Альтернативные источники энергии и энергосбережение - [72]
Все сказанное иллюстрируется рис. 5.6. В Японии подобные устройства используются для питания электроэнергией плавающих буев. Пока еще рано говорить об экономической эффективности описанного и других подобных устройств (например, с использованием гидравлических турбинок), все это пока первые шаги.
Энергия морских волн в природе представлена в наиболее сконцентрированном виде. Среднегодовые показатели энергии на один метр волнового фронта Северного моря составляет 90 кВт, а Черного моря — 40 кВт.
Волновая станция (рис. 5.7) обладает следующими преимуществами:
♦ содержит гибкую энергопоглащающую систему, которая непрерывно изменят свои параметры под воздействием набегающих морских волн широкого диапазона длин и амплитуд, что определяет КПД станции до 80 %;
♦ имеет низкий уровень удельных капитальных затрат — 2500–3500$ на 1 кВт/час производительности, что ниже этого показателя для существующих волновых электростанций;
♦ имеет низкую себестоимость производимой электроэнергии — 0,005$ за один кВт/час;
♦ представляет собой модульную конструкцию и может проектироваться требуемой производительности;
♦ производительность одного модуля, лежит в пределах от 0,1 МВт до 1 МВт, и зависит от энергетического потенциала акватории и размеров модуля;
♦ станция имеет высокую стойкость в штормующем море, что обеспечивается проницаемостью конструкции для морских волн и ее способностью погружаться на необходимую глубину;
♦ станция мобильна и может быть отбуксирована в любой участок акватории.
Рис. 5.7.Волновая электростанция
Для постановки волновых станций такого типа на производство на сегодняшний день по заданию и при участии НПФ «Крок-1» проведены следующие работы (http://energetika.biz.ua/):
♦ изготовлен и испытан макет станции в масштабе 1:10;
♦ испытания проводились в волновом бассейне института гидромеханики НАН Украины и в натурных условиях Киевского водохранилища.
5.2. Тепловая энергия океана
За счет вертикальной разности температур тропического океана, вовлекая в процесс преобразования 5 % энергии от солнечного излучения на площади 4х10>13м>2 можно стабильно обеспечить генерирующие мощности на 10 000 ГВт (рис. 5.8).
Рис. 5.8.Тепловой энергетический потенциал океана
К сожалению, то, что ни в коем случае нельзя допускать, реализовано во всех экспериментальных установках.
Ни в коем случае нельзя поднимать холодную воду к поверхности океана. Подъем воды создает трудно решаемые проблемы, которые сводят на нет все затраченные усилия, что практически и наблюдается.
Первая проблема — большие энергетические затраты для работы насосов, поднимающих воду. Вторая проблема — выделение растворенных газов из глубинных слоев при снятии давления. Третья проблема — обрастание теплообменных узлов, постоянно находящихся в теплой воде. Четвертая проблема — необходимость иметь технические и энергетические стартовые мощности для запуска станции (www.watervigorous.com).
После установки рабочего тела в районе работы, оно в теплообменных узлах автоматически приобретает необходимую температуру. Проблемы обрастания решаются периодическим изменением глубины и температуры работы теплообменных узлов, т. е. теплообменные узлы меняют местами, а периодическая смена условий существования не дает развиваться морским организмам.
В результате решения этих проблем появляется возможность создания электростанций, береговых кондиционеров с дополнительной выработкой пресной воды, скоростных мобильных объектов и т. д.
В этой системе с помощью теплых поверхностных вод, подаваемых на теплообменник — испаритель, рабочее тело (аммиак, пропан и др.), превращается в пар, в результате чего создается повышенное давление. Проходя через турбину и выделив на ней механическую энергию, пар конденсируется на поверхности второго теплообменника, омываемого холодной водой глубинных слоев.
На рис. 5.9 показан термодинамический цикл такой тепловой машины в координатах абсолютная температура-энтропия. Полезная работа, совершаемая паром в турбине, определяется ветвью 1–2, на участке 2–3 происходит конденсация, затем насосом рабочее тело подается в испаритель 3–4, где нагревается (ветвь 4–5) и испаряется (ветвь 5–1).
Рис. 5.9.Термодинамический цикл тепловой машины в координатах абсолютная температура-энтропия
Таким образом, подвод рабочего тела к системе тепла осуществляется на ветви 3-4-5, а отвод — на ветви 2–3. Дополнительную работу приходится затрачивать на закачку конденсата в испаритель (3–4) и на перекачивание воды сквозь нагреватель и холодильник. Максимальный теоретический КПД такой системы определяется разностью температур воды, перекачиваемой через нагреватель и холодильник, как КПД эквивалентного цикла Карно.
Для перепадов температур между поверхностными и глубинными слоями воды в пределах от 15 до 26 °C он, соответственно, изменяется в диапазоне от 5 до 9 %. Реальный КПД, как правило, существенно ниже.
Это связано с конструктивными ограничениями, не позволяющими в реальной установке довести температуру паров и конденсата до температуры теплых и холодных вод, соответственно (на рис. 5.9 это подчеркнуто с помощью разностей температур).
