Для преобразования энергии перепада температур в океане предлагается несколько типов устройств. Наибольший интерес представляет преобразование тепловой энергии в электрическую с помощью термодинамического цикла, рабочим телом в котором служит жидкость с низкой температурой кипения (аммиак, изобутан, пропан, фреоны и др.). Схемы надводной и подводной океанических тепловых электростанций (ОТЭС), работающих по термодинамическому циклу Ренкина, представлены на рис. 7.1.
 |
|
Рис. 7.1. Схемы океанических тепловых электростанций: а – под водой,
б – над водой:1– турбогенератор;2 – испаритель;3 – насос рабочей жид-кости; 4 – конденсатор; 5 – насос забора теплой воды; 6 – насос забора
холодной воды
Рабочее тело, циркулируя по замкнутой схеме, отбирает тепло от горячей воды в испарителе и в паровой фазе приводит в действие турбину, связанную с генератором. После турбины пар конденсируется в охлаждаемом холодной водой конденсаторе. Отработанная теплая и холодная вода сбрасывается в океан [3].
Строительство и эксплуатация ОТЭС связаны с рядом проблем. Из-за низкого КПД цикла, для получения значительной мощности, требуются большие расходы теплой и холодной воды, а так же рабочего тела. Поэтому порядка 50 % мощности станции будет затрачено на работу насосов.
Сложной технической задачей является транспортировка и сборка труб большого диаметра для подъема на поверхность холодной воды с большой глубины.
Испаритель и конденсатор должны иметь очень большие поверхности теплообмена, а, следовательно, внушительные размеры. Поверхности трубок теплообменников подвержены биообрастанию, что приводит к ухудшению теплообмена. Поэтому требуется механическая или химическая очистка трубок теплообменников.
Ориентировочно промышленная ОТЭС мощностью 40 МВт должна иметь водоизмещение примерно 70 тыс. т, диаметр трубопровода холодной воды 10 м и рабочую поверхность теплообменников около 45 тыс. м2 [2].
Для передачи электроэнергии потребуются дорогостоящие подводные кабели. Изготовление такого кабеля длиной ~50 км вполне осуществимо. Электроэнергию крупных ОТЭС размещенных в сотнях километрах от берега и потребителей можно использовать на борту станции для производства химических веществ (например, водорода).
Создание экономически оправданных ОТЭС требует некоторой доработки теплообменников и турбин и не нуждается в новых устройствах. Главные недостатки ОТЭС – большая стоимость и размеры.
Предварительные исследования влияния ОТЭС на окружающую среду показали, что оно будет минимальным. К отрицательному воздействию ОТЭС на окружающую среду можно отнести:
1)возможную утечку в океан рабочего тела, а также веществ, используемых для промывки теплообменных аппаратов;
2)возможное выделение углекислого газа из холодной воды, поднимаемой на поверхность, из-за снижения давления и повышения температуры;
3) местное изменение циркуляции вод и биологическое воздействие на район океана.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ БИОМАССЫ
Ресурсы биомассы
Под термином «биомасса» понимается органическое вещество растительного или животного происхождения, которое может быть использовано для получения энергии или технически удобных видов топлива путем термохимической (прямое сжигание, пиролиз, газификация) или биологической конверсии. Биомасса делится на первичную (растения, животные, микроорганизмы и т.д.) и вторичную – отходы при переработке первичной биомассы и продукты жизнедеятельности человека и животных.
В биосфере содержится 800 млрд. т биомассы. 90 % биомассы приходится на древесину. Из них 200 млрд. т ежегодно возобновляется, что составляет 100 млрд. т нефти. Накопленная в биомассе энергия эквивалентна по величине запасам органического топлива [1]. Источниками биомассы являются отходы животноводства, растительные остатки, осадки сточных вод, органические отходы промышленности (пищевой, мясомолочной, лесной, деревообрабатывающей, гидролизной, целлюлозно-бумажной), а также твердые отходы коммунального хозяйства.
В России ежегодное количество органических отходов по разным отраслям экономики составляет 390 млн. т. Cельскохозяйственное производство дает 250 млн. т. Из них 150 млн. т приходятся на животноводство и птицеводство, 100 млн. т – на растениеводство. Лесо-деревопереработка дают 700 млн. т, твердые бытовые отходы городов – 60 млн. т. Коммунальные стоки – 10 млн. т (все приведенные значения даются на абсолютно сухое вещество) [1].
Энергию биомассы можно преобразовать в удобные виды топлива или энергии различными способами:
1) получение растительных углеводородов (растительные масла, жирные высокомолекулярные кислоты и их эфиры, предельные и непредельные углероды и т.д.);
2) термическая конверсия биомассы (твердой до 60 %) в топливо (прямое сжигание, пиролиз, газификация, сжижение, фест-пиролиз);
3) биотехнологическая конверсия биомассы (при влажности от 75 % и выше) в топливо (низко атомные спирты, жирные кислоты, биогаз).
На современном этапе экономического развития России использование биомассы ведется, в основном, по двум последним направлениям.