|
Преобразование тепловой энергии океана. ⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8 Солнечная энергия, поглощённая океаном, преобразуется в тепло, причём, верхние слои воды нагреваются больше нижних придонных на 18…22ºC. Преобразование тепловой энергии океана в электрическую возможно с помощью тепловой машины, использующей перепад температур между поверхностными и глубинными водами океана, рис 5.4. Здесь: П - теплообменник –парогенератор, передающий тепло «горячей воды» хладону, К-конденсатор, в котором происходит конденсация хладона с отбором тепла «холодной водой», Н - конденсатный насос, Т и Г, соответственно, турбина, работающая на парах хладона, и генератор. Рабочая жидкость тепловой машины циркулирует по замкнутому контуру, отбирает тепло от “горячей” воды в теплообменнике испарителя П, в паровой фазе приводит в действие турбину Т и электрический генератор Э, а затем конденсируется в охлаждаемом холодной водой конденсаторе К. Из–за низкого температурного перепада и низкой температуры “горячей” воды в качестве рабочей жидкости применяют хладон или аммиак, имеющие низкую точку кипения.
Рис. 5.4.Использование тепловой энергии океана для производства электроэнергии в тепловом двигателе
В идеальной системе мощность, отдаваемая теплой водой пропорциональна её плотности Максимальная механическая мощность на валу турбины
где Он равен Для идеальной тепловой машины выходная механическая мощность: Требуемый расход воды для идеальной тепловой машины мощностью 1000кВт
Таким образом, даже для идеальной машины при максимально возможном перепаде температур в океане расход воды очень значителен. А максимальный перепад температур 18…22ºС бывает только в тропиках. Хорошие условия для строительства океанской термальной электростанции существуют на Гавайских островах, вблизи полуострова Флорида, США, а также вблизи острова Науру (центральная часть Тихого океана, 0º северной широты, 166º восточной долготы). В 1000м от берега глубина океана уже 700м, а температурный перепад составляет 22 В реальных условиях теплообмена не всё тепло “горячей” воды передаётся рабочей жидкости из–за низкой теплопроводности морской воды, большого сопротивления теплопередаче в теплообменнике слоя накипи, биообрастаний. Поэтому расход воды и размеры теплообменников – значительно больше, чем в идеальном случае. Трубопроводы холодной воды подвергаются воздействию волн, течений и собственного веса, особенно если станция располагается на плавучей платформе в открытом море. В этом случае существуют также сложности в соединении станции с берегом(длинные высоковольтные кабели). Мощность насосов затрачивается на преодоление сил сопротивления в самом трубопроводе и на подъём воды над уровнем океана. Для преодоления сопротивления трубопровода длиной 1000м и диаметром 1м при расходе воды 0,5 м³/с в станции мощностью 1000кВт, при перепаде температур 20ºС нужна мощность насосов всего 5 кВт. Если эта вода поднимается к теплообменнику, расположенному на высоте H над уровнем океана, нужна дополнительная мощность 5 кВт на каждый метр подъёма. На это также расходуется мощность самой станции (собственные нужды). ГИДРОЭНЕРГЕТИКА Гидроэнергетика использует энергию падающей воды. Эта энергия преобразуется в механическую энергию в гидротурбине и в электрическую в гидрогенераторе. Мощность, отдаваемая падающей водой турбине:
где:r=103 кг/м3- плотность воды, g=9,81 м/с2- ускорение силы тяжести,
Потери при этом преобразовании невелики и затрачиваются только на удаление воды из турбины. К.П.Д. современных гидротурбин достигает 90%. При определении гидроэнергетического потенциала местности, района, области годовая выработка электроэнергии ГЭС может составить
Условиями целесообразности использования гидроэнергии в данной местности являются:
подходящий рельеф местности и наличие мест для водохранилищ. Гидротурбины разделяются на реактивные и активные. Рабочее колесо реактивной турбины полностью погружено в воду и вращается за счет разности давлений до и после колеса, рис.6.1. Здесь: 1- русло реки, 2- естественный водопад, 3- решетка, 4- водовод (канал), 5- направляющий аппарат, 6- гидротурбина, 7- гидрогенератор в здании ГЭС.
