2. Получение энергии из океанических волн




Скачать 229.28 Kb.
Название2. Получение энергии из океанических волн
Дата публикации17.03.2013
Размер229.28 Kb.
ТипРеферат
odtdocs.ru > Астрономия > Реферат
Содержание

Введение................................................................................. 3
1. Энергия приливов....................................................................... 4
2. Получение энергии из океанических волн............................... 6
3. Возможность использования энергии течений........................ 8

4. Термальная энергия океана ( ОТЭС ) …................................... 10
5. Энергия биосырья океанов......................................................... 13

6. Перспективы извлечения энергии из градиента солёности вод..14
Заключение..................................................................................16
Список литературы.....................................................................18






^ Глава I ЭНЕРГИЯ ПРИЛИВОВ

Приливы и отливы у побережья океана — это результат гравитационного взаимодействия Земли с Луной и Солнцем. По первому закону термодинамики энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно. В нашем случае энергия силы притяжения Луны и Солнца (составляющая солнца 46%, Луны 54%), переходит в энергию приливов. Наиболее высокие приливы происходят тогда, когда Луна и Солнце находятся почти на одной линии. Их суммарное гравитационное взаимодействие увеличивает объём перемещаемой воды.

Приливы делятся на две группы: суточные (24 ч) и полусуточные (12 ч 25 мин). Во время приливов и отливов перемещающиеся водные массы создают приливные течения. Скорость этих течений в среднем 5 м/с. В открытом море подъём водных масс не превышает 1 м. В устьях рек и сужающихся каналах высота приливов достигает внушительной высоты. В заливе Фанди ( Канада ) приливы поднимаются на высоту 17,3 м. В Европе высокие приливы бывают в устье реки Северн (Англия) и на Атлантическом побережье Франции — 13,5 м. В России наибольшие по высоте приливы зафиксированы в Пенжинской губе (14,5 м) и Тугурском заливе Охотского моря (10 м), в Мезенской губе Белого моря (10 м).

На прилив-отливные явления существенное влияние оказывает и ветер. Если ветер дует с моря, он нагоняет воду на берег и высота прилива увеличивается. При ветре, дующем с суши, высота прилива уменьшается.

Как энергия приливов далее способна совершать работу? Как в 11 веке мельники, так и сейчас, строят дамбу, где задерживается поднимающаяся вода в резервуарах. При отливе воду пропускают через турбину, которая вращается за счёт энергии падающей воды и приводит в действие генератор.

Использование энергии приливов издавна привлекало население земного шара. Например в Англии ещё с 1650 г в Лондоне на реке Темзе энергия приливов и отливов использовалась для привода механизмов разведения моста, для вращения жерновов мельниц, для распиловки древесины.

Электростанции такого типа принято называть приливной электростанцией - ПЭС. Принцип ПЭС заключается в следующем (рис.1 [3]). В устье реки или в заливе строится плотина, образуя приливной бассейн. В корпусе плотины устанавливаются гидроагрегаты. Во время прилива вода, вращая турбины, набирает бассейн. При отливе вода возвращается из бассейна, также вращая турбины только в обратном направлении. Станция будет приносить доход, если будет построена в районе с приливными колебаниями не менее 4 м. Использование ПЭС затрудняется из-за неравномерности её выработки. Для устранения этой проблемы бассейн ПЭС можно разделить на несколько меньших бассейнов, с поочерёдной коммуникацией этих бассейнов через турбины с морем и между собой. Однако стоимость многобассейновых ПЭС резко возрастает.

В настоящее время работают промышленная ПЭС «Ранс» во Франции (240 МВт, 1967г.), Кислогубская ПЭС в России (0,4 МВт, 1968г.), опытная ПЭС Аннаполис в Канаде (20 МВт, 1984г.) , три опытных станции в Китае на побережье восточно-китайского моря, одна из них «Изяньсянь» (12 МВт, 1981 г.), в Корее закончено строительство ПЭС в Sihwa (254 МВт, 2011г.). С 2006г. в России начала работать экспериментальная ПЭС в Мезенской губе Белого моря. На основе исследований, проводимых на ней и на ПЭС в Кислой губе на Баренцевом море, осуществлены технические обоснования и Проекты новых ПЭС. Это Мезенская ПЭС(11,4 МВт) на Белом море, Тугурская ПЭС (8 МВт) и Пенжинская ПЭС (87 МВт) на Охотском море. Есть данные об осуществлённом проекте строительства Северной ПЭС (12 МВт) на Мурманском побережье и о начале проектирования Кольской ПЭС (32 МВт) на побережье Белого моря.

