Сделай свой Дом Энергонезависимым!

Получи через 3 минуты на свой емейл 5 ПРАКТИЧЕСКИХ УРОКОВ от профессионала и эксперта в теме.

Меню сайта
Наш канал на Youtube:
Присоединяйтесь:
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
http://energi.ucoz.ru/ главная




предыдущая   

http://energi.ucoz.ru/index/0-14

 

                                                                ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ОКЕАНА
                                                                   ИДЕЯ Д'АРСОНВАЛЯ И РАБОТЫ КЛОДА
В 20-е годы нашего века многие журналы мира обошел странный рисунок из-под киля судна в глубину уходила труба больше самого судна. Столь необычная труба понадобилась французскому ученому Жоржу Клоду . для подъема из глубин океана холодной воды. Клод в те годы начал экспериментальные работы по использованию тепла океана для получения электрической энергии. \ Но чтобы извлечь энергию из теплой воды, одновременно необходима и холодная. Теплой воды сколько угодно на поверхности океана в тропиках, а холодная вода (4--5 °С) есть только на больших глубинах океана -- около 1 км. Для ее получения оттуда и понадобилась длинная труба, которая оказалась самой уязвимой частью энерге-тической установки и отломилась во время шторма, а судно потерпело аварию.
Это была уже не первая попытка Клода использовать тепло океана для выработки электрической энергии'. Перед опытом: с трубой на судне он испытывал энергети-ческую установку на берегу океана (Атлантического). Но чтобы с берега достать холодную воду, потребовалась труба длиной около 1,8 км (по другим данным, 2,5 км). Потери напора в длинной трубе были так велики, что на них шла значительная часть мощности, которую могла выработать установка. Слишком длинная труба практи-чески не позволяла реализовать прекрасную идею. Длину трубы можно было бы значительно сократить, если смонти-ровать установку не на берегу, а на судне, трубу же опустить прямо с судна в глубину. Что и было сделано. Однако конструкция не выдержала первого шторма.
Но главное было сделано -- две недели установка проработала и дала мощность 22 кВт за счет тепла океана. Правда, на собственные нужды она потребила значительно больше. Однако правильность принципа была доказана -- и в этом заслуга Клода. Надо сказать, что соединить с судном трубу длиной более полукилометра -- далеко не простое дело.
Удовлетворительно решить этот вопрос удалось только в конце 80-х годов нашего века, когда была создана установка мини-ОТЕС.
Клод вместе с французским ученым Бушеро сделали несколько попыток по созданию энергетических тепловых установок в разных частях Атлантического океана: в за-ливе Мантанзас на Кубе, на побережье Абиджана и в при-брежных водах Бразилии. Но ни разу им не удалось получить из океана больше энергии, чем установка потреб-ляла на собственные нужды, и поэтому для своей работы она требовала дополнительной энергии от вспомогатель-ного источника. Эта печальная особенность отчасти была связана с малой мощностью установки, из-за чего различ-ные потери составляли слишком высокий процент в общем балансе. Потерь оказалось больше, чем первоначально предполагалось.
Первым обратил внимание на громадные запасы тепло-вой энергии в океане французский ученый Жак Д'Арсон-валь более 100 лет назад (1881 г.) и теоретически показал возможность ее использования. Жоржа Клода называют его учеником, но между ними были серьезные разногласия в вопросе о выборе наилучшей жидкости в качестве рабо-чего тела для океанической тепловой машины. Этот вопрос надо было решить прежде всего. Рабочая жидкость должна закипать при температуре нагревателя, а пары ее после совершения работы в турбине должны сконденсироваться при температуре холодильника.
Нагреватель -- теплая вода из верхних слоев океана. Наиболее высокая температура воды наблюдается в Пер-сидском заливе в августе -- более 33 °С (а самая высокая температура воды зафиксирована в Красном море --плюс 36 °С). Но на максимальную температуру рассчитывать преобразователь нельзя: она встречается на ограниченных участках Мирового океана, а обширные районы имеют температуру поверхностного слоя около 25 °С. Это доста-точно высокая температура, при которой кипят многие жидкости. Д'Арсонваль предложил применить в качестве рабочей жидкости аммиак -- жидкость с температурой кипения минус 33,4 °С, которая будет хорошо кипеть при 25 °С. При нормальной температуре (20 °С) аммиак -- бесцветный газ с едким запахом. При повышении давления газообразный аммиак снова превращается в жидкость. При 20 °С для этого давление надо повысить до 8,46 атм, но при 5 °С -- значительно меньше.
