KORENI EKOLOŠKE GRADNJE – OD PRAISTORIJE DO ...

  • Published on
    02-Feb-2017

  • View
    221

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

  • ISTORIJAT PRIMENE KONCENTRISANE SUNEVE

    ENERGIJE (CSP)

    NENAD MILORADOVI JKP BEOGRADSKE ELEKTRANE

    nesoni2@mts.rs

  • UVOD

    Direktno sunevo zraenje je ono koje moe biti koncentrisano,

    Koncentrisanje se vri pomou soiva (samo nadole) i ogledala (moe i nagore),

    Ureaji za primenu CSP-a sadre optiki sistem, apsorber, sistem za praenje Sunca i skladinik toplotne energije,

  • UVOD

    Gruba podela savremenih ureaja za CSP: Parabolina korita (T400C), Linearni Frenelov koncentrator (T300-750C), Tanjirasti sistemi (T150-180C), Solarne kule (T500C). U zavisnosti od primenjenih sistema razlikuju

    se i ostvarene temperature u fokusu.

  • PODELA CSP UREAJA

  • TEORIJSKE OSNOVE

    Vaan podatak: godinji broj sati sijanja Sunca, Za Beograd izmeu 2000 i 2100 sati

    godinje. Koncentrator je optiki sistem koji ulaznu

    energiju direktnog sunevog zraenja koji prolazi kroz otvor povrine A transformie u izlaznu energiju koja prolazi kroz otvor A.

  • TEORIJSKE OSNOVE

    Koncentracioni faktor: C=A/A Korisna toplota: Q = A [CE TAexp4 U( TA Ta )] Stepen korisnosti apsorbera: =Q/(ACE)

  • Advanced Materials And Higher Temperature Operation R&D improvements to increase CR &

    TZ Solar radiation incident walls temperature

    Receiver's (a radiative b - total heat losses)

  • ISTORIJAT CSP-a

    Antika vremena: Engleski arheolog Ser Ostin Lejard je tokom

    iskopavanja u Nimrudu (dananji Irak) pronaao kristalno soivo iz asirskog perioda staro oko 2700 godina,

    Nimrudsko ili Lejardovo soivo danas se uva u Britanskom muzeju,

    Moglo se koristiti za potpaljivanje vatre pomou koncentrisanih sunevih zraka.

  • NIMRUDSKO SOIVO

  • NIMRUDSKO SOIVO

    Predstavlja ovalni uglaani kameni kristal, Prenik: 1,25 cm Debljina: 0,25 cm Fokalna daljina: 12 cm.

  • ANTIKA VREMENA

    U 7. veku pre nove ere u Kini se ovladalo tehnikom izrade bronzanih zakrivljenih ogledala za potpaljivanje drveta (Daniel Boorstin, Discoverers, 1983);

    U kineskoj dokumentaciji iz 20. god. nove ere pominje se detalj da su baklje paljene korienjem ogledala,

    U antikoj Grkoj na planini Ida na Kritu pronaeno je soivo iz 5. veka pre nove ere boljeg kvaliteta nego Nimrudsko.

  • ANTIKA GRKA

    Aristofan u komediji Oblaci napisane oko 420. pre nove ere pominje kristalna soiva i to kako kamen i Sunce mogu da stvore vatru,

    Olimpijski plamen tokom drevnih igara u Olimpiji paljen je pomou ogledala,

    Plutarh (oko 46-127) u delu ivot Pompilejev tvrdi da je vatra u Dijaninom hramu paljena pomou stakala.

  • ARHIMED

    Arhimed (287 pre n.e. 212 pre n.e.) iz Sirakuze na Siciliji koristi koncentrisano sunevo zraenje u vojne svrhe: koristio je ogledala kako bi zapalio i unitio rimsku flotu.

    Iako ne moemo sa sigurnou tvrditi da ju je stvarno zapalio, kasniji eksperimenti su pokazali da je on to i mogao da uini.

    Grki inenjer Joanis Sakas je 1973. godine pomou 60 pravougaonih ogledala prekrivenih bakarnom folijom zapalio posle tri minuta drveni amac prekriven smolom na udaljenosti od 55 m.