Первая в мире ПЭС была запущена во Франции в устье реки Ранс. Средняя высота приливов составляет 8,4 м. На реке была построена плотина длиной 800 м. На станции установлены 24 капсульных гидроагрегата. Такой гидроагрегат может работать в трёх прямых и трёх обратных режимах: режим генератора, режим насоса и режим водопропускного отверстия. Строительство ПЭС оказалось в 2,5 раза дороже строительства ГЭС такой же мощности. Но, со временем было доказано, что строительство такой станции экономически оправдано: электроэнергия, которую вырабатывает ПЭС дешевле той, которую вырабатывает ГЭС.



В России использование приливной энергии в прибрежных зонах арктических морей требует больших капиталовложений. Первая в нашей стране ПЭС была построена в 1968 г. вблизи Мурманска и отбуксирована в Кислую губу. Эта станция имеет сравнительно небольшие размеры, её длина равна 40 м. На Кислогубской ПЭС установлен один обратимый капсульный гидроагрегат французской фирмы «Нейрпиг» мощностью 400 кВт. На Кислогубской ПЭС был впервые применён наплавной метод строительства. Этот способ заключается в том, что основная часть станции строится не непосредственно на месте, а в других более подходящих портах, ставится на понтоны и отбуксировывается в заранее подготовленное место. Там она затапливается и надстраивается сверху уже готовыми конструкциями. Наплавная технология позволяет снизить на треть капиталовложения.

На Кислогубской ПЭС проводятся разные исследовательские работы, осуществляется проектирование новых приливных электростанций. На ней был разработан новый тип ортогональной турбины. Ось вращения этой турбины располагается перпендикулярно к потоку воды. Такая турбина идеально подходит к двухсторонней работе ПЭС. По сравнению с капсульным гидроагрегатом эта турбина способна пропускать больший объём воды при холостом пропуске воды. Ортогональная турбина имеет значительно меньшую стоимость за счёт простоты конструкции и отличается меньшей металлоёмкостью и высокой технологичностью при производстве.

Приливы на реке Ранс и в Кислой губе очень высоки. Таких мест в мире немного. Однако на разных континентах можно найти много заливов с приливным уровнем около 4,5 метров. Это побережье Колумбии, Бразилии, Чили и др. Приливы в Охотском море, в устье реки Сеул, вблизи Шанхая с уровнем в 12 метров. Также высокие приливы есть в Индии в заливах Амбий, Кутс.

Мировые запасы приливной энергии оцениваются в 1 трлн. кВт ч.

Часть учёных считает что первоначальные вложения в строительство приливных станций слишком велики. Однако, «Электричество, производимое на Ранс дешевле, чем электричество, производимое ядерными реакторами» [ 3 ].

Влияние на окружающую среду от ПЭС минимально. Оно может быть связано с увеличением амплитуды приливов. Это может привести к затоплению суши, к попаданию солёной воды в устья рек и в подземные водоносные слои. Экологическая безопасность была доказана как за рубежом, так и России. На Кислогубской ПЭС проводились опытные пропуски промысловой рыбы через плотину. В результате ни одна из выловленных особей не получила повреждений. Установлено что на капсульном гидроагрегате гибнет 4 — 5% рыбы и планктона, тогда как на ГЭС гибнет до 85% биомассы планктона.

Одним из главных преимуществ ПЭС является отсутствие затопляемых земель, так как приливной бассейн образуется естественным путём.

Считается, что приливы — будущий источник дешёвой и экологически чистой электроэнергии.


^ Глава II Получение энергии из океанических волн


Волны — это колебания водной поверхности. Причины возникновения волн — регулярное воздействие внешних сил. Давление ветровых потоков создаёт ветровые волны. После длительного действия сильных ветровых волн остаётся зыбь, обычно это длинные, высокие волны. За счёт колебаний морского дна, вследствие землетрясений и подводных извержений, возникают цунами. Резкими колебаниями атмосферного давления перед грозой, непогодой вызываются сейши — медленные колебания водной поверхности.

Энергия волн складывается из кинетической энергии частиц жидкости, которые участвуют в волновом движении, и потенциальной энергии, которая определяется высотой волны.

Первая опытная волновая электростанция (ВолнЭС) была построена во Франции у города Бордо в 1910г. (1 кВт). Но только после 1960г. с началом энергетического кризиса были продолжены работы в этой области.

Были найдены места возможного строительства ВолнЭС. Северо-западное побережье Великобритании, Шотландии; побережья Норвегии, Швеции, острова Дании и Атлантического океана в Европе. Побережье Канады, Чили, Аргентины в Америке. Побережье Индии, острова Мадагаскар, побережье Японии и её острова.

