
• В бальнеологии для подогрева грязевых и минеральных ванн с температурой теплоносителя 25-50 градусовС;
• Для отопления при подогреве теплоносителя или поступающего в помещение воздуха с температурой теплоноститея от 45 до 95 градусовС;
• В сельском хозяйстве при выращивании овощей и фруктов в теплицах, обогреве грунта, разведении рыб, в пищевой промышленности;
• В малой энергетике при сбраживании в биогазовых установках и при работе теплонасосных станций;
• В промышленности там, где требуется недорогое тепло. Изготовление бетонных блоков, сушка пиломатериалов, обогрев помещений, работа различного вида химических реакторов и т.д.
• На дачных участках для отопления теплиц, дома, получения горячей воды для дома и бани.
• Или, например, гелиобаня со 100% готовностью воспользоваться ею в любое время.
1 – солнечное излучение, 2– концентратор солнечного излучения, 3 – солнечный соляной пруд, 4 – парная, 5 – банное отделение, 6 – комната отдыха
Имеются соответствующие проекты и примеры исполнения.
Источник
Соляной пруд
Соляные пруды — мелкие искусственные водоёмы, создаваемые с целью производства соли из морской воды или рапы. Морская вода или рапа подаются в водоёмы, после чего вода удаляется посредством естественного испарения, а соль оседает на дне водоёма. Такие водоёмы также являются местом отдыха и пастбища для многих разновидностей водных птиц, в том числе вымирающих видов. Соляные пруды обычно отделяются дамбами.
В соляных прудах из-за переменных водорослевых концентраций вода может иметь различные яркие цвета — от бледно-зелёного до ярко-красного. Цвет указывает на солёность водоёма. Микроорганизмы изменяют свои оттенки в зависимости от того, насколько велика солёность пруда. При низкой или средней солёности преобладающими являются зелёные морские водоросли. При солёности выше среднего или высокой водоросли под названием Dunaliella salina изменяют цвет к красному. Миллионы крошечных ракообразных Artemia salina создают оранжевый оттенок воды при средней солёности. Бактерии, такие как Stichococcus, также вносят оттенки цвета.
Известные соляные пруды:
- Соляные пруды в заливе Сан-Франциско, США, принадлежат компании Cargill;
- Соляные пруды около Мёртвого моря в Израиле и Иордании;
- Соляные пруды Useless Loop и Onslow в Западной Австралии;
- Соляные пруды к северу от Пудучерри, Индия.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое «Соляной пруд» в других словарях:
Соляной — название нескольких населённых пунктов: Соляной посёлок в Волгоград Волгоградской области. Соляной деревня в Моргаушском районе Чувашии. См. также Соляной бунт Соляной городок Соляной переулок Соляной пруд Соляной хребет … Википедия
Возобновляемая энергия — Ветряная мельница Возобновляемая или регенеративная энергия ( Зеленая энергия ) энергия из источников, которые по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Основной принц … Википедия
Хлор получение его — (техн.) Обычный способ заводского получения X. состоит в разложении соляной кислоты перекисью марганца при нагревании: 4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O. При возникновении хлорного производства, когда соляная кислота еще не была дешева, брали не… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Хлор (техн.) — Обычный способ заводского получения X. состоит в разложении соляной кислоты перекисью марганца при нагревании: 4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O. При возникновении хлорного производства, когда соляная кислота еще не была дешева, брали не готовую… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Шерсть* — (сельскохоз.) Ш. в общежитии называется связное собрание тонких, мягких, извитых волокон. В таком смысле говорится как о растительной, так и животной Ш. Ниже будет рассмотрена только животная Ш. и главным образом Ш. овечья. Под Ш. овцы понимают… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Шерсть — (сельскохоз.) Ш. в общежитии называется связное собрание тонких, мягких, извитых волокон. В таком смысле говорится как о растительной, так и животной Ш. Ниже будет рассмотрена только животная Ш. и главным образом Ш. овечья. Под Ш. овцы понимают… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Всероссийский выставочный центр — Запрос «ВДНХ» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Достопримечательность Всероссийский Выставочный Центр Выставка Достижений Народного Хозяйства … Википедия
