Военные США будут добывать электричество из воды океана

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн admin

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 7444
Advertisement
Военные США будут добывать электричество из воды океана



Извлечь тепловую энергию океана не так-то просто. Ради этого придётся строить нечто вроде нефтяной платформы. Возможный вид электростанции необычного типа и показан здесь (иллюстрация Lockheed Martin).

ВМС США мечтают ослабить зависимость своих баз на Гавайях от привозного топлива. Не только военному флоту, но и всем прочим обитателям штата Алоха электричество обходится в 2-5 раз дороже, чем жителям материковых штатов. Неудивительно, что именно на Гавайях развивается один из самых любопытных проектов в области альтернативной энергетики.

В конце ноября компания Lockheed Martin получила от инженерного командования ВМС США (NAVFAC) $4,4 миллиона вдогонку к ранее выданным восьми. Задача — развитие технологии извлечения энергии из морской воды.

Суть предлагаемой системы проста. Если какую-нибудь жидкость с низкой температурой кипения, например аммиак, пропустить через теплообменник с тёплой морской водой, эта жидкость превратится в пар. Его можно направить в турбину, вращающую генератор. Далее пар следует переправить в другой теплообменник, по которому курсирует ледяная вода с глубины порядка одного километра. Пар сконденсируется, и цикл можно будет закрыть.



Схема OTEC закрытого типа (иллюстрация Lockheed Martin).

Такие комплексы называются системами конверсии тепловой энергии океана (Ocean Thermal Energy Conversion — OTEC). Описанный выше принцип носит дополнительное название "OTEC с закрытым циклом".

Ещё есть открытый цикл, в котором в роли рабочей жидкости выступает сама морская вода: она закипает в закрытой ёмкости с давлением ниже атмосферного и также конденсируется при помощи глубинной морской воды, обращаясь в воду питьевую.


Энергия тепла поверхностных вод – это гигантский "аккумулятор солнечных лучей". Причём доступен он в любую погоду и 24 часа в сутки, в отличие от солнечной, ветровой или волновой энергии.

На этой карте отмечены зоны, где имеет смысл ставить электростанции типа OTEC. Цветами обозначена разница температур между водой на поверхности и на глубине 1 километр. Голубой – менее 18 градусов, жёлтый – 18-20, оранжевый – 20-22, красный – 22-24, тёмно-красный – более 24. Фиолетовым отмечены участки, где глубина не достигает километра. Ясно, что чем выше разница температур, тем эффективнее установка (иллюстрация Lockheed Martin).


Экспериментальные системы OTEC с обоими типами циклов изобретатели испытывали в разных странах ещё с 1930 года. Однако практического применения они так и не получили. Соотношение затрат на строительство и выхода полезной энергии оказалось не слишком привлекательным. Тем не менее инженеры упорно совершенствовали технологию.

В 1979 году Гавайская лаборатория натуральной энергии (Natural Energy Laboratory of Hawaii), Lockheed Martin и ряд субподрядчиков (среди них Makai Ocean Engineering, известная нам по проекту кондиционирования Гонолулу) запустили в работу установку Mini-OTEC.



В качестве рабочей жидкости установка Mini-OTEC использовала аммиак, а холодная вода со дна моря (с глубин порядка 700-900 метров) перекачивалась на баржу по толстой полиэтиленовой трубе (иллюстрации с сайтов makai.com, otecnews.org, wastedenergy.net).

В течение трёх месяцев баржа, заякоренная в 2,4 километра от берега Гавайев в местечке Keahole Point, генерировала 50 киловатт даровой мощности. К сожалению, из них только 18 киловатт шло на полезную нагрузку (судовые огни, компьютеры и телевизоры на барже), остальное тратилось на работу самой установки (её насосов).

Однако Mini-OTEC стала первой такой плавающей системой с закрытым циклом, которая производила энергии больше, чем потребляла, показав принципиальную возможность получения "сетевого" электричества из океанской воды.