Какова дальнейшая история строительства ВолнЭС? До 1980г. в США и Канаде было создано более 1000 плавучих буев с электроаппаратурой, радиоэлектронной связью, использующих энергию волн. С их помощью отслеживают айсберги, проводят исследования.

Затем в 1985-1988г. была построена первая промышленная ВолнЭС в Великобритании вблизи города Плимута. За период с 1986 по 1995г. были построены волновые станции в Индии около штата Керал, в Алжире, Пуэрто-Рико, на острове Маврикий. Япония ещё в 1976 году провела испытания плавучей ВолнЭС «Каймея» в Японском море в префектуре Ямагата, затем был проект и позже строительство станции с 3-мя турбинами диаметром 1,4м.

Имеются сведения об испытаниях в России волновой установки на Каспийском море мощностью 3 кВт. Сообщений о построенных ВолнЭС в России не найдено. Однако, ряд институтов, в частности Астраханский государственный институт, институт проблем морских технологий Дальне-Восточного отделения РАН (лаборатории энергетики океана) в г. Владивостоке, проводят исследования по преобразованию энергии волн. Ими разработано несколько конструкций волновых энергетических станций, которые позволяют получать электрическую энергию из кинетической и потенциальной энергии морских и океанических волн.

Сейчас существует много способов преобразования энергии волн в электрическую энергию. Это преобразование кинетической и потенциальной энергии волн происходит в специальных устройствах — преобразователях. Несколько таких преобразователей, соединенных общими коммуникациями, и составляют волновую электростанцию. Чаще используют единичные модули малой мощности, 1 МВт, размерами около 50 м вдоль фронта волны.

Основу конструкции плавучего точечного преобразователя разработал доктор Солтер из Великобритании ещё в 1970-х годах. Называют её «Нырок», «Поплавок» ( Рис. 2 [2] ).




На волнах корпус ( 1 ) и поплавок ( 2 ) перемещаются относительно друг-друга. При этом внутри катушки ( 6 ) возникает ток, который по кабелю ( 7 ) передаётся на объект.

Мощность преобразователя зависит от его размеров. На практике диаметр D равен

0,5-1,5 м, а длина L 2,5-3,0 м. Мощность таких преобразователей 0,2-0,3 кВт. Такие точечные преобразователи объединяют в станциях по 10-50 единиц.

Эти преобразователи необходимо крепить ко дну и устанавливать на глубине не более 10 метров.

Существует несколько разновидностей таких преобразователей.

Все точечные преобразователи применяются для освещения навигационных знаков, для снабжения энергией подводных аппаратов, приборов и небольших прибрежных объектов.

Румыния планирует создать целую сеть ВолнЭС на Чёрном море на основе плавучих преобразователях с целью снабжения энергией средних и малых населённых пунктов.

Создателем преобразователя волновой энергии типа «плот» считается английский конструктор-судостроитель Коккрелл. Испытания его конструкции были проведены в 1970-80-х годах у берегов Шотландии в проливе Солент. Был разработан проект станции, состоящей из 1500 плотов, мощностью 2 МВт, однако, станция не была построена из-за больших затрат. Секции плотов длинной от 6 до 20 м соединены шарнирами. Одна крайняя секция крепится к стенке. Колебания плота преобразуются в движение магнитов и катушек, что ведёт к появлению электрического тока.

Сейчас существует несколько разновидностей этих преобразователей и называют их преобразователями волновой энергии с качающимися элементами.

Развитие волновой энергетики связано с большими трудностями. Это — непостоянство направления движения, амплитуды высот волн, наличие ураганов, штормов, которые раз в 100 увеличивают нагрузки на установки. По результатам работающих станций показано, что электроэнергия, вырабатываемая этими волновыми станциями, дороже электроэнергии, получаемой традиционными способами в 2-3 раза. Однако, волновая энергия выгодно выделяется среди других нетрадиционных возобновляемых источников энергии, так как её удельная мощность (мощность потока волновой энергии с 1 м длины волнового фронта) самая большая, исключая приливы. Волновая мощность мирового океана оценивается в 2,7 млрд. кВт, что составляет 25% всей Е, потребляемой в мире.

Считается, что ВолнЭС рентабельнее ветровых, солнечных. Для слаборазвитых островных государств, не имеющих углеводородные ресурсы, ВолнЭС имеют большое значение. Так королевство Тонга в Западной Полинезии (около Австралии) в 80-е годы намеревалось построить ВолнЭС мощностью 2 МВт.

