РОЗДІЛ 6. Теплова енергія океану

Альтернативні джерела енергії

Відомо, що запаси енергії у Світовому океані колосальні, адже дві третини земної поверхні (361 млн. км2) займають моря й океани. Дійсно, акваторія Тихого океану становить 180 млн. км2, акваторія Атлантичного океану становить 93 млн. км2, Індійського -75 млн. км2. Відомо, то теплова енергія, обумовлена перегрівом поверхневих вод океану, у порівнянні з більш глибокими його водами, на 20 градусів, відповідає величині приблизно 1026 Дж. Однак, люди вміють використовувати лише незначні частки цієї енергії, та. й то ціною більших капіталовкладень, що й повільно окупаються.

Протягом останніх десятиліть ситуація трохи змінилася. Створено кілька установок перетворюючих теплову енергію океану в електричну енергію. Ці установки одержали назву: міні - ОТЕС і ОТЕС-1 (ОТЕС - початкові букви англійських слів Ocean Thermal Energy Conversion, тобто перетворення теплової енергії океану. Технологія перетворення теплової енергії океану в електричну використовує різницю температур у воді на поверхні океану й глибоких шарах води для виробництва електроенергії. Щоб запустити робочий цикл на такій електростанції різниця температур повинна бути як мінімум 20 градусів. Отже, цей спосіб одержання електричної енергії підходить для більш теплих морських районів. Тепла вода використовується, щоб випарити рідину, що кипить на низьких температурах, роблячи пару, яка надає руху турбіні. Холодна морська вода (4-6 градусів) потім накачується із глибини декількох сотень метрів і використовується для охолодження й конденсації пари назад у рідкий стан.

У серпні 1979 р. поблизу Гавайських островів почала працювати теплоенергетична установка міні-ОТЕС. Пробна експлуатація установки протягом трьох з половиною місяців показала її достатню надійність. При безперервній цілодобовій роботі не було зривів, якщо не вважати дрібних технічних неполадок, що звичайно виникають при випробуваннях будь-яких нових установок, fi повна потужність становила в середньому 48,7 кВт, максимальна - 53 кВт; 12 кВт (максимум 15) установка віддавала в зовнішню мережу на корисне навантаження, точніше - на зарядку акумуляторів. Інша вироблювана потужність витрачалася на власні потреби установки. У їхнє число входять витрати анергії на роботу трьох насосів, втрати у двох теплообмінниках, турбіні й у генераторі електричної енергії. Три насоси потрібні були з наступного розрахунків: один - для подачі теплої види з океану, другий - для підкачування холодної води із глибини близько 700 м, третій - для перекачування вторинної робочої рідини усередині самої системи, тобто з конденсатора в випарник.

Схема теплоенергетичної установки, що працює по замкненому циклу

Рис. 6.1. Схема теплоенергетичної установки, що працює по замкненому циклу

На рис. 6.1. показана схема описаної установки. Де: 1 - насос теплої води; 2 - випарник; 3 - насос осушувана пароподібного робочого тіла; 4 - осушувач; 5 - турбіна з електрогенератором; 6 - конденсатор; 7 - насос для забору холодної води; 8 -насос для подачі робочого тіла.

У якості вторинної робочий рідини застосовується аміак. Установка міні-ОТЕС змонтована на баржі. Під її днищем поміщений довгий трубопровід для забору холодної води. Трубопроводом служить поліетиленова труба довжиною 700 м із внутрішнім діаметром 50 см. Трубопровід прикріплений до днища судна за допомогою особливого затвора, що дозволяє у випадки необхідності його швидке від'єднання. Поліетиленова труба одночасно використовується й для якірювання системи труба - судно. Оригінальність подібного розв'язку не викликає сумнівів, оскільки якірні постановки для розроблювальних нині могутніших систем ОТЕС є досить серйозною проблемою.

У такій установці теплі, поверхневі води океану, прокачуються насосом через теплообмінник випарника й перетворюють у пару яке-небудь підходяще робоче тіло (аміак, фреон, пропан). Створюється пара підвищеного тиску, який, розширюється через турбіну в холодильник, де конденсується при контакті з охолоджуваними поверхнями другого теплообмінника, омиваного водою, що закачується із глибинних шарів океану. Уперше в історії техніки установка міні-ОТЕС змогла віддати в зовнішнє навантаження корисну потужність, одночасно покривши й власні потреби. Досвід, отриманий при експлуатації міні-ОТЕС, дозволив швидко побудувати могутнішу теплоенергетичну установку ОТЕС-1 і приступится до проектування ще більш потужних систем подібного типу. У цей час проектують станції ОТЕС на потужність у багато десятків і сотень мегават, які будуть працювати без судів. Це одна величезна труба, у верхній частині якої знаходиться круглий машинний зал, де розміщені всі необхідні пристрої для перетворення енергії. Верхній кінець трубопроводу холодної води розташується в океані на глибині 25-50 м. Машинний зал проектується навколо труби на глибині близько 100 м. Там будуть установлені турбоагрегат, що працюють на парах аміаку, а також усе інше встаткування. Маса всього спорудження перевищує 300 тис. т. Труба, що йде майже на кілометру холодну глибину океану, а в її верхній частині щось начебто маленького острівця. І ніякого судна, крім, звичайно, звичайних судів, необхідних для обслуговування системи й для зв'язку з берегом.

У якості робочого тіла в цій установці тут використана морська вода, що подавати у випарник через деаератор. Наявність деаератора диктується необхідністю звільнення морської води від розчинених у ній газів. Попередньо з об'ємів випарника й конденсатора віддаляється повітря, так що тиск над поверхнею рідини визначається тільки тиском насичених парів, яке сильно залежить від температури. При характерних для ОТЕС температурах цей перепад становить приблизно 1,6 кПа (при замкненому циклі на аміаку близько 500 кПа), під дією цього перепаду пари води надають руху турбіні. Турбіна, у свою чергу проводить у дію електрогенератор. Проходячи через турбіну пари води попадають у конденсатор, де й знову перетворюються в рідину. Схема теплоенергетичної установки, що працює по відкритому циклу (цикл Клода), показано на рис. 6.2. Де: 1 - насос ля подачі теплої води; 2 - деаератор; 3 - вакуумний насос; 4 - випарник; 5 - турбіна; 6 - конденсатор; 7 - насос для підйому холодної води; 8- електрогенератор.

Основна відмінність такого циклу полягає в незначному перепаду тисків, що вимагає використання відповідних гігантських турбін діаметром у кілька десятків метрів.

Це, мабуть, основний технічний недолік систем відкритого циклу. Основна ж їхня перевага - відсутність гігантських нетехнологічних теплообмінників. Крім того, при роботі систем відкритого циклу можуть бути отримані більші кількості прісної води, що є важливим в жаркому поясі планети.

Так само були запропоновані різні пристрої для виробітку електричної енергії за рахунок перепаду температур між холодним повітрям і незамерзаючою водою (наприклад, під льодами Арктики). Ці пристрої схожі на звичайні теплові станції із градирнями для охолодження води. Але тут градирні працюють в умовах, коли температура зовнішнього повітря багато нижче нуля, а охолоджувана рідина має температуру всього на кілька градусів вище. Тому, для ефективної роботи такої станції, в охолодному контурі, необхідно використовувати рідину з низькою температурою замерзання. У якості проміжного теплоносія застосовується водяний розчин хлористого кальцію з концентрацією не менш 26 кг на 100 кг води, який досить широко використовується в холодильній техніці. Робочим тілом в основному контурі станції служить фреон -12, пари якого надають руху турбіні з