Рис.6.1. Деривационная гидроэлектростанция с реактивной гидротурбиной вблизи естественного водопада.
Реактивная турбина может работать при реверсировании генератора как насос (гидроаккумулирующие станции). Примером реактивной турбины является пропеллерная гидротурбина с вертикальным валом с осевым направлением потока. Эта турбина наиболее компактна и потому получила наибольшее распространение. Недостатком турбины является большой перепад давлений при движении жидкости в ней из-за того, что поток изолирован от атмосферы стенками направляющего аппарата. По этой причине минимальное давление воды значительно меньше атмосферного и даже может оказаться меньше давления насыщенных паров воды. В потоке образуются пузырьки пара – возникает кавитация. При набегании потока на колесо турбины давление в потоке резко возрастает, пузырьки схлопываются. Возникают большие давления, которые могут вызвать разрушение турбины. Это явление усиливается с увеличением скорости потока и напора. Поэтому вертикально-осевые турбины используются в основном при низких напорах. Рабочее колесо активной гидротурбины, рис. 6.2, вращается в воздухе натекающим на его лопасти потоком воды, т.е. кинетической энергией этого потока. Здесь: 1- русло реки, 2- искусственный водопад, 3- колесо гидротурбины, 4- гидрогенератор в здании ГЭС. Рис.6.2. Гидроэлектростанция с активной гидротурбиной на искусственном водохранилище.
Общая мощность ГЭС в мире (1986г.) около 500 млн. кВт. Ими производится 2 трлн. кВт×час электроэнергии в год (всего производится 10 трлн. кВт×час в год). Потенциальные возможности гидроэнергетики составляют еще 1,5 млрд. кВт не считая малых рек и маломощных установок, суммарная мощность которых может быть значительной.
Крупнейшие ГЭС в мире: Гури- Венесуэла- река Карони-10.300.000 кВт-20 турбин-1986г. Итайпу- Бразилия-Парагвай-река Парана –7.000.000 кВт – 10 турбин-1988г. Гранд-Кули –США - река Колумбия-6.480.000 кВт –33 турбины –1980г. Саяно-Шушенская – Россия – река Енисей- 6.400.000 кВт-1985г. Красноярская – Россия – река Енисей– 6.000.000– 12 турбин –1971г.
ГЭС большой мощности - не всегда экологически чистые. При их строительстве происходит затопление значительных площадей, лесных массивов, полей, заболачивание, заиливание. Меняются режимы рек, морей, условия жизни рыбы, животных. Примеры: строительство ГЭС на реках Сибири, Волге, гибель Аральского моря. Предметом данного курса являются только экологически чистые малые ГЭС, не требующие затопления больших площадей и не нарушающие экологического равновесия в природе. В качестве примера приведем данные двух ГЭС на Ниле. Одна из них хорошо известна. Это Асуанская ГЭС в Египте мощностью 2,1 млн. кВт, 12 турбин, производство электроэнергии 10 млрд. кВт×час в год, год постройки 1970. ГЭС строилась в 60-е годы для решения социально важных экономических задач, возникших перед Египтом. Эти задачи станция помогла решить: расширились площади орошаемых земель почти на 1 млн. га, улучшилось судоходство, была ликвидирована опасность засух и наводнений. Почти вдвое увеличился отбор воды для ирригации. Однако строительство ГЭС привело к значительным потерям: заболачивание местности, засоление сельскохозяйственных площадей в дельте Нила, ухудшение плодородия почвы и увеличения количества минеральных удобрений, опасность нависания огромной массы воды над всем Египтом: водохранилище имеет 500 км в длину, 22 км в ширину и 90 метров в глубину. Другая ГЭС на Ниле - малоизвестна. Это ГЭС на голубом Ниле в районе Великих Водопадов Нила в Эфиопии. Это деривационная