В 1993-1998 годах в Keahole Point работала опытная береговая установка OTEC открытого типа (с дном океана её соединяла сеть труб). Она развивала мощность 210 киловатт, а в самые удачные дни и больше. Таков был выход от разности нагрева поверхностных (26 градусов Цельсия) и глубинных (6 °C) вод.

Впрочем, у всех аппаратов OTEC большая часть энергии уходила и уходит на собственные нужды. Изменить этот баланс в лучшую сторону – основная забота нового проекта американцев (фото с сайта hawaii.edu).

Те исследования на Гавайях были свёрнуты по финансовым причинам много лет назад. С тех пор несколько пробных комплексов OTEC появились, к примеру, в Индии и Японии. Но недавно в эту область вернулись американцы и задумали ни много ни мало, а построить самый мощный такой генератор.



В дополнение к средствам от ВМС США Lockheed Martin получила на развитие OTEC миллион долларов от американского министерства энергетики (DoE) (иллюстрация Lockheed Martin).

Как было сказано вначале, застрельщиком выступила Lockheed Martin, но её новый опыт с OTEC поддерживают всё те же старые знакомые — Гавайская лаборатория натуральной энергии и фирма Makai Ocean Engineering.


Партнёры намерены возвести у побережья Гавайев опытную электростанцию типа "закрытый OTEC". Комплекс, внешне напоминающий морскую нефтяную платформу, должен появиться в 2012 или 2013 году. Генерировать он будет уже порядка 10 мегаватт мощности.

Более совершенные теплообменники и насосы, трубопроводы, связывающие агрегаты на платформе с дном океана, — всё это, хотелось бы верить, позволит станции достичь новых высот, в том числе и в плане экономической целесообразности затеи.



"OTEC является идеальной технологией производства энергии на береговой линии в тропических районах", – утверждает в своём пресс-релизе Lockheed Martin. Компания скромно умалчивает, что открытыми остаются вопросы устойчивости системы к штормам, фактического КПД установки, соотношения между годовой выработкой энергии и начальными капитальными затратами (иллюстрация Lockheed Martin).

Если опыт с этим колоссом окажется удачным, в 2015 году Lockheed Martin попробует возвести уже коммерческую электростанцию OTEC аж на 100 мегаватт с лишним. Её мощности хватило бы для питания небольшого прибрежного города.
« Последнее редактирование: 01.12.2010, 19:17:26 от admin »

magneat

  • Гость

Первая в мире геотермальная электростанция с бинарным циклом была построена в 1967 г. советскими учеными (Институт теплофизики СО РАН имени С.С. Кутателадзе) на Паратунском геотермальном месторождении с использованием в качестве рабочего тела фреона-12.
В мире станции бинарного цикла получили широкое распространение, вот одна из них:

Chena Geothermal Power Plant -- http://www.yourownpower.com/Power/

FREE DAILY 2PM & 4PM GEOTHERMAL RENEWABLE ENERGY TOURS --   http://www.chenahotsprings.com/geothermal-power/

400kW Geothermal Power Plant at Chena Hot Springs --  http://www.yourownpower.com/Downloads/PowerPlantReport.pdf

Здесь на русском --  http://talks.guns.ru/forummessage/151/609841-25.html

«…
65 градусов северной широты. Горы, холод и лесные пожары вокруг. Не Россия.

Что делать - если вы живёте в медвежьем углу на краю Аляски? Если ваши счета за отопление и электричество отнимают больше 25% вашего дохода? Если срыв подвоза дизельного топлива в ваш город, в котором живёт всего около 2 000 человек, может оставить вас среди зимы без электричества, воды и тепла?

Сдаться и смириться? Нет!
Ведь под ногами у вас, на глубине всего 50 метров есть тёплая вода температурой в 75 градусов Цельсия, а вокруг Вас - море холода. Ведь вы - на Аляске!

Как учит нас дедушка Карно, любой термодинамический цикл работает на самом деле не от температуры (T), а от разницы температур (ΔT).
Если у Вас есть бассейн тёплой воды в жаркий летний день - на самом деле с термодинамической точки зрения вы нищая обезьяна. Если же Бог дал вам два сосуда, в которых есть неограниченные количества холода и тепла - вы самый богатый человек в мире.

Поэтому, жители Чены, заплатив в 2005 году в очередной раз больше 600 000 $ США только за дизельное топливо для своего дизелька, всерьёз задумались - а как можно использовать свой потенциал геотермальных вод?

Напрямую, в виде водяного пара, энергию геотермали использовать было невозможно - температура воды в Чене была много ниже точки её кипения при нормальном давлении. Поэтому для реализации геотермального проекта годилось бы только решение, в котором теплоноситель второго контура, получая тепло от геотермали, кипел бы при значительно более низких температурах, производя пар, необходимый для работы турбины.

Дополнительно задача усложнялась тем, что жители Чены не могли позволить себе большой инвестиции - максимально возможная стоимость киловатта установленной мощности не могла превосходить 1 300 долларов США. В противном случае банк отказал бы Чене в предоставлении кредита.

Выход был найден после переговоров с компанией UTC (United Technologies Corporation), подразделением компании "Пратт и Уитни", которая занималась производством топливных элементов и низкотемпературных ORC-установок.

К тому времени UTC уже на протяжении 2-х лет испытывало на хладогенте R-245fa свою 200 киловаттную систему PureCycle, которую принципиально можно было, путём замены теплоносителя на более низкотемпературный, заставить работать даже на перепаде 75С-нагреватель-7С-холодильник. Дополнительным преимуществом покупки установки от UTC для Чены было то, что на свой бывший в употреблении тестовый образец UTC давало хорошую скидку.

Проблемой переделки системы под низкотемпературный цикл фреона R134a было то, что ΔT условий Чены составляло всего около 68 С, что накладывало очень жёсткие условия на потребление энергии самой установкой. Так, например, подачу охлаждающей воды пришлось решать организацией "самотёка" из колодцев, вырытых выше по склону горы.

В процессе реализации проекта много раз пришлось пересматривать смету, учитывая требования 100% автономного энергоснабжения. Так, для обеспечения резервирования пиковой мощности потребления, пришлось установить банк аккумуляторных батарей ёмкостью в 30 000 А-ч.

Поэтому в лучших традициях постсоветского пространства все коммуникации за пределами машинного зала вынужденно были выполнены из бывших в употреблении труб. Но стоимость установки не перешагнула рубеж в 1 300 $ за киловатт.
Уже через год, основываясь на опыте первой установки, UTC Power поставило в Чену второй аналогичный агрегат, доведя общую выработку электроэнергии до 420 кВт.

Результат усилий Чены и UTC (параметры одной установки):
Температура воды на входе: 75 С
Давление теплоносителя R134a на входе: 16,8 атмосфер
Температура охлаждающей воды: 4-7 С
Давление теплоносителя R134a на выходе: 5,2 атмосфер
Общая мощность турбины: 250 кВт
Собственные нужды: 40 кВт
Чистое производство электричества: 210 кВт
Чистый КПД установки: 8,2%
Топливо: Бесплатно
Опыт: Бесценен !

 Случайный пожар на установке, случившийся через год после пуска второго агрегата по неосторожности сварщика, и уничтоживший всю систему управления машин, был досадным, но уже несмертельным ударом для жителей Чены.

Установки не пострадали - R134a, как и большинство промышленных фреонов, негорюч. Через 2 месяца энергоснабжение Чены от геотермали было полностью восстановлено…»

Подбором фреона можно снизить ещё температуру горячей воды, а можно и воду подогреть.

Так, например, современный вакуумный солнечный водонагреватель или коллектор способен довести температуру воды до 50 градусов даже при температуре воздуха -35. (http://www.svs-solar.ru/)     
С уважением.