Бонневилл — (Bonneville) район добычи калийных солей в США, в шт. Юта, Айдахо и Невада. Занимает терр. древнего озера, существовавшего в плейстоценовую эпоху. Длина более 500 км, шир. до 230 км, глуб. 400 м. Пл. ок. 50 тыс. км2. Свыше 15 тыс. лет… … Геологическая энциклопедия
Олово — (Tin) Металл олово, добыча и месторождения олова, производство и применение металла информация о металле олово, свойства олова, месторождения и добыча олова, производство и применение металла Содержание Определение термина История… … Энциклопедия инвестора
Поездка в Кордофан — Вечером 25 февраля отлично оснащенная дахабие, которая должна была довезти нас вместе с Петериком вверх по Белому Нилу к лесистому селению Торра, отплыла от хартумского мишераэ, то есть торной дороги, к реке. Сильными ударами весел гребцы … Жизнь животных
Источник
Горячие ванны
Солнечный соляной пруд представляет собой одновременно коллектор и аккумулятор тепловой энергии, притом относительно недорогой и эффективный. Исследовательские работы по изучению солнечных соляных прудов начались с середины 1950-х годов в Чили и Израиле, затем были развёрнуты в США, Индии, Саудовской Аравии, Австралии, Египте.
Солнечный соляной пруд (см. рис.) — это неглубокий (2-4 м) бассейн с крутым рассолом в нижней части, где накапливается тепло солнечной радиации. Температура у дна может достигать 100 и даже 110˚C.
Столь высокие температуры вблизи дна можно получить благодаря подавлению гравитационной конвекции, перемешивающей слои воды в обычных водоёмах. В солнечном пруду такой конвекции нет, поскольку у крутосолёного рассола большой плотности, находящегося у дна, по мере нагрева плотность повышается из-за роста растворимости соли в воде (этот эффект пересиливает эффект уменьшения плотности жидкости по мере её расширения). В горячей воде соль растворяется быстрее, чем в холодной. Следовательно, при нагреве придонного слоя кристаллы соли переходят в рассол, увеличивая его плотность.
Основную часть энергии в солнечном спектре несут коротковолновые (видимые и ультрафиолетовые) лучи. Инфракрасная часть солнечного излучения полностью поглощается верхним слоем пресной воды, коротковолновые лучи поглощаются более низкими слоями воды, а непоглощённая часть излучения, прошедшего сквозь воду, — тёмным дном. Энергия, отражённая от дна, частично поглотится водой на обратном пути.
При отсутствии конвекции и низкой теплопроводности рассола вблизи дна рассол способен нагреваться до высоких температур. В прессе сообщают о получении температур 102 и 109˚С и дают расчётные предположения о возможности достичь температуры 150˚С в насыщенных рассолах. Разумеется, конкретные результаты зависят от географической широты местности, прозрачности атмосферы, чистоты верхнего пресного слоя воды, типа рассола пруда, вида теплоизоляции дна и боковых стенок, наличия концентраторов (отражателей солнечного излучения в акваторию пруда) и ветра.
Утечка тепла от нагреваемого дна и придонного слоя происходит сквозь грунт вниз (при отсутствии теплоизоляции), через боковые откосы и слой неподвижной воды вверх.
Верхний слой пруда из пресной воды (называется верхней конвективной зоной) обычно имеет толщину 0,1-0,3 м. В нём подавить перемешивание жидкости не удается из-за действия ветра, неравномерного загрязнения поверхности и других причин. Этот слой должен быть как можно тоньше и чище, иметь поверхность без ряби, чтобы снизить потери излучения при входе в воду. Потому, что поглощённое в верхней конвективной зоне солнечное излучение превращается в тепло, которое легко уносится с поверхности ветром и тратится на испарение воды.
