Рефераты. Альтернативные источники энергии

Но остаются нерешенные проблемы, в частности созда-ние больших низконапорных турбин и удаление из системы преобразователя выделяющегося из морской воды воз-духа. Ближайшей задачей считается найти такой способ удаления воздуха, чтобы на него затрачивалось не более 10 % вырабатываемой энергии. Для ее решения в схему энергетической установки включается деаэратор -- камера, в которой морская вода будет дегазироваться перед поступлением в нагреватель.

Теоретически оба вида преобразователей -- с откры-тым и закрытым циклом -- имеют близкие и одинаково малые коэффициенты полезного действия.

Примем температуру нагревателя T1=273+25=298 К, температуру холодильника T2=273+5=278 К. Согласно формуле Карно КПД будет равен

nk==(T1-T2)/T1=(298-278)/298=0,067, или 6,7 %,

Полученная цифра еще недавно считалась близкой к теоретическому пределу КПД для океанской тепловой машины при принятых значениях температуры нагрева-теля и холодильника (как и для любой другой). Но не-давно было показано 2, что из-за специфических особен-ностей преобразования энергии тепла в океане теоретиче-ский КПД теплового цикла в этом случае следует оценивать по формуле n0=(T1-T2)/(T1+T2)

При малом значении разности температур ^T=T1-- Т2 КПД океанской тепловой машины может быть вдвое меньше теоретического значения, вычисленного по фор-муле Карно, т. е.

n0=1/2nk

Поправка весьма существенная. Фактически КПД пре-образователя в любом случае будет еще меньше из-за неизбежных потерь в теплообменниках, насосах, трубо-проводах и др. Величина потерь будет зависеть от степени совершенства конструкции тепловой машины. Для пре-образователей с замкнутым циклом реальным считается получение КПД в пределах до 2--3 %. Эти цифры близки к КПД отвергнутого паровоза. Но он сжигал драгоценное топливо, а здесь энергия вырабатывается за счет дарового тепла океана, топлива не требуется.

Интересно отметить переоценку значения малых цифр КПД, происшедшую за последние полвека. Пятьдесят лет назад теоретическое значение КПД около7% считалось

ничтожным и едва ли заслуживающим внимания. В наше же время строятся мощные океанские энергоцентрали с КПД примерно в половину этой величины. Существен-ного улучшения КПД можно ожидать только при исполь-зовании в океанских тепловых энергоцентралях большего перепада температуры между нагревателем и холодильни-ком. Принципиально такая возможность имеется. В раз-ных районах на дне океана обнаружены места, где раз-ность температуры воды значительно превышает принятые .для расчета 20 °С. Например, в термальных впадинах на дне Красного моря температура воды достигает 60 СС, к тому же она ежегодно несколько повышается. А на дне Тихого океана бьют гидротермальные источники с тем-пературой более 350 °С, как в котле вполне современной ТЭЦ высокого давления. Вблизи от этих горячих источ-ников имеется вода с низкой температурой, пригодная для холодильника. При использовании такой воды воз-можно получение КПД океанской установки, как у луч-ших наземных ТЭЦ высокого давления. Однако примене-ние горячих гидротермальных вод для выработки электри-ческой энергии потребует особой технологии.

СИСТЕМЫ ОТЕС

В августе 1979 г, вблизи Гавайских островов начала работать теплоэнергетическая установка мини-ОТЕС. Пробная эксплуатация установки в течение трех с поло-виной 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. Ее полная мощность составляла в среднем 48,7 кВт, максимальная -- 53 кВт; 12 кВт (максимум 15) установка отдавала во внешнюю сеть на полезную нагрузку, точ-нее -- на зарядку аккумуляторов. Остальная вырабаты-ваемая мощность расходовалась на собственные нужды установки. В их число входят затраты энергии на работу трех насосов, потери в двух теплообменниках, турбине и в генераторе электрической энергии.

Три насоса потребовались из следующего расчета: один -- для подачи теплой воды из океана, второй -- для подкачки холодной воды с глубины около 700 м, третий -- для перекачки вторичной рабочей жидкости внутри самой системы, т. е. из конденсатора в испаритель. В качестве вторичной рабочей 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. Труба сваривалась на берегу из 58 секций. Выбор полиэтилена связан с тем, что он как будто не подвержен обрастанию и, следовательно коррозии (создание 700-метрового трубо-провода было самым трудным делом). Трубопровод при-креплен к днищу судна с помощью особого затвора, позволяющего в случае необходимости ого быстрое отсоеди-нение. Полиэтиленовая труба одновременно используется и для заякоривания системы труба--судно. Оригиналь-ность подобного решения не вызывает сомнений, поскольку якорные постановки для разрабатываемых ныне более мощных систем ОТЕС являются весьма серьезной пробле-мой.

Впервые в истории техники установка мини-ОТЕС смогла отдать во внешнюю нагрузку полезную мощность, одновременно покрыв и собственные нужды. Опыт, полу-ченный при эксплуатации мини-ОТЕС, позволил быстро достроить более мощную теплоэнергетическую установку ОТЕС-1 и приступить к проектированию еще более мощ-ных систем подобного типа.

ОТЕС-1 -- плавучая лаборатория: как и мини-ОТЕС, она не предназначена для коммерческой выработки элек-трической энергии, хотя ее мощность достигает 1 МВт, т. е. в 20 раз больше, чем у мини-ОТЕС. В качестве вто-ричного рабочего тела в ОГЕС-1 также применяется аммиак. Питательный насос забирает воду из поверх-ностного слоя океана с температурой 27 °С и прогоняет ее через нагреватель аммиака, состоящий из 6304 титано-вых трубок диаметром 2 см. Это -- паровой котел уста-новки. Аммиак распыляется в теплых трубках и вскипает. Пар аммиака идет в турбину и вращает ее, а оттуда, со-вершив работу, поступает в конденсатор -- холодильник. Конденсатор также сделан из тонких трубок, охлаждаемых водой с температурой немного более 4 °С. Там пары аммиака конденсируются и превращаются снова п жидкость, пере-качиваемую обратно и испаритель. Общая длина трубок в двух теплообменниках (испарителе и конденсаторе) составляет 140 км.

Под установку ОТЕС-1 переоборудован танкер с турбо-электрическим приводом. Электрическая силовая уста-новка танкера позволяет с удобством использовать ее энергетические ресурсы во время проведения различных экспериментов для привода насосов и других целей. На этой установке предполагается проверить некоторые эксплуатационные характеристики ОТЕС, чтобы в даль-нейшем их можно было использовать при создании опыт-ного образца. Число вопросов, подлежащих изучению, достаточно велико. К ним относятся, например, следую-щие. Какого типа теплообменники будут оптимальными и из какого материала их следует делать? Титан -- дорог, нельзя ли его заменить на алюминий или что-нибудь другое? Как быстро будут развиваться морские оргаппзмы-обрастатели в теплообменниках и в других частях системы и как с ними бороться? Как повлияют на состояние окру-жающей морской среды мощные установки такого типа? Как лучше выполнить трубопровод для подъема хо-лодной воды?

Последний вопрос становится традиционным для кон-структоров всех установок ОТЕС. Для OTEG-1 он был решен в пользу применения трех параллельных поли-этиленовых труб диаметром 1 м каждая, длиной но 900 м. Трубы были доставлены на Гавайские острова секциями длиной по 27 м и сварены на берегу. Потом все три трубы были связаны вместе и уложены на тележки, установлен-ные на специальном рельсовом пути, спускающемся прямо в океан. Суммарная масса трубопровода достигла 450 т, укладка его на тележки была выполнена с помощью лебедки. Для закрепления нижнего конца трубопровода вблизи дна потребовалось 50 т балласта. А для поддержа-ния трубопровода в вертикальном положении его верх-ний конец окружен плавучим кольцом, имеющим буй, к которому прикреплен прочный конец; с его помощью трубопровод можно несколько перемещать. Такой способ крепления верхнего конца трубы к днищу судна позволил очень быстро (за 2 часа) произвести постановку трубы в океане. Так же просто происходит и разъединение трубопровода холодной воды с судном, если возникает сильное волнение или по какой-либо друюй при-чине.

Конструкторы установки ОТЕС-1 ввели между трубо-проводом холодной воды и судном новую деталь, которая сделала всю систему более надежной. Речь идет о кардан-ном подвесе трубы к судну. При наличии кардана судно может произвольно качаться на волнах при относительно малоподвижном длинном трубопроводе, если волны не слишком велики (не более 2 м). А если волнение увеличи-вается, судно отцепляется от трубы и уходит в укрытие.

Защелка для быстрого разъ-единения судна с трубой была опробована еще в си-стеме мини-ОТЕС. Применением карданного подвеса трубы и защелки решился старый спор судна с трубой, начавшийся еще при Клоде. Надо сказать, что, видимо, труба все же «победит» судно, в том смысле, что новые станции ОТЕС на мощность во много десятков и сотен мегаватт проектируются без судна. Это -- одна грандиозная тру-ба, в верхней части которой находится круглый машин-ный зал,, где размещены все необходимые устройства для преобразования энергии (рис. 29). 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 турбоагрегаты, работающие на па-рах аммиака, а также все остальное оборудование. Масса всего сооружения превышает 300 тыс. т. Труба-монстр, уходящая почти на километр в холодную глубину океана, а в ее верхней части что-то вроде маленького островка. И никакого судна, кроме, конечно, обычных судов, не-обходимых для обслуживания системы и для связи с бе-регом. Это любопытный эпизод из новейшей истории развития техники преобразования тепла океана.

Намечено окончание строительства новой, третьей по счету, экспериментальной станции ОТЕС, мощность которой будет находиться в пределах 40--100 МВт. При строительстве этой станции исполь-зуется модульный принцип, она собирается из отдельных блоков по 10 МВт каждый. Такой подход позволит легко наращивать мощность до желательной величины в установленных пределах. Трубопровод холодной воды по-прежнему остается одним из наиболее сложных узлов этой станции. Станции мощностью в 40 МВт требуется трубопровод диаметром 10 м и длиной 900 м. А для про-ектируемой коммерческой станции OTEG на 400 МВт при той же длине трубопровод должен иметь диаметр 30 м. Каждую секунду насосы через него будут прокачи-вать около 1500 м3 холодной воды. Столько же потре-буется прокачать и теплой воды. Суммарный расход воды в этой мощной установке получится, как v реки Нил, -- 2600 м8/с, Полное водоизмещение корпуса станции на 400 МВт с заборной трубой оценивается цифрой около 500 тыс. т. Станция должна устанавливаться в районах океана с глубинами более 1200 м. Для ее удержания в районе постановки требуется якорная система с большой массой. В целом -- поистине циклопическое сооружение, строитель-ство его предполагалось начать в 1985 г. Было также сообщение о строительстве станции типа ОТЕС в Японии, но значительно менее мощной.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.