Паровой аэростат для солнечной энергетики - Энергетика и промышленность России - № 10 (198) май 2012 года - WWW.EPRUSSIA.RU - информационный портал энергетика
16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/198/14077.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 10 (198) май 2012 года

Паровой аэростат для солнечной энергетики

Новые технологии Александр БАЙБИКОВ, доктор технических наук

Для подъема на большую высоту солнечных энергетических конструкций и любительского воздухоплавания целесообразно использовать тепловые аэростаты с оболочкой, изнутри покрытой супергидрофобным покрытием, наполненные вместо теплого воздуха водяным паром. Это позволяет в три раза увеличить подъемную силу агрегатов.

Для наиболее эффективного использования солнечного излучения и независимости от облачности фотоэлектрические панели целесообразно поднять на высоту более 2‑3 километров. Для этого экономично применять аэростаты, наполненные легким газом (водородом, гелием). Однако эти газы ввиду малости молекул проникают через все современные оболочковые материалы, что вызывает со временем снижение подъемной силы. К тому же водород еще и взрывоопасен, а гелий весьма дорог.

Та же проблема возникает в транспортных средствах легче воздуха (дирижаблях). Объем и масса широко распространенных тепловых воздушных шаров значительно больше, чем гелиевых, так как плотность теплого воздуха существенно больше плотности гелия. Поэтому воздухоплаватели с завистью смотрят на проплывающие облака, состоящие из парообразной воды, более легкой, чем теплый воздух.

Последние достижения в области супергидрофобных покрытий позволяют использовать в аппаратах легче воздуха природное вещество – водяной пар. При контакте с такими материалами капли воды принимают форму, близкую к шарообразной, отрываются или скатываются вниз при незначительном наклоне поверхности. Это может быть реализовано, например, в нижеприведенной конструкции теплового аэростата. (Решение «Роспатента» о выдаче патента на изобретение А. С. Байбикова «Тепловой аэростат» от 07.04.2011.)

Для нагрева газа около нижнего входного отверстия оболочки аэростата (помимо газовой форсунки для сжигания газа и подогрева воздуха, поступающего в оболочку) в области пламени устанавливается водяная форсунка, в которую через кран поступает вода из нижней части емкости, установленной в гондоле. Сжатый горючий газ из баллона через понижающий редуктор поступает в газовую форсунку и одновременно вытесняет воду из емкости. Смесь подогретого воздуха и испарившейся воды наполняет оболочку аэростата, создавая подъемную силу. Оболочка изнутри покрыта слоем супергидрофобного материала, препятствующего ее утяжелению из‑за прилипания воды. Конденсирующийся при охлаждении внутри нее пар в виде капель на внутренней поверхности скатывается к нижнему входному отверстию. Оно ограничено водосборником, имеющим форму, близкую к полому тору, разрезанному диаметральной плоскостью, с удаленной верхней частью. Из водосборника вода периодически стекает через обратный клапан в водяную емкость.

Таким образом, осуществляется циркуляция ограниченного количества воды практически без потерь: пар, как более легкий, чем воздух, скапливается в верхней части оболочки. Вода при испарении снижает температуру смеси до допустимой для материала оболочки.

Вместо подогрева горючим газом можно воспользоваться сконцентрированной зеркалами в районе водяной форсунки солнечной энергией или частью энергии, генерируемой фотоэлектрическими панелями. В этом случае для наполнения оболочки можно использовать исключительно водяной пар. Вообще, незначительный унос пара можно пополнять, используя вынесенные губчатые панели, покрытые гидрофильным веществом и адсорбирующие влагу из окружающей атмосферы. Затем влага из этих панелей отжимается в водяную емкость. Последние операции могут неограниченно увеличить время поддержания аэростата в воздухе.

По закону Архимеда подъемная сила пропорциональна разности плотностей наружного воздуха и нагретого газа внутри оболочки. Хотя современные полиэфирные (лавсановые) аэроткани основной части оболочки допускают температуры до 150 ºС, во избежание их быстрого старения реально средняя температура газа внутри оболочки не превышает 60 ºС.

При такой температуре плотность воздуха равна 1,029 кг/м3, а плотность смеси из 20% воздуха и 80% водяного пара – около 0,679 кг/м3. Если учесть, что плотность наружного воздуха при температуре 20 ºС равна 1,204 кг/м3, то подъемная сила парового аэростата при равном объеме примерно в три раза больше теплового воздушного. Соответственно, при равной грузоподъемности может быть уменьшен объем его и запас горючего для нагрева газа. Исключен также перегрев оболочки солнечной радиацией, что увеличивает ресурс оболочки. С созданием аэротканей, надежно выдерживающих более высокую температуру, и повышением температуры газа внутри оболочки выгода от использования парового аэростата существенно увеличивается.

Преимуществами парового аэростата являются: увеличение времени полета за счет более экономного использования горючего газа; применение более легкого, чем теплый воздух, водяного пара при равной температуре; обратимого использования воды; уменьшения необходимого объема оболочки – и, следовательно, габаритов и стоимости теплового аэростата; возможности без существенных энергетических затрат неограниченного времени поддержания в воздухе тяжелых энергетических конструкций.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 10 (198) май 2012 года:

  • От аналоговых измерений к цифровым: комплексный подход
    От аналоговых измерений к цифровым: комплексный подход

    Идущий в последние годы процесс массовой замены стрелочных приборов на цифровые часто не достигает поставленной цели. ...

  • В половодье с повышенной выработкой
    В половодье с повышенной выработкой

    Почти на три процента увеличил выработку электроэнергии филиал ОАО «РусГидро» – Саратовская ГЭС за первый квартал 2012 года. ...

  • Паровой аэростат для солнечной энергетики
    Паровой аэростат для солнечной энергетики

    Для подъема на большую высоту солнечных энергетических конструкций и любительского воздухоплавания целесообразно использовать тепловые аэростаты с оболочкой, изнутри покрытой супергидрофобным покрытием, наполненные вместо теплого воздуха водяным паром. Это позволяет в три раза увеличить подъемную силу агрегатов. ...

  • Hannover Messe-2012
    Hannover Messe-2012

    ЧТО: Международная выставка высоких технологий, инноваций и промышленной автоматизации Hannover Messe. ГДЕ: Германия, Ганновер. СОСТОЯЛОСЬ: 23–27 апреля 2012 года. ...

  • Обмен радиоактивным мусором
    Обмен радиоактивным мусором

    Компания Perma-Fix Ambiental Solutions Inс. (США) обратилась к американскому правительству с предложением о ввозе в страну из Мексики до 500 тонн радиоактивного мусора. В соответствии с этим предложением 500 тонн мусора должны быть доставлены в американский штат Вашингтон для последующего сжигания, после чего сам пепел должен быть направлен для захоронения обратно в Мексику. Речь идет об отходах с низким уровнем радиационного загрязнен...