  • ARHIMED

    Sakasu su pomagali mornari grke mornarice u manipulisanju brojnim ogledalima,

    Ovime je dokazano da je Arhimed mogao da zapali usidrenu rimsku flotu pomou velikog broja uglaanih bakarnih ili bronzanih titova usmerenih prema rimskim brodovima.

  • ARHIMED I SAKAS

  • POSLE ARHIMEDA

    Grki matematiar Diokle (oko 240 pre n.e. oko 180 pre n.e.) napisao je knjigu O staklima koja pale i prvi dokazao fokalna svojstva parabole,

    y=x2/4F, O ovome ponovo pie Antemije Tralski (474-

    558) koji je bio jedan od arhitekata crkve Svete Sofije u Konstantinopolju.

  • SREDNJI VEK

    Ibn Al Hajtam (965-1038) ili poznatiji kao Alhazen razumeo je razliku izmeu sfernog i parabolinog konkavnog ogledala i dao metod konstrukcije za oba (Knjiga optike, Kitab al Manazir, 1011-1021).

    Vizantijski istoriar Zonaras u svojoj Istoriji iz 1118. godine pominje da je podvig Arhimeda u jednoj bici kod Konstantinopolja ponovio i zapalio neprijateljsku flotu grki matematiar i filozof Proklo (412-485) u V veku.

  • Alhazenovo parabolino ogledalo

  • DOBA RENESANSE Leonardo da Vini (1452-1519) pie da koncentrovani

    sunevi zraci stvaraju veliku toplotu, Zajedno sa svojim uiteljem Andreom del Verokiom (1435-

    1488) primenjuje ogledala prilikom lemljenja i spajanja velike bakarne lopte prenika 2,5 m na vrhu kupole Santa Marija dela Fiore u Firenci oko 1470. godine,

    O tome je kasnije ostala zabeleska u kojoj Leonardo kae Setite se lemljenja koje je korieno prilikom lemljenja lopte na Santa Marija dela Fiore dok je razmatrao upotrebu parabolinih ogledala u druge svrhe,

    Prema nekim istoriarima i poznavaocima Leonardovog rada ova reenica se moe odnositi na solarno lemljenje,

  • SANTA MARIJA DELA FIORE 1470. G

  • RENESANSA

    Ovo je verovatno prvo praktino korienje CSP-a. Leonardo je ostvio nacrte za primenu CSP-a za

    zagrevanje vode, Konceptualizovao je korienje parabolinih

    ogledala za koncentrovanje sunevog zraenja, Razmatrao je potrebu pripreme tople vode za

    radionice za farbanje odee, Do realizacije nije dolo, Leonardo je dao reenje usled zabrinutosti zbog

    destrukcije Zemlje i prekomernog krenja uma.

  • DOBA RENESANSE

    ambatista dela Porta (1535-1615), italijanski naunik iz Napulja tvrdi da neko u centru konkavnog ogledala moe istopiti zlato ili srebro, - sporije u zimu, ali bre tokom leta,

    Taj neko je najverovatnije bio ovani Maini (1555-1617), italijanski astrolog i kartograf iz Bolonje.

  • RAZVOJ OPTIKE

    Dok koncentrisanje sunevog zraenja dovodi do povienja temperature, koncentrisanje svetlosti od zvezda dovodi do njihovog prividnog uveliavanja:

    Prvi teleskopi su napravili revoluciju u astronomiji: Galileo Galilej je 1609. konstruisao refraktor, a Isak Njutn 1668. prvi reflektor,

    Prva lupa: Antoni van Levenhuk (1632-1723), Holandija iz 1648, a potom i mikroskop (posle 1665),

    Nemaki jezuita Atanas Kircher (1601-1680) pomou refleksije lampe projektuje slike na zidu 1646. godine.

  • PERIOD FRANCUSKE REVOLUCIJE

    Francuski grof Bifon (1707-1788) je 1747. je u seriji eksperimenata ispitivao primenu CSP-a na daljinu. Pomou ogledala zapalio je predmete na udaljenostima od 60 do 450 m.

