Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Альтернативные источники энергии

ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ ОКЕАНА

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. Км 2 ) занимают моря и океаны. Действительно, акватория Тихого океана составляет 180 млн. Км 2 , акватория Атлантического океана составляет 93 млн. Км 2 , Индийского -75 млн. Км 2 . Известно, то тепловая энергия, обусловленная перегревом поверхностных вод океана по сравнению с более глубокими его водами, на 20 градусов, соответствует величине примерно 1026 Дж. Однако, люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, и. и то ценой больших капиталовложений, и медленно окупаются.

В течение последних десятилетий ситуация несколько изменилась. Создано несколько установок преобразующих тепловую энергию океана в электрическую энергию. Эти установки получили название мини - ОТЕС и ОТЕС-1 (ОТЕС - начальные буквы английских слов Ocean Thermal Energy Conversion, то есть преобразования тепловой энергии океана. Технология преобразования тепловой энергии океана в электрическую использует разницу температур в воде на поверхности океана и глубоких слоях воды для производства электроэнергии. чтобы запустить рабочий цикл на такой электростанции разница температур должна быть как минимум 20 градусов. Следовательно, этот способ получения электрической энергии подходит для более теплых морских районов. Теплая вода используется, чтобы выпарить жидкость, кипящую на низких температурах, делая пару, которая приводит в движение турбине. Холодная морская вода (4-6 градусов), затем закачивается с глубины нескольких сотен метров и используется для охлаждения и конденсации пара обратно в жидкое состояние.

В августе 1979 вблизи Гавайских островов начала работать теплоэнергетическая установка мини-ОТЕС. Пробная эксплуатация установки в течение трех с половиной месяцев показала ее достаточную надежность. При непрерывной круглосуточной работе не было срывов, если не считать мелких технических неполадок, обычно возникающих при испытаниях любых новых установок, fi полная мощность составляла в среднем 48,7 кВт, максимальная - 53 кВт; 12 кВт (максимум 15) установка отдавала во внешнюю сеть на полезную нагрузку, точнее - на зарядку аккумуляторов. Другая производимая мощность расходовалась на собственные нужды установки. В их число входят расходы анергии на работу трех насосов, потери в двух теплообменниках, турбине и в генераторе электрической энергии. Три насоса потребовались из следующего расчета: один - для подачи теплой виды из океана, второй - для подкачки холодной воды с глубины около 700 м, третий - для перекачки вторичной рабочей жидкости внутри самой системы, то есть из конденсатора в испаритель.

Схема теплоэнергетической установки, работающей по замкнутому циклу

Рис. 6.1. Схема теплоэнергетической установки, работающей по замкнутому циклу

На рис. 6.1. показана схема описанной установки. Где: 1 - насос теплой воды; 2 - испаритель; 3 - насос осушаемая парообразного рабочего тела 4 - осушитель; 5 - турбина с электрогенератором; 6 - конденсатор; 7 - насос для забора холодной воды 8 -насос для подачи рабочего тела.

В качестве вторичной рабочий жидкости применяется аммиак. Установка мини-ОТЕС смонтирована на барже. Под ее днищем помещен длинный трубопровод для забора холодной воды. Трубопроводом служит полиэтиленовая труба длиной 700 м с внутренним диаметром 50 см. Трубопровод прикреплен к днищу судна с помощью особого затвора, позволяющего в случаи необходимости его быстрое отсоединение. Полиэтиленовая труба одновременно используется и для якирювання системы труба - судно. Оригинальность подобного решения не вызывает сомнений, поскольку якорные постановки для разрабатываемых ныне более мощных систем ОТЕС достаточно серьезной проблемой.

В такой установке теплые, поверхностные воды океана, прокачиваются насосом через теплообменник испарителя и превращают в пару какое-нибудь подходящее рабочее тело (аммиак, фреон, пропан). Создается пара повышенного давления, расширяется через турбину в холодильник, где конденсируется при контакте с охлаждаемыми поверхностями второго теплообменника, омываемого водой закачивается из глубинных слоев океана. Впервые в истории техники установка мини-ОТЕС смогла отдать во внешнюю нагрузку полезную мощность, одновременно покрыв и собственные нужды. Опыт, полученный при эксплуатации мини-ОТЕС, позволил быстро построить мощную теплоэнергетическую установку ОТЕС-1 и приступится к проектированию еще более мощных систем подобного типа. В это время проектируют станции ОТЕС на мощность во много десятков и сотен мегаватт, которые будут работать без судов. Это одна огромная труба, в верхней части которой находится круглый машинный зал, где размещены все необходимые устройства для преобразования энергии. Верхний конец трубопровода холодной воды расположится в океане на глубине 25-50 м. Машинный зал проектируется вокруг трубы на глубине около 100 м. Там будут установлены турбоагрегат, работающие на парах аммиака, а также все остальное оборудование. Масса всего сооружения превышает 300 тыс. Т. Труба идет почти на километра холодную глубину океана, а в ее верхней части что-то вроде маленького островка. И никакого судна, кроме, конечно, обычных судов, необходимых для обслуживания системы и для связи с берегом.

