студент 655 групи
Океан як джерело енергії
Океани покривають більше 70% поверхні Землі і є найбільшими в світі колекторами сонячної енергії. Потенціал океанів в енергетиці великий. Для порівняння, щільність енергії сонячної радіації - 1400 Вт / м², енергії вітру - 1700 Вт / м², а теплової енергії океанів тропічних широт - 300 000 Вт / м²!
Теплові станції в тропіках
Є й інші океанічні поновлювані джерела енергії: біомаса і водень, хвилі і течії, різниця в солоності морської і річкової води - однак потенціал застосування теплової енергія океанів найбільш великий. На відміну від інших поновлюваних джерел, теплова енергії океану за своїм енергетичному потенціалу порівнянна з безмежними можливостями поставок первинної теплової енергії, очікуваних від термоядерного синтезу. Енергетичні об'єкти потужністю в 1 ГВт можуть являти собою мобільні установки водотоннажністю близько 100 000 т. У тропічній частині океанів можлива робота десятків тисяч таких теплових електростанцій практично в безперервному режимі ".
Сергій Хайтун, кандидат фізико-математичних наук, в.н.с. Інституту історії природознавства і техніки РАН (ІІЕТ РАН), на питання про те, як наука дивиться на процес утилізації теплової енергії океану, відповідає, що наука свою думку висловила 150 років тому в роботах французького вченого Арсонваля, і справа тепер за технічним втіленням і пошуком оптимальних схем, здатних забезпечити максимальну ефективність. Д'Арсонваля ще в 1881 р вперше висловив ідею про використання сонячної енергії, накопиченої в океані у вигляді тепла. Більш ніж через 40 років його учень, Жорж Клод, нарешті втілив ідею в життя і побудував на Кубі невелику систему утилізації термальною енергії океану. Вчений вибрав бухту Матанцев, в якій великі глибини з високим перепадом температури води підходять до самого берега. Схема установки проста: в випарнику з частковим вакуумированием випаровується тепла вода з поверхні моря (температура близько + 27 ° C). Отриманий пар обертає лопаті турбін, які з'єднані з генераторами. Відпрацьований пар потрапляє в конденсатор, для охолодження якого подається вода з глибини (температура близько + 4 ° C). Перша експериментальна установка потужністю 22 кВт споживала 80 кВт на роботу своїх насосів.
OTEC на Гаваях
альтернативний енергетичний океанічний теплової
Перший японський дослідний зразок, запущений на острові Науру в 1981 р видавав потужність 100 кВт, хоча корисної потужності було всього 14,9 кВт. Його головною відмінністю від американського конкурента було розташування станції на острові. Локація нема на плавучому підставі, а на суші дозволила скоротити витрати на експлуатацію судна-носія, пристрій надійних якірних стоянок, підводний силовий кабель для передачі електроенергії на берег, а, головне, забезпечити більшу безпеку обслуговуючого персоналу.
Сьогодні освоєння теплової енергії океану входить в національні програми США, Франції, Японії, Швеції, Індії.
Станції в Арктиці
Дійсно, в Північному Льодовитому океані температура в поверхневому шарі під льодом близька до 0 ° С. Цікаво відзначити, що градієнт температур арктичних вод вкрай малий - так, на кількох сотнях метрів глибини температура води доходить приблизно до + 0,6 ° С. Там знаходиться теплий проміжний шар, що утворився за рахунок припливу вод атлантичного походження. У багатьох районах Арктики більшу частину року температура повітря нижче -10 ° С. Наприклад, на Одессаіх островах в році буває всього 2-4 дня з тим температурою повітря вище -10 ° С, на узбережжі моря Лаптєвих таких днів від 10 до 14, а на архіпелазі Північна Земля їх тільки 10-12. В інші пори року тут панують морози. Таким чином, різниця температур підлідної води і повітря становить в арктичних районах понад 26 ° С і може бути використана для генерації електрики. Розрахунки вчених показують, що при такому перепаді кожен 1 м³ морської води, будучи пропущений за 1 с через перетворювач, дозволяє отримати близько 10 кВт потужності при ККД установки 5%.
Арктичні станції працюють по так званому "трикутного" циклу: нагрівання і випаровування робочого тіла, адіабатне розширення через турбіну, ізотермічний стиск при подачі в випарник з одночасним відведенням надлишкового тепла в холодильнику. У охолодному контурі такої станції необхідно використовувати розсіл з низькою температурою замерзання. Як проміжний теплоносій застосовується водний розчин хлористого кальцію з концентрацією не менше 26 кг на 100 кг води, який досить широко використовується в холодильній техніці. Проміжний теплоносій охолоджується шляхом розбризкування через форсунки зрошувального охолоджувача. Робочим тілом в основному контурі станції служить фреон-12, пари якого надають руху турбіну з електрогенератором.
Осмотические станції в гирлах річок
Осмотические електростанції найбільш актуальні в гирлах великих річок, а біля них, як правило, розташовуються великі міста. Фахівці Statkraft вважають подібні станції найбільш перспективними для північних країн, таких як Україна, Канада і держави Скандинавії, при цьому не варто виключати самі південні частини Африки і Америки.
Однак не всі експерти поділяють оптимізм норвезьких інженерів: "Енергетичний потенціал різниці солоності води становить 2 кДж / кг. Приблизно того ж порядку і енергетичний потенціал різниці температури води (енергетичний потенціал вуглеводневого палива близько 40000 кДж / кг). Обидва випадки вимагають величезних витрат енергоносія ( води). У випадку теплової енергії питання з обсягами води не варто, оскільки є цілий океан теплої води з потужною холодної підкладкою. У разі солоності виникнуть проблеми з енергоносієм, оскільки ста нції можна будувати тільки в гирлах річок. Крім цього, прісна вода - цінна сировина для життєдіяльності і вже в дефіциті. Практична відсутність енергоносія для створення великої кількості потужних енергетичних станцій позбавляє ідею використовувати різницю солоності води перспективи дозволяє вирішити основну проблему недалекого майбутнього по заміні вуглеводнів " , - вважає Станіслав Понятовський.
Перша в світі осмотична електростанція (фото Statkraft)
Глобальний потенціал "осмотической енергії" компанія оцінює приблизно в 1600-1700 ТВт • год на рік, що еквівалентно половині виробленої в Європейському союзі електроенергії.
Електростанції, що використовують ресурси океану, на перший погляд здаються дуже екологічними. Але за споживанням океанічної енергії криється кілька небезпечних моментів.
З одного боку, робота станцій супроводжується охолодженням поверхні океану, що на тлі глобального потепління має явно позитивну тенденцію. "Якщо розглядати вплив переміщення великих обсягів теплової енергії з верхнього шару на глибину близько 600 м, то можна припустити, що охолодження поверхні океану в тропіках на 1-4 градуси скоріше за все позитивно позначиться на кліматі і сприятиме боротьбі з ураганами, - вважає Станіслав Понятовський . - При супутньому скиданні теплової енергії в нижній шар вона безслідно розчиниться в багатокілометровому басейні холодної води без будь-яких наслідків ".