^ Глава III Возможность использования энергии течений

Все океаны пронизаны течениями. Они разнообразны: имеют разные направления, разную скорость, могут проходить по поверхности, а могут залегать на глубине. Самое первое упоминание о течениях было сделано Колумбом, который плыл к Сан-Сальвадору в быстрых водах попутного западного течения. Колумб был не единственным свидетелем подводных течений. В 1513 году испанский мореплаватель Понсе де Леон, искавший источник Молодости, увидел необычную картину. Во время ужасного шторма его судно плыло на север, несмотря на то, что ветра дули на юг. Он попал в мощное течение под названием Гольфстрим, именно в этом месте оно течёт на север.

В наши дни о течениях стало намного больше известно, чем тогда. Вода в течениях отличается от остальной морской воды по многим параметрам. У них другие температура, скорость, содержание соли, запасы кинетической энергии. Течения вызываются ветрами, дующими всё время в одинаковом направлении, вращением Земли, различиями в температуре и плотности воды. Из всех течений большее внимание уделяют Гольфстриму, так как оно обладает огромной кинетической энергией. Все постепенно начали смотреть на течения, как на источник дешёвой и круглосуточной энергии, не загрязняющий окружающую среду.

Энергетически оправданным является строительство электростанций на течениях, таких как Гольфстрим и Куросио, проходящего вдоль восточного побережья Японских островов. В Гольфстриме протекает 83 млн. кубометров воды ежесекундно со скоростью течения 2м/с. В Куросио ежесекундно протекает 55 млн. кубометров воды со скоростью течения 1,8м/с. Также существуют течения, на которых строительство электростанций не будет убыточным. К ним относятся течения у западного побережья Канады, у побережья Кореи, в Гибралтарском проливе, у Шантарских островов России, в проливе у побережья Колумбии.

Кинетическую энергию течений можно преобразовать в механическую и электрическую с помощью больших низко-скоростных турбин. Сегодня можно получить энергию при скорости потока более 1м/с с получением 1 кВт мощности с 1 м поперечного сечения потока. Существуют разные проекты. В одних турбины размещаются с вертикальной осью, в других с горизонтальной осью, но в основном предпочтение отдаётся турбинам с вертикальной осью, так как они могут подстраиваться под интенсивность потока воды и изменениям его направления.

В мире разрабатывается множество установок. В США с 1973 г. разрабатывается проект энергосистемы из океанских турбин, названный программой «Кориолис». Он предполагает установить во флоридском течении (часть течения Гольфстрим, около г. Майами) 242 турбины, каждая с двумя рабочими колёсами, вращающимися в противоположных направлениях. Они размещены в полой алюминиевой камере, что и обеспечивает плавучесть конструкции. Все агрегаты предполагается установить на глубине 30м, что бы не мешать судоходству. Мощность каждой турбины с учётом всех потерь составляет 43 МВт.

В самом начале разработки проекта в качестве преобразователя энергии Стилманом был предложен «водяной преобразователь работающий на низких скоростях» (WLVEC) ( Рис. 3 [3] )




WLVEC состоит из двух составляющих: колеса на оси, закреплённого на судне или плавучей платформе, и вытянутой петли, вращающейся вокруг колеса. Вдоль петли закреплены паруса, выполненные в виде парашютов. Когда это устройство опускается под воду, парашюты приводят систему в действие под действием силы течения. Доктор Стилман доработав WLVEC сказал, что не существует верхней границы выходной мощности этой установки. При цене на нефть равной 30$ за баррель, установка будет производить электричество на 1,5 миллиона долларов в день. Однако, позже разработчики остановились на использовании турбин. Авторы проекта предполагают производить 10000 МВт энергии без загрязнения окружающей среды. Было показано, что влияние станции на скорость и температуру течения практически несущественно.

В Японии проводятся исследования с целью извлечения энергии из течения Куросио. Япония разработала силовые генераторы, использующие энергию течения с эффективностью, значительно превышающей эффективность солнечных батарей и не намного уступающей атомным реакторам. Разрабатываются установки с трёхлопастными гидротурбинами с диаметром рабочего колеса 53м. Их предполагают устанавливать в проливах и у отдельных островов.

Разработан проект по использованию энергию течения в Гибралтарском проливе, теоретические запасы энергии которого составляют 150 млрд. кВт*ч в год.

В России только в Курильских проливах и у Шантарских островов наблюдаются течения приливных вод со скоростью до 3,5м/сек. Высказываются идеи о возможностях установки гидротурбин в толще вод с целью получения энергии из приливных течений.