Ниже находится средний, изолирующий градиентный слой (с увеличивающейся книзу концентрацией рассола). Именно в нём создаются «термоклин» и «галоклин» — резко неравномерные распределения температуры и солёности при полном отсутствии перемешивания, если накопитель энергии работает устойчиво. От толщины этого слоя зависят многие характеристики пруда.
Наконец, третий, придонный слой горячего рассола выполняет задачу накопления энергии. Здесь существует конвективная зона, где допустимо перемешивание. Её толщина определяет тепловую инерцию системы и теплоёмкость аккумулятора. Пропуская рассол из этого слоя через теплообменники, можно использовать пруд для целей как теплоснабжения, так и выработки электроэнергии. КПД пруда (отношение отводимой теплоты к падающей на поверхность солнечной энергии), в зависимости от его параметров, колеблется от 15 до 27%.
Для создания солнечных соляных прудов в настоящее время используют отходы соляных производств, содержащие большую долю хлорида магния, непригодную для употребления в пищу. Чтобы предотвратить утечки рассола, дно покрывают пластмассовой плёнкой или слоем фурановой смолы. Иногда достаточно выстлать дно водонепроницаемой глиной.
Судя по сведениям из литературы, наибольший по площади (250 тыс. кв. м) соляной солнечный пруд создан ещё в 1980-е годы в Израиле вблизи Мёртвого моря. На нём построена и испытана паротурбинная фреоновая энергетическая установка мощностью 5 МВт. Там же создан экспериментальный солнечный пруд размерами 4×4,5 м глубиной 0,9 м с насыщенным раствором 95-процентного хлорида магния и 5-процентного хлорида кальция. Летом 1984 г. в нём была получена температура 98˚С. Утверждается, что пруд такого типа может давать температуру в интервале 120-150˚С. В 1978 г. с соляного пруда площадью 7500 кв. м получена электрическая мощность 150 кВт.
В Австралии возле Мельбурна (38 градусов южной широты) на грунте из водонепроницаемой глины построены два пруда глубиной 3 м и площадью по 1000 кв. м. Один из прудов оставлен без теплоизоляции, другой имеет изоляцию из пенополистирола с плёнкой из бутинола. Рассол образуют отходы от опреснения морской воды — смесь хлоридов магния и натрия.
Результаты испытаний энергетической установки с паровой фреоновой турбиной вблизи Мёртвого моря внушают оптимизм (см. таблицу). Пруд собирает солнечную энергию на площади 0,25 кв. км, а горячий рассол из нижней конвективной зоны пруда подаётся в теплообменник-испаритель (аналог котла на обычной ТЭС), где нагревается фреон. В турбине фреон передаёт мощность электрогенератору, затем конденсируется, отдавая сбросную теплоту циркуляционной воде, после чего закачивается насосом в испаритель. Это обычный цикл Ренкина для низкотемпературных энергетических установок — геотермальных, океанических, утилизирующих энергию влажного пара.
Эти испытания показали, что солнечный соляной пруд действительно может быть одним из лучших устройств энергетики ВИЭ. Удельная электрическая мощность, получаемая с 1 кв. м поверхности пруда, составила 20 Вт. Среднегодовой коэффициент использования установленной мощности превысил 73%. Удельные капитальные затраты на создание энергогенерирующей установки на тот момент оказались равны 4500 долл./кВт.
В последнее время для северных широт 50-60˚ предложены новые технологии ВИЭ на базе солнечных соляных прудов. Эти технологии предполагают задействовать не только солнечное излучение, но и его производные (в частности, неиспользованную теплоту термодинамического цикла), что позволяет вырабатывать энергию круглый год или запасать её, например, летом в виде биогаза.
Об авторе: Геннадий Борисович Осадчий — изобретатель из Омска.
Источник