ГЭС небольшой мощности (2 турбины по 4,6 МВт). Водовод пробит в скале рядом с водопадом и подает воду к турбинам без создания водохранилищ и нарушения режима реки. Схема этой электростанции показана на рис.7.1. Здесь: 1-русло реки, 2-водопад, 3-решетка, 4-водовод, 5-осевая пропеллерная турбина, 6-направляющий аппарат, 7-генератор. В1950-е годы в Беларуси работало162 малых ГЭС общей мощностью 11,9 тыс. кВт. В настоящее время действует 11 ГЭС мощностью 7 тыс. кВт. Предполагается восстановить и реконструировать еще 29 ГЭС мощностью 15 тыс. кВт и построить на существующих неэнергетических водохранилищах 17 ГЭС мощностью 5,8 тыс. кВт. Всего 27,8 тыс. кВт с годовой выработкой электроэнергии 85 млн.кВт.ч. На загрязненных территориях юга Беларуси существует техническая возможность строительства 4 ГЭС на Днепре ниже Могилева мощностью 112 тыс. кВт, 3 ГЭС на Соже 32,5 тыс. кВт, 1 ГЭС на Припяти 11 тыс. кВт и на притоках Припяти 2,3 тыс. кВт. До 2010 года в республике предполагается освоить 140 тыс. кВт мощности гидроэнергоресурсов. Годовая выработка электроэнергии по разным оценкам может составить около от 0,5 до 1,0 млрд. кВт. ч. в год. Капитальные затраты на строительство ГЭС составляют 2000…2500 долларов на 1 кВт установленной мощности. Срок окупаемости 3 года. Срок службы 50-60 лет. ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГИЯ
Водород получают путем электролиза воды. В газообразном виде он может быть передан на расстояние и сожжен для получения тепловой энергии. При сгорании образуется вода и никаких загрязняющих веществ. Эффективность электролиза- 60% из-за образования пузырьков газа вблизи электродов, что препятствует перемещению ионов и увеличивает электрическое сопротивление. Применение в качестве электродов пористых материалов увеличивает эффективность электролиза до 80%. Водород из воды получают при высокотемпературном нагреве. При этом электрический потенциал, необходимый для разложения воды, снижается. Целесообразна замена электроэнергии разложения воды теплом от дешевого источника, например, солнечного излучения. В качестве электролита для получения водорода может быть морская вода. Сложность возникает из-за выделения хлора на ²кислородном² электроде. Чистый водород можно получить, если поддерживать на электролизной ячейке 1,8 В, но это снижает плотность и ведет к увеличению площади электродов. В настоящее время исследуются и другие способы получения водорода, например, путем использования некоторых видов водорослей, которые ²фотосинтезируют ² водород. Сложности существуют при хранении водорода из-за большого объема хранилищ и низкой температуры кипения (20 К) сжиженного водорода. Возможно его химическое аккумулирование в виде металлогидридов из которых он извлекается при нагревании до 50°С, что удобно в эксплуатации и позволяет хранить большие запасы водорода. Металлогидрид FeTiH1,7 при нагревании выделяет Н2, а в самом гидриде содержание водорода уменьшается. Эта реакция обратима, поэтому гидридные аккумуляторы можно подзаряжать на заправочных станциях. При зарядке выделяется тепло, которое можно использовать в местных теплосетях. Гидридные аккумуляторы могут быть использованы как топливные баки. Водород можно передавать по трубопроводам или использовать непосредственно для получения электроэнергии в топливных элементах. Водород получают разложением аммиака NH3 на азот N2 и водород Н2 при более низких температурах, чем воду. Сочетание теплового двигателя для сжигания водорода и солнечного тепла для преобразования аммиака позволяет получать электроэнергию.