На данный момент единственная построенная и эксплуатирующаяся станция находится в Корее, в проливе Uldolmok (между островами на юге Корейского полуострова). В эксплуатацию она была введена в 2009г. Течение в этом районе достигает 5,5 м/сек. Электростанция оснащена 2 турбинами по 500 кВт каждая.

Сейчас стоимость электростанций, преобразующих энергию океанских течений, очень велика. Но в процессе совершенствования установок и уменьшения металлоёмкости конструкции стоимость таких станций может уменьшаться.

Кроме того, мощность подобных станций можно увеличивать постепенно, добавляя новые турбины, что уменьшит первоначальные затраты. Это является их преимуществом перед плотинными ПЭС, которые требуют огромные первоначальных затрат на строительство плотин.

Однако, высказываются мнения, что при отборе энергии из течений не следует провоцировать рост ледников, что может повлиять на скорость вращения земли. И с этих позиций для исключения скорости вращения Земли производство энергии на основе тепла океана следует осуществлять в узкой 5 градусной зоне, прилегающей к экватору.
^ Глава IV Термальная энергия океана ( ОТЭС )


Другой способ извлечения электроэнергии из океана — преобразование термальной энергии океана на океанических тепловых электростанциях (ОТЭС). Мировой океан - огромный аккумулятор солнечной энергии. По подсчётам учёных эта энергия равна 15*10 кДж. Но эти запасы размещены неравномерно, выигрывает экваториальная зона и зона субтропиков. Здесь верхний слой воды в несколько метров прогревается до 25-30 градусов, а температура воды на глубине 1 км около 5 градусов. Но разность температур поверхности и глубинных слоёв воды наблюдается во многих местах океанов. Данный перепад температур можно использовать для выработки электроэнергии. Станции ОТЭС делятся на два типа — станции открытого и закрытого типа. Станции открытого типа используют в качестве главного теплоносителя пар, который образуется из тёплой воды в специальном вакуумном испарителе. Станции такого типа часто называют вакуумными ( рис. 4 [7 ] ).

Для образования тёплой воды в какой-либо морской бухте ограждается мелкая хорошо прогреваемая лагуна, где температура может достигать 28-32 градусов. Такая вода подаётся в теплообменник (3), где она фильтруется и насосом (4) в сжатом состоянии подаётся в вакуумный испаритель (5). Вода распыляется и при низком давлении быстро испаряется. Пар из испарителя (5) поступает в паросборник (7), где уплотняется до давления 200 кПа. Оттуда он поступает в турбину (9), вращающую электрогенератор (ЭГ), после турбины смесь пара и конденсата откачивается в теплообменник-конденсатор (10). Образовавшаяся вода может либо сливаться в лагуну, либо откачиваться для опреснения. КПД данного типа не более 5%.







Станции закрытого типа в качестве основного теплоносителя используют любую быстро закипающую жидкость. Обычно это аммиак или фреон. Нагрев этих жидкостей осуществляется теплом прогретой океанической воды, поэтому их ещё называют двухконтурными ( Рис. 5 [6] ).

Рабочий теплоноситель, циркулируя по замкнутой схеме, отбирает тепло от горячей воды в испарителе (2) и в паровой фазе приводит в действие турбину (1), связанную с генератором. После турбины пар конденсируется в охлаждаемом холодной водой конденсаторе (4). Отработанная тёплая и холодная вода сбрасываются в океан. КПД станций закрытого типа 10-16%. Но здесь существует ряд проблем. Аммиак ядовит и в результате утечки может оказать негативное влияние на окружающую среду и обслуживающий персонал станции. Из этого следует, что надо уплотнить турбины, насосы и трубопроводы. Также можно заменить ядовитый аммиак на нейтральный фреон. Но фреон гораздо дороже аммиака и требует определённых условий хранения. В связи с этим затраты на строительство и эксплуатацию ОТЭС увеличиваются.

Первую опытную установку открытого типа построил в 1928 г. Ж. Клод на Кубе, в заливе Матансас. Эта станция мощностью 21кВт проработала 2 года, пока не была разрушена ураганом. В его установке он, снижая давление в камере, создал условия для закипания морской воды и образования пара, который приводил в движение турбогенератор. Далее пар конденсировался в пресную воду в конденсаторе. Но! От соли металл подвергался коррозии и установки оказались неработающими.

Следующие существенные испытания были проведены в 60-х годах компаниями «Локхид» (США) и «Альфа-Ловаль» (Швеция) в районе Гавайских островов. Была создана опытная установка мощностью 50 кВт. Отработали варианты применения в качестве теплоносителя и воду, и аммиак, и фреон; технологию монтажа, трубопроводов и ряд других вопросов.