Схема ОТЄС, що працює по відкритому циклу

Рис. 6.2. Схема ОТЄС, що працює по відкритому циклу

електрогенератором. На Рис. 6.3. показана схема ОТЕС із теплообмінниками, що обдуваються повітрям. На цьому Рис.: 1 - випарник основного контуру; 2 - турбіна з електрогенератором; 3 - конденсатор; 4 - теплообмінник контуру охолодження проміжного робочого тіла; 5 - насос для подачі холодоагенту; 6 - насос для подачі робочого тіла; 7 - насос для подачі морської води; 8 - водозабірник; 9 - система скидання відпрацьованої води; 10 – обдувши холодним повітрям. У конструкції цієї станції проміжний теплоносій прохолоджується шляхом розбризкування через форсунки зрошувального охолоджувача. Причому важливо забезпечити певне розпилення, щоб, з одного боку, краплі теплоносія не виносилися потоком холодного повітря, а з іншого - устигали остудитися під час падіння. Для того щоб крапля діаметром 1 мм остудилася на 2°С при русі в повітрі із середньою різницею температур 30°С їй необхідно пролетіти у вільному падінні ледве більш 3 м. Розпорошуючи в такий спосіб розчин хлористого кальцію, можна добитися питомого знімання енергії більш 230 Вт/(м2К). Це дозволяє знизити металоємність конденсаторів і приблизно на 20 % побільшати виробіток корисної енергії.

Схема арктичної ОТЕС на перепаді

Рис. 6.3. Схема арктичної ОТЕС на перепаді "вода-повітря"

Найпростіші системи використання тепловий енергія океану вже знайшли реальне втілення. У районі Нью-Йорка побудована електростанція потужністю 7180 кіловатів, що використовує тепло океанської води. Пара, що відпрацювала, не скидається в море, а конденсується й утворює конденсат - прісну дистильовану воду. Таким чином, крім електроенергії станція ще виробляє 22680 тонн прісної води в добу.

У Карибському морі створений цілий енергобіологічний комплекс, який вирішує безліч завдань: робить електричну енергію в низькотемпературних парогенераторних установках; вирощує планктони в мілководних басейнах, що підігріваються парою, що відпрацювала; розводить креветок і омарів, що харчуються планктонами; розводить водорості, що поглинають виділення омарів і креветок.


В нашій електронній бібліотеці ви можете безкоштовно і без реєстрації прочитати «Альтернативні джерела енергії» автора В.П.Чучуй на телефоні, Android, iPhone, iPads. Зараз ви знаходитесь в розділі „РОЗДІЛ 6. Теплова енергія океану“ на сторінці 1. Приємного читання.

Зміст

  • ВСТУП

  • РОЗДІЛ 1. Джерела енергії

  • РОЗДІЛ 2. Гідроенергетика

  • РОЗДІЛ 3. Енергія припливів і відливів

  • РОЗДІЛ 4. Хвильош електростанції

  • РОЗДІЛ 5. Енергія морських течій

  • РОЗДІЛ 6. Теплова енергія океану
  • РОЗДІЛ 7. Термоелектричні генератори

  • РОЗДІЛ 8. Гео й гідротермальна енергетика

  • РОЗДІЛ 9. Вітрова енергія

  • РОЗДІЛ 10. Сонячна енергетика

  • РОЗДІЛ 11. Фотоелектричні перетворювачі

  • РОЗДІЛ 12. Сонячні батареї

  • РОЗДІЛ 13. Космічні сонячні станції

  • РОЗДІЛ 14. Енергія біомаси

  • РОЗДІЛ 15. Термоядерна енергія

  • РОЗДІЛ 16. Воднева енергетика

  • РОЗДІЛ 17. Двигун стирлінга

  • РОЗДІЛ 18. Кавітаційні генератори

  • РОЗДІЛ 19. Магнітогідродинамічні генератори

  • РОЗДІЛ 20. Використання енергії атмосферної електрики

  • РОЗДІЛ 21. Використання енергії постійних магнітів

  • РОЗДІЛ 22. Сонячні повітряні електростанції

  • РОЗДІЛ 23. Осмотичні електростанції

  • РОЗДІЛ 24. П'єзоелектричні генератори

  • РОЗДІЛ 25. Сумішевій бензин

  • РОЗДІЛ 26. Біодизельне паливо

  • РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу

  • РОЗДІЛ 28. ТЕхнології виробництва твердого палива з біомаси