    Koristio je staklena ogledala (od 40 do 120) dimenzija 20x25 cm,

    Rastopio je limenu uturicu teine 2,5 kg i zapalio bukovu dasku i meavinu borovih iglica i uglja.

  • PERIOD FRANCUSKE REVOLUCIJE

    vajcarski naunik Horas de Sosir (1740-1799) iz eneve konstruisao je 1767. godine vruu kutiju preteu ravnih ploastih PSE.

    To je dobro izolovana crna kutija ija je gornja strana bila prekrivena troslojnim staklom,

    U njoj se ostvarivala temperatura neto preko 100C,

    U takvoj slinoj kutiji na svom putovanju u Junu Afriku engleski astronom Ser Don Herel pripremao je hranu 1830. godine.

  • SOSIROVA VRUA KUTIJA

  • PERIOD FRANCUSKE REVOLUCIJE

    Antoan Lavoazje (1743-1794) tokom 1772. konstruie pokretnu solarnu pe,

    Nalazila se na tokovima, tako da se mogla upravljati prema Suncu,

    Imala je dva soiva: prvo vee bilo je ispunjeno alkoholom, a drugo manje od vrstog stakla,

    Primena za procese sagorevanja, Pomou ove pei Lavoazje je dokazao da se dijamant

    sastoji od ugljenika, Pe je mogla da istopi platinu (1773C).

  • ANTOAN LAVOAZJE SOLARNA PE

  • FRENELOVA SOIVA

    Francuski inenjer Ogist an Frenel (1788-1827) konstruie specijalni vid soiva napravljenog izbacivanjem nerefraktivnih delova konvencionalnog soiva,

    Ovakvo soivo se lake izrauje i jeftinije je od obinog soiva,

    Slino se mogu izraivati i ogledala, Imalo je primenu poetkom 19. veka na

    svetionicima.

  • FRENELOVO SOIVO

  • PERIOD FRANCUSKE REVOLUCIJE

    Francuski fiziar Klod Puile (1791-1868) 1838. je razvio pirheliometar i priblino odredio solarnu konstantu (njegova vrednost je 1228 W/m2 umesto dananje 1355 W/m2),

    Heliostat sa satnim mehanizmom ureaj koji prati kretanje Sunca po nebeskoj sferi konstruie fiziar iz Alzasa an Tibo Silberman (1806-1865) 1843. godine.

  • Silbermanov heliostat

  • RAZLIKA

    Razlika izmeu ureaja za praenje Sunca i heliostata je ta da se prvi upravlja prema Suncu, a heliostat uvek reflektuje sunevo zraenje u istom pravcu.

  • PRVE SOLARNE MAINE

    Francuski pronalaza Ogisten Muo (1821-1912) na Svetskoj izlobi u Parizu 1878. godine izlae mainu za pravljenje leda pomou solarne energije,

    Knjiga Solarna toplota i njene industrijske primene 1869. godine,

    Solarna energija stvarala je u zacrnjenom cilindru vodenu paru koja je pokretala parnu mainu,

    Prenik ogledala 4 metra i apsorber od 80 litara.

  • MUOOVA SOLARNA MAINA

  • SOLARNA TAMPARIJA

    Muoov asistent Abel Pifr (1852-1928) je potom na izlobi u Parizu 1882. godine prezentovao prvu solarnu tamparsku presu,

    Konkavno ogledalo 3,5 m u preniku u ijem je centru bio cilindrini parni apsorber,

    Uprkos oblanom vremenu, presa je ottampala 500 primeraka Solarnog urnala koji je bio deljen za tu priliku.

  • SOLARNA TAMPARSKA PRESA

  • DON ERIKSON

    Don Erikson (1803-1889); vedsko-ameriki pronalaza, poznat po pronalsku elise, izumeo je solarni motor oko 1872. godine,

    Koristio je parabolini reflektor, a radni medijum je bio vru vazduh,

    Nameravo je da motor koristi za navodnjavanje u sunanoj Kaliforniji, ali je vie uspeha imao sa mainama pogonjenim na ugalj ili gas.

  • ALESANDRO BATALJA (1842-?)

    Inspirisan Muoovim i Pifrovim uspehom i uvidevi izvesna ogranienja njihovih prvih solarnih maina, 1886. godine patentira linearni apsorber,

    To je cilindrini apsorber sa vodom duine 30 m i prenika 1 m kojeg zagrevaju 1260 malih ravnih reflektora povrine 1 m2 i koji su smeteni u polje 42x30.

  • LINEARNI APSORBER

    Ovaj sistem je pogodan za velike sisteme, jer primenjuje linearni apsorber i sistem mnogobrojnih ogledala koji se nezavisno upravljaju prema Suncu,

    Batalja je prvi razdvojio apsorber i sistem ogledala

  • LINEARNI APSORBER

  • LINEARNI APSORBER

  • PREDNOSTI

    Batalja je primetio ogranienja Muoovih i Pifrovih prvih solarnih maina:

    1. Ako je apsorber montiran na pokretno ogledalo, to ograniava njegovu veliinu i onemoguuje industrijske primene,

    2. Apsorber ne moe biti dobro izolovan, to poveava njegove termalne gubitke u okolinu,

    3. Sistem za praenje Sunca takoe limitira dimenzije.

  • PRVI KOMERCIJALNI SISTEM ZA ZAGREVANJE VODE

    Amerikanac Klarens Kemp (?-1911) patentirao je 1891. godine prvi komercijalni solarni ureaj za zagrevanje vode,

    Ugradio je tri rezervoara u stakleni okvir na junoj strani kue,

    To je pretea dananjih solarnih sistema za pripremu potrone tople vode.

  • XX VEK

    Portugalski svetenik i pionir u primeni solarne energije Otac Himalaja (1868-1933) za svetsku izlobu u Sent Luisu 1904. godine konstruisao je pirheliofor veliku solarnu pe,

    Imala je veliki koncentrator veliine 80 m2, Postignuta je temperatura od 3.500 C, Ipak, nije naao konkretnu primenu.

  • PIRHELIOFOR

  • PARABOLINO KORITO

    Dva Nemca, Vilhelm Majer i Adolf Remart, patentirali su 1907. godine u tutgartu parabolino korito, ali ga nikad nisu implementirali,

    Prvi koji ga je primenio bio je Amerikanac Frank uman (1862-1918), inenjer i pronalaza iz Filadelfije koji je u Egiptu 1912. godine napravio solarnu pumpnu stanicu za navodnjavanje polja pamuka na Nilu.

  • FRANK UMAN

    Parabolina korita bila su irine 4m i duine 70 m i bilo ih je pet,

    Postojao je mehaniki ureaj za praenje Sunca,

    Ukupna snaga 40 kW, a toplota iz njih stvarala je paru koja je pokretala pumpe za navodnjavanje,

    Ovo postrojenje je prvo solarno polje u svetu.

  • FRANK UMAN

  • MODERNA SOLARNA PE

    Solarna pe sa staklenim parabolinim ogledalima koja je mogla da ostvari 3000C sagradio je Rudolf trobl (1864-1943) 1921. godine u Cajsovim laboratorijama u Nemakoj,

    Sline solarne pei pravljene su potom i u SAD, ali sa ogledalima od aluminijumskih legura,

    Feliks Tromb (1906-1985), francuski hemijski inenjer 1949. godine pravi sline pei na Pirinejima u Francuskoj snage do 1 MW.

  • DI (TANJIRASTI) - SISTEMI

    Prvi koji je sagradio tanjirasta ogledala bio je Amerikanac Robert Godard (1882-1945) 1929. godine,

    Prilikom razmatranja nove vrste motora koji bi koristio rastopljeni kvarc i isparavao meavinu vode i ive koristio je mala parabolina tanjirasta ogledala,

    Godard je poznat kao tvorac amerikog svemirskog programa i razmatrao je i primenu solarne energije u kosmosu.