В 80-х годах ряд стран Европы, США, Япония подписали международную программу «Евро-океан», благодаря которой Япония построила опытную установку мощностью в 100 кВт вблизи острова Наури, которая работает и по сей день.

В эти же годы ряд фирм США, Франции начали создавать опытные ОТЭС на Тайване, Индонезии, у берегов Бразилии, на Мадагаскаре.

Строительство и эксплуатация ОТЭС имеет много проблем:

  1. Низкий КПД станции, не выше 16%.

  2. Большие размеры станций и большие начальные капиталовложения в связи с транспортировкой и сборкой труб большого диаметра для подачи и забора воды.

  3. Необходимость дорогостоящих кабелей для передачи энергии.

  4. Возможность утечки в океан рабочей жидкости (аммиак, фреон).

  5. Необходимость исследований влияния ОТЭС на окружающую среду.




Глава V Энергия биосырья океанов


Идея использования бурых водорослей, как потенциального источника получения энергии, возникла в США.

В 1974 г. под руководством Уилкоса и Норта, профессоров Калифорнийского университета, была создана океаническая энергетическая ферма у острова Сан-Клемент в 96км от Калифорнии в Тихом океане. Уилкос — разработчик проекта, а Норт — специалист по бурым водорослям.

Использовался вид Macrocystis pyrifera бурых водорослей. Они не имеют ни корней, ни листьев, а имеют пластины с усиками-крючками, за счёт которых прикрепляются к подводным скалам и таким образом удерживаются. Закрепившись, водоросли растут вверх к свету, а достигнув поверхности воды, лентами стелются по залитой солнцем поверхности моря. В стеблях происходит превращение энергии Солнца в химическую в процессе фотосинтеза.

Для роста гигантских водорослей необходима их подпитка питательными веществами (азот, фосфор, калий и т. д.). Они содержатся в прибрежных водах, в которых живут, питаются и умирают различные водоросли, ракообразные, моллюски и рыбы.

Большее количество питательных веществ содержится и в глубинных океанических слоях за счёт накопившихся там останков растений и животных. Бурые водоросли наиболее хорошо растут там, где происходит перемещение этих глубинных вод со дна к поверхности, что наблюдается у берегов Калифорнии, Перу в восточной границе Тихого океана.

Построенная в 1974г энергетическая ферма через год была разрушена неизвестным судном. Но исследования показали, что пересаженные прибрежные бурые водоросли могут размножаться в воде океана, но для их нормального роста необходим питающий их водяной слой.

В 1978 г. теми же разработчиками была создана новая опытная ферма в Тихом океане в проливе Сан-Педро на расстоянии 12,5км от местечка Корона-дель-Мар, расположенного южнее Лос-Анжелеса ( Рис. 6 [3] ).



Рис.6.

Её размеры 5/8 га. Плот был погружен в воду и закреплён канатами и якорями. Внешне он напоминал зонтик с центральным стержнем-трубой длиной 450м, через который прокачивалась из глубинных слоёв подпитывающая вода. Бурые водоросли высаживались на тросы-спицы, отходящие от стержня-трубы.

Предусматривалось строительство платформы на стержне-трубе для размещения помещений по обслуживанию фермы. Предполагалось строительство и посадочной площадки для вертолётов, создание судна для сбора урожая. На ферме предусматривалась срезка верхних частей водорослей, частичное обезвоживание и переработка с целью получения метана и этана. Объём урожая ожидали от 300 до 500 т/акра.

Были проведены исследования по влиянию на рост водорослей добавок различных микроэлементов в глубинную воду, по выращиванию молодых побегов водорослей на тросах из спор с дальнейшим их закреплением на плотах. Исследовалась возможность выращивания водорослей в условиях прохладных вод морей, вдали от берегов и тёплых тропических морей. Рассматривалась возможность соединения океанических ферм с ОТЭС, которая также накачивает холодную воду из глубинных слоёв.

Метан и этан, полученные на океанических энергетических фермах, предполагалось перевозить на танкерах на сушу.

Изложенные сведения опубликованы в 1983 г., других источников по данному вопросу пока не найдено.


^ Глава VI Перспективы извлечения энергии из

градиента солёности вод
Устья впадающих в море рек могут быть использованы как источники энергии благодаря наличию перепада концентрации соли в морской и речной воде (градиент солёности). Так называемый градиент солёности на глубине 30 м., где смешиваются пресные воды рек и солёные воды морей, океанов, в среднем равен 3,5%.

Действие первых энергопреобразователей основано на извлечении энергии, которая создаётся за счёт осмотического давления.