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Основные понятия Энергосбережение - это реализация правовых, организационных, научных, производственных, технологических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов с вовлечением в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Энергосбережение в технике осуществляется при изготовлении, эксплуатации, ремонте, утилизации изделий, выполнении работ. Энергоемкость - это количественная характеристика затрат энергии (топлива) на основные технологические процессы изготовления, ремонта, утилизации, выполнения работ. Энергоемкостью оценивается энергетическая рациональность конструкций в части их энергопотребления. Энергопотребление - это затраты энергии (топлива) при использовании изделий, установок и т.д. по назначению. Энергозатраты включают все расходы энергоресурсов по данному технологическому или хозяйственному объекту, приведенные к условному топливу. По энергозатратам изделие или технологический процесс может быть энергоэкономичным или неэкономичным, а использование энергоресурсов эффективным (энергоэффективная технология) или неэффективным. При несоблюдении требований стандартов, технических условий и паспортных данных возможен непроизводительный расход энергоресурсов. Энергопотребляющиеизделия и процессы характеризуются энергетической эффективностью (энергетическим КПД), которая подразделяется на классы, определяемые индексами энергетической эффективности. Показатели энергосбережения дают количественную характеристику мер по энергосбережению и основываются на показателях энергопотребления и энергоемкости. Они могут быть абсолютными, удельными, относительными, сравнительными. В качестве основного относительного показателя обычно используется КПД. К абсолютным показателям энергосбережения относятся: расход топлива или энергии, потребляемая мощность, потери мощности, падение напряжения в номинальном режиме, потери холостого хода и короткого замыкания. К удельным показателям энергосбережения относятся: КПД, удельный расход топлива или энергии на единицу продукции (или энергии), отношение потерь к номинальной мощности, коэффициент использования. Плановый расчетный показатель усредненного расхода энергии или топлива при изготовлении, эксплуатации, ремонте, утилизации изделий представляет собой норму расходаэнергоресурсов. Различают нормы: индивидуальные и групповые, технологические. Норматив - это норма расхода энергоресурсов применительно к конкретным условиям, конкретному объекту, процессу. Требования по энергосбережению должны устанавливаться ГОСТ, ТУ, КД на все изделия и процессы при использовании которых потребляется энергия или топливо. Эти изделия и процессы подразделяются на: (1) потребляющие энергию (топливо) для производства продукции, выполнения работ, (2) для преобразования одних видов энергии в другие, (3) для создания энергоносителей. Энергосбережение характеризуется: (1) показателямиэнергопотребления (например, энергопотребление бытового холодильника 0,5 кВт×ч в сутки), (2) показателями энергоемкости (например, при изготовлении бытового холодильника расходуется 80 кВт. ч электроэнергии, 20 кг условного топлива и т.д.), (3) показателямиэнергосодержания (например, энергосодержание 1 кг биогаза, получаемого при пиролизе навоза, составляет 20 МДж, или энергосодержание 1 кг бензина, получаемого при перегонке нефти, составляет 47 МДж). Показатели энергопотребления должны использоваться: (1) для изделий, потребляющих различные виды топлива для производства энергии (котельная, дизель-генератор), для выполнения работ (автомобиль, тепловоз), для производства продукции (плавильная печь), (2) для изделий, потребляющих различные виды энергии для преобразования в другие виды энергии (газовая турбина, электродвигатель), для выполнения работы, производства продукции (насос, буровая установка, фасовочный автомат, холодильник), (3) для изделий, участвующих в передаче и распределении энергии (трансформатор, ЛЭП, трубопровод, редуктор). Показатели энергоемкости операций по изготовлению, ремонту, утилизации выражаются количеством топлива (энергии), израсходованного на основные технологические процессы, без учета расходов на отопление, освещение и т.д. Для учета расхода всех топливно-энергетических ресурсов их пересчитывают на условное топливо с теплотой сгорания 29,3 МДж/кг.
![]() ![]() ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... ![]() Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... ![]() Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... ![]() ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|