Выбор аммиака в качестве вторичного рабочего тела связан с отличными термодинамическими свойствами его паров. Пары аммиака имеют низкий молекуляр-ный вес, достаточно боль-шой удельный объем и хо-рошие характеристики теп-лопередачи. Они обеспечи-вают турбине вращение с большой скоростью, что очень важно. Благодаря этим качествам аммиак широко2применяется в наши дни в энергетических установках, использующих тепло океан-ских вод. При этом схема тепловой энергетической^уста-новки должна быть замкнутой, т. е.^после холодильника жидкий аммиак снова закачивается в нагреватель. Цикл непрерывно повторяется, пока работает установка. Коли-чество рабочей жидкости, залитой в систему теплового преобразователя, практически не изменяется в процессе работы. Замкнутый цикл имеет ряд преимуществ перед открытым циклом, предложенным Клодом, благодаря чему он получил широкое применение в наши дни в уста-новках OTEG.
Но Клод не захотел воспользоваться аммиаком. Он ре-шил в качестве рабочей жидкости использовать морскую воду. Чтобы добиться ее кипения при температуре поверх-ностных вод в тропиках, создал в установке пониженное давление. Если понизить атмосферное давление в 15 раз, т. е. примерно до 50 мм рт. ст., морская вода закипит при температуре не выше 27 °С. Образовавшийся пар пойдет в турбину, заставит ее вращаться и вращать элек-трогенератор. А потом пар поступит в холодильник, где с помощью холодной глубинной воды превратится в прес-ную воду. Клод спускал ее в море: тогда она была никому не нужна. Такой цикл называется открытым, или не-замкнутым.
Схема энергетической установки, работающей по этому принципу, представлена на рис. 2.2. По этой схеме была построена первая экспериментальна!! установка Клода и Бушеро.
При практической реализации установки ее авторы столкнулись с рядом специфических трудностей. Одна из первых -- это создание низконапорной турбины.
Дело в том, что давление водяного пара, получаемого при не-высокой температуре в условиях частичного вакуума, мало. Чтобы снять сколько-нибудь заметную мощность, турбина должна иметь большие размеры. С этим затрудне-нием Клоду и Бушеро удалось справиться вполне удовле-творительно. Однако при первых же испытаниях обнаружив лась неожиданность. При нагреве из морской воды в боль-шом количестве выделялся растворенный в ней воздух, что повышало давление в системе и нарушало процесс кипения. Для поддержания достаточного разрежения систему приходилось непрерывно откачивать, на что требо-валась дополнительная мощность. В результате умень-шался и без того небольшой КПД установки. С этой проблемой изобретателям не удалось справиться. Были и другие проблемы. Поэтому в последующие годы основ-ное внимание ученых и инженеров обращалось на разра-ботку тепловых преобразователей с замкнутым циклом. Итог их усилий -- действующие ныне системы OTEG.
Рис. 2.2. Схема теплоэнергетп* ческой океанской установки от-крытого цикла
1 -- испаритель, г -- турбина, 3 -- генератор, 4 -- конденсатор, 5 -- пресная вода, в -- теплая вода и,ч верхних слоев, 7 -- холодная вода с больших глубин
Но теперь, спустя более полувека, внимание снова привлечено к открытому циклу. «Открытый цикл вызывает огромный интерес. Он устраняет все проблемы, касаю-щиеся обращения с аммиаком, фреоном и т. н. Пресная вода вырабатывается в качестве побочной продукции», -- считают американские специалисты. В США разрабаты-вается океанская энергетическая установка, которая одно-временно с производством электроэнергии будет давать пресную воду -- один из самых ценных в наше время продуктов, особенно в жарких и индустриальных странах, где все острее ощущается ее недостаток.
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.

следующая 

http://energi.ucoz.ru/index/0-16

http://energi.ucoz.ru/ главная



Если страница Вам понравилась - поделитесь ссылкой на нее с Вашими знакомыми в социальных сетях:

Форма входа
Дом Термос Практика
Быстрое снижение теплопотерь в любом доме

Copyright MyCorp © 2017 | Бесплатный конструктор сайтов - uCoz
Не спешите покидать наш сайтЗакрыть