Осмотическое давление возникает вследствие осмоса — процесса проникновения жидкости через мембрану, обладающую ограниченной проницаемостью. При разности ингредиентов солёности мембрана проницаема для малых молекул воды, но не для соли. При этом идёт перетекание пресной воды из одной секции в другую с солёной морской водой, до тех пор, пока в обоих секциях концентрации солей не станут одинаковыми. При этом создаются неодинаковые уровни жидкостей, что и создаёт разницу в давлении.

Над проблемой получения энергии из градиента солёности на основе осмотического давления работали начиная с 70-х годов 20 века учёные ряда институтов США, в том числе Д. Уик, Д. Исаак, О. Левеншпиль и изобретатели, в том числе С. Лоеб.

Технология преобразователя, работающего за счёт осмоса, была разработана Сиднеем Лоебом в США. В преобразователе Лоеба пресная вода перетекает через серию мембран в камеру с солёной водой, которая сжата под давлением. Смесь затем направляется к турбине для производства энергии.

Разработками небольших осмотических энергетических установок с использованием осмотических мембран занимались в США, Израиле, Италии, Японии.

Первая в мире осмотическая электростанция была запущена в 2009 г. в Норвегии в Тофте, около Осло.

Другой тип преобразователя — электробатарея, был разработан Ванштейном и Лейтцем в США в конце 70-х годов 20 века. Сейчас они называются установками обратного электродиализа с использованием ионоселективных мембран ( Рис. 7 [1] ).









Рис. 7 Преобразователь электробатарея. 'А' - мембрана, пропускающая анионы, 'С' - пропускающая катионы., 'катод' - отрицательный полюс электрода электролитической секции; 'анод' - положительный полюс



Электробатарея между электродами содержит чередующиеся секции с солёной и пресной водой, разделённые анионо- и катионообменными мембранами. Анион - это отрицательно заряженный, а катион - положительно заряженный ион. Анионообменные мембраны пропускают только анион, ион хлора; катионообменные - только катион, ион натрия. Положительные ионы двигаются в одну сторону к катоду, отрицательные в другую сторону к аноду. Это направленное движение и создаёт накопление электрического тока на электродах.

Установки обратного электродиализа позволяет осуществить прямое преобразование энергии градиента солёности в электрическую энергию. Разработки и испытания этих установок проводились в США, Швеции, Израиле.

В России вопросами получения энергии за счёт градиента солёности занимаются в институте морских проблем во Владивостоке. Ими проведена оценка энергетического потенциала крупных рек Приморского края, впадающих в Японское море. Суммарный энергетический потенциал в устьях 22 рек Приморского края составляет 1,5 тыс МВт.

В лаборатории нетрадиционной энергетики проводятся исследования преобразования энергии градиента солёности способом обратного электродиализа, как наиболее перспективным. По данным от декабря 2010 г. ими была создана экспериментальная электродиализная установка (ЭЭУ), работающая на воде из бухты Алексеева на о. Попова. Была показана возможность использования этого способа для прямого преобразования энергии градиента солёности в электроэнергию.

По-видимому, в практике использования этого вида источника энергии, существует много проблем. Мы не имеем более конкретных источников по этому вопросу. За более чем 40 лет работы в этом направлении построена только одна установка в Норвегии. И пока проводятся много исследований, испытаний в мире. Возможно, есть проблемы в создании полупроницаемых мембран, в воздействии на окружающую среду подобных установок.




Заключение
1. Ограниченность ископаемых и ядерных видов топлива, отрицательное влияние на экологию при выработке из них энергии послужило толчком к постепенному росту производства энергии на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). К ним относятся энергия солнца, ветра, геотермальная энергия земли, энергия биомассы и отходов, малые ГЭС, в том числе энергия океанов.

Если в 1973 году доля производства энергии в мире из ВИЭ от общего производства составляла 0,6% то в 2009 году - 3,3% ( 21% в Дании, 14,5% в Испании, 7% в Германии, 0,7% в России). Предполагается, что к 2020 году эта доля достигнет 13%.

В соответствии с «Энергетической стратегии России на период до 2030 года (утв. прав. РФ 13 ноября 2009 г.») в нашей стране ожидается опережающий рост возобновляемой и газовой энергетики при сокращении доли атомной. В «Основных направлениях государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 г.» (утв. прав. РФ 8 апреля 2010 г.) установлены показатели доли ВИЭ в производстве энергии: 2010 г. - 1,5%, 2015 г. - 2,5%, 2020 г. - 4,5%. Здесь основными ВИЭ являются ветростанции, геотермальные станции, тепловые станции на биомассе и отходах, а также малые ГЭС, в том числе станции на основе ВИЭ океана.
2. Сейчас многие страны интенсивно осуществляют разработки по развитию экологически чистой морской энергетики. Доказательством этого являются:

      • Образование Международной организации по морским наукам (PICES), объединяющей США, Канаду, Россию, Японию, Китай, Корею. Проведение в конце 2010 г. в США конференции «Развитие возобновляемой морской энергетики в бассейне северной части Тихого океана».