  • SOLARNI BOJLER I SOLARNI TEDNJAK

    Ameriki astrofiziar arls Abot (1872-1973) je 1936. patentirao solarni bojler koji koristi akumulator toplote,

    Takoe je primenjivao sunevu energiju za pripremanje hrane tzv. solar cooker,

    Svoje inovacije u primeni solarne energije konstruisao je u opservatoriji u kojoj je radio.

  • FRENELOV LINEARNI KONCENTRATOR

    Italijanski naunik ovani Frankija (1911-1980) je 1962. godine patentirao linearni Frenelov koncentrator (LFC),

    Njegovo reenje ima 7 aluminijumskih reflektora duine 8 m i irine 1 m,

    Oni su meusobno paralelni i orijentisani u pravcu istok-zapad,

    Svako ogledalo se okretalo du svoje uzdune ose, a apsorber je bio na visini 6 m.

  • FRENELOV LINEARNI KONCENTRATOR

    Rotacija reflektora postie se elektronskim komandama,

    Apsorber je duine 8 m i irine svega 25 cm, Tako je 1965. sagradio prvu solarnu elektranu

    u enovi, Produkcija pare ove elektrane bila je 21 kg/h,

    na 150 bar i 500C, Dalje koristi turbine i generatore.

  • SOLARNI TORANJ

    Prvi nacrt i koncepciju solarnog tornja moemo nai u radovima sovjetskog naunika Valentina Bauma iz 1956. godine,

    Polje solarnih prijemnika koncentrie sunevo zraenje prema gore, gde se na odreenoj visini u ii nalazi apsorber koji pretvara solarnu energiju u toplotu, gde se posle para vodi u turbinu povezanu sa generatorom.

  • SOLARNI TORANJ VALENTIN BAUM

  • EFLEROV REFLEKTOR

    Volfgang efler, roen 1956. godine, austrijski pronalaza iz Insbruka konstruisao je eflerov reflektor velike fleksibilne paraboline posude koje mogu da menjaju krivinu prema sezonskom kretanju Sunca,

    Primena: priprema hrane u zajednikim pekarama i kuhinjama u Indiji, solarni krematorijum,

    Izum nije patentiran.

  • EFLEROV REFLEKTOR

  • ZAKLJUAK

    Savremeni ureaji za primenu CSP zasnovani su na principima koje su utemeljili Batalja, Frankija, Godard i Baum,

    Do ire primene primene i komercijalnih upotreba dolo je tek krajem XX i poetkom XXI veka zahvaljujui razvoju novih materijala i primeni feed-in tarifa.

  • PUSTINJA MOHAVE - KALIFORNIJA

  • PRIMENA

    Elektrina energija: solarne elektrane (ve koriste SAD, panija),

    Toplotna energija: Daljinsko grejanje, Daljinsko hlaenje, Dogrevanje geotermalnih voda, Produkcija vrele vode visokih temperatura i pritisaka, Produkcija pare, Desalinizacija morske vode (Saudijska Arabija, Maroko,

    Juna Afrika).

  • HVALA NA PANJI

  • ISTORIJAT PRIMENE KONCENTRISANE SUNEVE

    ENERGIJE (CSP)

    NENAD MILORADOVI JKP BEOGRADSKE ELEKTRANE

    nesoni2@mts.rs

    ISTORIJAT PRIMENE KONCENTRISANE SUNEVE ENERGIJE (CSP) UVODUVODPODELA CSP UREAJATEORIJSKE OSNOVETEORIJSKE OSNOVEAdvanced Materials And Higher Temperature Operation R&D improvements to increase CR & ISTORIJAT CSP-aNIMRUDSKO SOIVONIMRUDSKO SOIVOANTIKA VREMENAANTIKA GRKAARHIMEDARHIMEDARHIMED I SAKASPOSLE ARHIMEDASREDNJI VEKAlhazenovo parabolino ogledaloDOBA RENESANSESANTA MARIJA DELA FIORE 1470. GRENESANSADOBA RENESANSERAZVOJ OPTIKEPERIOD FRANCUSKE...