Главная | Обратная связь

Тепловая энергия морей и океанов.

Установлено, что во многих районах мирового океана существует устойчивая разность между температурой поверхности и глубинными слоями воды, которую можно использовать для получения эл/эн.

В тропических морях верхний слой воды имеет температуру 20-25 ⁰С, а на глубине 1000 метров температура воды приблизительно 5 ⁰С.

Степень преобразования теплоты в работу оценивается термическим КПД. Для идеального цикла Корно, термический КПД

Где Т1-температура нагретой воды (в К), Т2-температура холодной овды (в К). Для перепада температур дельта Т от 18-26 градусов , термический КПД цикла будет составлять от 5-10%.

КПД реальной установки будет значительно меньше, поэтому требуется высокая технологическое совершенство устройств для преобразования тепловой энергии и ???

Энергия разности температур мирового океана оценивается в 20-40 трл. кВт из них на практике могут быть использовано 4 трл. кВт. Преобразование тепловой энергии океана в электрическую можно осуществить с помощью термодинамического цикла в котором рабочим телом является жидкость с низкой температурой кипения, например фрионы, аммиак, изобутан и др.

Возможен подводный и надводный вариант океанической тепловой ЭС (ОТЭС).

Принцип действия ОТЭС заключается в следующем: теплую морскую воду с поверхности направляют в теплообменник парогенератора, где она превращает в пар рабочее тело с низкой температурой кипения. Пар вращает турбогенератор, а затем поступает в конденсатор, там он конденсируется, отдавая тепло воде которая поступает из глубинных слоев океана. Отработанная теплая и холодная вода сбрасывается в океан. Получаемую эл/эн по подводному кабелю можно перемывать на берег, полученную эл/эн можно также использовать ан самой станции в различных технологических процессах, например для получения водорода.

При строительстве и эксплуатации ОТЭС возникает ряд проблем: Для получения большого количества энергии требуется большие расходы теплой и холодной воды, поэтому 50% получаемой эл/эн будет расходываться на собственные нужды и прежде всего на привод насоса. Для подъема на поверхность холодной воды, потребуются трубы большого диаметра общей длиной в несколько сотен метров. Транспортировка и сборка таких труб является сложной технической задачей. Теплообменник парогенератор и конденсатор должны иметь большие поверхности теплообмена.

Для передачи энергии на дальние расстрояния потребуются дорогостоящие подводные кабели.

В 1979 году вблизи Гавайских островов была запущена экспериментальная мини ОТЭС. Испытания этой установки в течении 3,5 месяцев показало ей достаточную надежность, максимальная мощность установки составило 53 кВт. 15 кВт мини ОТЭС отдавало во внешнюю сеть на зарядку аккумуляторов, а остальная мощность расходовалась на собственные нужды. На станции были установлены 3 насоса, один для подачи теплой воды, второй для подачи воды с глубины и третий для циркуляции рабочего тела аммиака. Мини ОТЭС была смонтированная на барже под её днищем был расположен трубопровод для подачи холодной воды. Это полиэтиленовая труба длиной 800 метров с внутренним диаметров 50 см. Труба была сварена на берегу из 58 секций. Трубопровод был прикреплен к днищу судна с помощью специального затвора, дающего возможность быстро отсоединить трубу. Труба одновременно использовалась в качестве якоря(яка).

Опыт полученный на экспериментальной ОТЭС дал возможность построить плавучую лабораторию ОТЭС-1 мощностью 1 МВт. Рабочим телом на станции также является аммиак. Теплая вода подается на установку с температурой 27 оС, а холодная 4 оС. В теплообменниках используют титановые трубки диаметров 20 мм. От ОТЭС переоборудован в танкер, трубопровод для подачи холодной воды состоит из трех параллельных полиэтиленовых труб диаметром 1метр каждый и длиной 900 метров.

На ОТЭС-1 используется карданный подвес трубы к судну. Судно может качатсья на волнах при относительно малом подвижном трубопроводе, если волна не превышает двух метров, если волнение увеличивается, то судно оцепляется от трубы.

НАмеченно строительство третьей эуспериментальной ОТЭС от 40 до 100 МВт. При строительстве такой станции будет использован блочный принцип. Станция собирается из отдельных блоков по 10 МВт каждая.

Трубопровод подачи холодной воды остается однгим из самых сложных узлов станциию Для ОТЭС мощностью 40 МВт потребуется провод диаметром 10 метров и длиной 900 метров.

В результате исследования работы по ОТЭС выявленно, что её влияние на окружающую среду будет минимальной.

При работе ОТЭС возможны следующие отрицательный явления:

1) Утечки в океан рабочего тела, также веществ, которые используются для промывки теплообменника.

2) Возможно выделение углекислого газа из холодных глубинных вод поднимаемую на поверхность вследствие снижения их давления и повышения температуры. Выделение углекислого газа при работе ОТЭС может быть на 30 % выше, по сравнению ТЭС на органическом топливе.

3) Местное изменение циркуляции вод и биологическое воздействие на район океана в котором находится станция. Энергию можно получать не только из теплых вод, тропических и субтропических районах океана, но также из вод северных и южных берегов планеты, т.е. из вод Арктики и Антарктики.

Средняя многолетняя температура воздуха у антарктического побережья –13,7 оС. Температура морской воды подо льдом колеблется от 0,5-1,5 оС. Таким образом существует устойчивая разность температур около 15 оС. Арктические ОТЭС могут работать по такой же схеме как и тропические ОТЭС основанные на цикле с низкокипящим рабочим циклом. Основное различие в схемах связанно с контуром конденсации в качестве конденсаторов используется теплообменный аппарат поверхностного типа, КОТРОЕ тепло с поверхности трубок передается окружающему воздуху.

Процесс передачи тепла происходит за счет свободной и вынужденной конвекции. Во втором случае используется вентилятор. Коэффициент теплоотдачи от поверхности к воздуху не превышает 50 Ватт/м^{2 о}С, а плотность q составляет примерно 0,25 Ватт/м², удельная поверхность такого конденсата будет составлять 120-225 м²/кВт, поэтому размеры конденсаторов будут огромными и использование на Арктическом ОТЭС такого конденсатора маловероятно. Более перспективно является схема с промежуточным теплоносителем, который охлаждается в оросительном режиме. В промежуточном теплоносителе может быть водный раствор СаCl₂. В схеме с оросительным охладителем …

После конденсатора этот раствор в диаметре 1-2 мм соприкасается с атмосферным воздухом и охлаждается. Коэффициент тепло отдачи от капель к воздуху значительно выше по сравнению с коэффициентом теплоотдачи для трубоконденсатора. Это связанно с небольшой толщиной …

При такой схеме конденсатор Арктической ОТЭС практически не будет отличаться от конденсатора тропической ОТЭС и из рабочих тел котоыре можно использовать в цикле преимущества имеют …, он иметт больший коэффициент теплоотдачи и у него больше теоретическая работа 1кг пара в турбине. Это приводит к меньшему расходу рабочего тела при одинаковой мощности. Для Арктических ОТЭС потребуется оборудование, которое может работать при низких температурах. Полезная мощность станции в зависимости от метеоусловий может 15-16% от номинала, поэтому Арктическая ОТЭС должна состоять из блоков и иметь значительный запас установленной мощности.

В России особо благоприятные условия для работы Арктических ОТЭС в зимний период в устьях рек Енисей, Лена и Обь. Средняя многолетняя температура за период с ноября по март для воздуха не превышает -26 оС, а скорость ветра постоянная и составляет 10 м/с. Более теплый и пресный сток рек прогревает морскую воду надо льдом до 3 градусов.