      • Создание 30 лет назад лаборатории нетрадиционной энергетики в институте проблем морских технологий во Владивостоке и проведение исследований по ВИЭ океана.

      • Интенсивные разработки Астраханского ГУ за 2006-2010 г. Ими получено 8 патентов по использованию ВИЭ, из них два по волновым энергетическим установкам.

      • Утверждение морской доктрины РФ на период до 2020г. (утв. през. РФ 27 июля 2007 г.)

      • Принятие федеральной морской программы «Мировой океан». В её рамках работает в том числе и институт энергетической стратегии России в Москве.

      • Создание во Владивостоке Центра международного сотрудничества в Азиатском- Тихоокеанском регионе.


3. Наиболее известными и изученными видами энергии океана являются энергия приливов, энергия волн, энергия течений, термальная энергия вод, энергия выращиваемых водорослей и энергия градиента солёности вод.
4. Извлечение практически всех видов энергии из океана пока является дорогостоящим процессом. Это объясняется тем, что основные расходы этого самого молодого вида альтернативной энергетики связаны с большими первоначальными капиталовложениями. Однако, по мере развития научно технического прогресса стоимость океанических установок будет удешевляться. Примером являются более ранние виды энергетики на ВИЭ: геотермальная энергетика уже стала дешевле традиционной, ветровая энергия уже конкурента, а солнечная энергия лет через 10 присоединится к ним.




5. В мире более широко используется энергия приливов и волн. Построенные приливные электростанции во Франции, Канаде, России, Китае, Корее. Последняя была создана в 2011 году в Корее мощностью 254 МВт. Волновые электростанции вырабатывают электричество в Великобритании, Японии, Индии, Алжире и других местах. На энергии течений работает одна станция в Корее с 2009 года. Энергию градиента солёности использует одна станция, построенная в Норвегии в 2009 году.

6. Развитие энергетики на базе энергии океана даст возможность обеспечить энергией население районов, неимеющих углеводородного сырья и расположенных в прибрежных водах. В России на Дальнем Востоке, имеющим наибольшую протяжённость береговой линии, ожидается более интенсивное освоение источников энергии океана, а именно, энергии приливов и градиента солёности.
7. Основное преимущество извлечения энергии из океана то, что она неиссякаемая, чиста, безопасна.
Необходимость поиска большого количества энергии, многообразие её форм, экологической чистотой, создаёт предпосылки дальнейшего совершенствования промышленного использования энергетических ресурсов мирового океана.


Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

В реферате описываются разные способы получения энергии из океана....
Показано их преимущество перед привычными нам источниками энергии (нефть, газ, уголь и ядерная энергия)

Перечень нд, поступивших в яцсм
Гси. Государственная поверочная схема для средств измерений энергии сгорания, удельной энергии сгорания и объемной энергии сгорания...

Семь дуxoвных стадий даосского совершенствования сексуальной энергии
Спустя некоторое время это приведет к улучшению вашего здоровья и силы тела и к вашему существенному росту в сексуальной жизни. Это...

Чем отличается движение молекул в газах, жидкостях и твердых телах?
Из кинетической энергии всех молекул тела и потенциальной энергии их взаимодействия

2. Получение энергии из океанических волн iconДополнение “Частный сектор”
Теоретические и экспериментальные исследования пористых и оксидных полупроводников и их границ раздела с электролитом или газом....

Уравнения измерений тепловой энергии и количества теплоносителя
Рекомендация охватывает измерения (определения) величин, которые являются исходными для осуществления учета тепловой энергии и теплоносителя...

Муп «рэс хабаровского муниципального района» электрической энергии...
Порядок закупки муп «рэс хабаровского муниципального района» электрической энергии для компенсации потерь в своих электросетях определен...

А. Энергия низкого качества преобразуется в энергию высокого качества
Многие люди проводят свою жизнь в раздражении, грусти, депрессии, страхе, беспокойстве и в других видах отрицательной энергии. Эти...

Урок #33 Тема: Длина волны. Скорость распространения волн
...

Урок #33 Тема: Длина волны. Скорость распространения волн
...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
odtdocs.ru
Главная страница