В качестве рабочего тела в этой установке здесь использована морская вода, подавать в испаритель через деаэратор. Наличие деаэратора диктуется необходимостью освобождения морской воды от растворенных в ней газов. Предварительно по объемам испарителя и конденсатора удаляется воздух, так что давление над поверхностью жидкости определяется только давлением насыщенных паров, которое сильно зависит от температуры. При характерных для ОТЕС температурах этот перепад составляет примерно 1,6 кПа (при замкнутом цикле на аммиаке около 500 кПа), под действием этого перепада пары воды приводят в движение турбине. Турбина, в свою очередь проводит в действие электрогенератор. Проходя через турбину пары воды попадают в конденсатор, где и вновь превращаются в жидкость. Схема теплоэнергетической установки, работающей по открытому циклу (цикл Клода), показано на рис. 6.2. Где: 1 - насос ля подачи теплой воды; 2 - деаэратор; 3 - вакуумный насос; 4 - испаритель; 5 - турбина; 6 - конденсатор; 7 - насос для подъема холодной воды 8- электрогенератор.

Основное отличие такого цикла заключается в незначительном перепада давлений, требует использования соответствующих гигантских турбин диаметром в несколько десятков метров.

Это, пожалуй, основной технический недостаток систем открытого цикла. Основная же их преимущество - отсутствие гигантских нетехнологических теплообменников. Кроме того, при работе систем открытого цикла могут быть получены большие количества пресной воды, что важно в жарком поясе планеты.

Так же были предложены различные устройства для выработки электрической энергии за счет перепада температур между холодным воздухом и незамерзающей водой (например, подо льдами Арктики). Эти устройства похожи на обычные тепловые станции с градирнями для охлаждения воды. Но здесь градирни работают в условиях, когда температура наружного воздуха много ниже нуля, а охлаждаемая жидкость имеет температуру всего на несколько градусов выше. Поэтому, для эффективной работы такой станции, в охлаждающем контуре, необходимо использовать жидкость с низкой температурой замерзания. В качестве промежуточного теплоносителя применяется водный раствор хлористого кальция с концентрацией не менее 26 кг на 100 кг воды, который достаточно широко используется в холодильной технике. Рабочим телом в основном контуре станции служит фреон-12, пары которого приводят в движение турбине с

Схема ОТЕС, что работает по открытому циклу

Рис. 6.2. Схема ОТЕС, что работает по открытому циклу

электрогенератором. На Рис. 6.3. показана схема ОТЕС с теплообменниками, что обдуваются воздухом. На этом Рис .: 1 - испаритель основного контура; 2 - турбина с электрогенератором; 3 - конденсатор; 4 - теплообменник контура охлаждения промежуточного рабочего тела 5 - насос для подачи хладагента; 6 - насос для подачи рабочего тела 7 - насос для подачи морской воды; 8 - водозаборник; 9 - система сброса отработанной воды; 10 - обдув холодным воздухом. В конструкции этой станции промежуточный теплоноситель охлаждается путем разбрызгивания через форсунки оросительного охладителя. Причем важно обеспечить определенное распыление, чтобы, с одной стороны, капли теплоносителя не выносились потоком холодного воздуха, а с другой - успевали охладиться во время падения. Для того чтобы капля диаметром 1 мм охладилась на 2 ° С при движении в воздухе со средней разницей температур 30 ° С ей необходимо пролететь в свободном падении чуть более 3 м. Распыляя таким образом раствор хлористого кальция, можно добиться удельного съема энергии более 230 Вт / (м 2 К). Это позволяет снизить металлоемкость конденсаторов и примерно на 20% увеличить выработку полезной энергии.

Рис. 6.3. Схема арктической ОТЕС на перепаде "вода-воздух"

Простейшие системы использования тепловой энергии океана уже нашли реальное воплощение. В районе Нью-Йорка построена электростанция мощностью 7180 киловатт, что использует тепло океанской воды. Пара, отработала, не сбрасывается в море, а конденсируется и образует конденсат - пресную дистиллированную воду. Таким образом, кроме электроэнергии станция еще производит 22680 тонн пресной воды в сутки.

В Карибском море создан целый енергобиологичний комплекс, который решает множество задач: делает электрическую энергию в низкотемпературных парогенераторная установках; выращивает планктон в мелководных бассейнах, подогреваемые паром, отработала; разводит креветок и омаров, питающихся планктоном; разводит водоросли, поглощающие выделения омаров и креветок.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее