Реферати українською » Физика » Океан як джерело енергії


Реферат Океан як джерело енергії

Страница 1 из 3 | Следующая страница

>Міністерство транспорту тазв’язку України

>Дніпропетровськийнаціональнийуніверситетзалізничного транспортуім.ак.В.А.Лазаряна

Кафедра: ">Гідравліки таводопостачання"

>Реферат

На тему:

"Океан як генератор"

>Виконав:

студент 655групи

ІвановД.А.

>Перевірив:

МельникІ.Є.

>Дніпропетровськ 2005


Океан як генератор

Океани покривають більш як 70% Землі і є найбільшими у світі колекторами сонячної енергії. Потенціал океанів енергетики великий. Порівняйте, щільність енергії сонячної радіації - 1400Вт/м, енергії вітру - 1700Вт/м, а теплової енергії океанів тропічних широт – 300 000Вт/м!

Теплові станції в тропіках

Є й інші океанічні відновлювані джерела енергії: біомаса і водень, хвилі й течії, різницю у солоності морської авіації та річкової води – проте потенціал застосування теплової енергія океанів найбільш великий. На відміну з інших відновлювальних джерел, теплова енергії океану зі свого енергетичному потенціалу можна з безмежними можливостями поставок первинної теплової енергії, очікуваних від термоядерного синтезу. Енергетичні об'єкти потужністю 1 ГВт можуть становити мобільні установки тоннажністю близько 100 000 т. У тропічної частини океанів можлива робота десятків тисяч таких теплових електростанцій практично у безперервному режимі".

СергійХайтун, кандидат фізико-математичних наук,в.н.с. Інституту історії природознавства і техніки РАН (>ИИЕТ РАН), питанням у тому, як наука дивиться на процес утилізації теплової енергії океану, відповідає, що галузеву науку свою думку висловила 150 років тому у роботах французького вченогоДАрсонваля, і йдеться тепер технічним втіленням шукатиме й оптимальних схем, здатних забезпечити максимальну ефективність.ДАрсонваль ще 1881 р. вперше висловив ідею про використання сонячної енергії, накопиченої в океані як тепла. Через більш ніж 40 років його учень, Жорж Клод, нарешті втілив навчання у життя й побудував на Кубі невелику систему утилізації термальної енергії океану. Вчений вибрав бухтуМатанца, у якій великі глибини з великим перепадом температури води підходять до берега. Схема установки проста: виспарителе з частковимвакуумированием випаровується тепла вода із поверхні моря (температура порядку +>27°C). Отриманий пар обертає лопаті турбін, які з'єднані з генераторами. Відпрацьований пар потрапляє у конденсатор, для охолодження якого подається вода з глибини (температура порядку +>4°C). Перша експериментальну установку потужністю 22 кВт споживала 80 кВт працювати своїх насосів.

>OTEC на Гаваях

альтернативний енергетичний океанічний теплової

Перша успішнамини-OTEC (>OceanThermal EnergyConversion) закритою циркуляції було запущено 1979 р. вKeahole Point (Гаваї). Цілодобово вже з серпня до жовтня установка виробляла близько 50 кВт, із яких лише 12 кВт використовувалися на корисну навантаження. Кілька наступних років випробовувалися удосконалені установки.

Перший японський досвідчений зразок, запущений на острові Науру в 1981 р., видавав потужність 100 кВт, хоча корисною потужності було лише 14,9 кВт. Його головним відзнакою від американського конкурента було розташування станції на острові.Локация не так на плавучому підставі, але в суші дозволила зменшити витрати на експлуатаціюсудна-носителя, пристрій надійних якірних стоянок, підводний силовий кабель передачі електроенергії до берега, а, головне, забезпечити велику безпеку обслуговуючого персоналу.

У 1992 р. на Гаваях запущено експериментальний апарат відкритого циклу продуктивністю загалом 210 кВт, що працював до 1998 р.

Зараз розробки новоїОТЭС за підтримки уряду США належать (0 тис.) веде компанія Lockheed Martin. Завод з перетворення теплової енергії океану у електричну, продуктивність якого становитиме 10 МВт, має з'явитися на Гаваях в 2012-2013 рр.

ОстрівРеюньон (Франція) оголосили президентом Ніколя Саркозі у січні нинішнього року національної лабораторією до створення океанічній теплової електростанції. У, до 2030 р. побудовані тутОТЭС повинні повністю забезпечити потреби у електроенергії всього острова. Бюджет проекту становить ? 7,7 млн.

Сьогодні освоєння теплової енергії океану входить у національні програми США, Франції, Японії, Швеції, Індії.

Станції в Арктиці

Енергію можна одержувати з теплих вод тропічних чи субтропічних районів Світового океану, але й північних чи південних басейнів планети, тобто з вод Арктики і Антарктики. Можливість практичної реалізації перетворення теплової енергії океану в арктичних районах у своїх працях засвідчив у 1980-х рр. Альберт Ільїн, керівник лабораторії енергетики океану Тихоокеанського океанологічного інституту. Автор зазначає як важливість наявності потрібного градієнта температури, але й необхідність достатньої швидкості вітру і швидкості течії води в океані. За розрахунками А. Ільїна, ККД енергетичної установки потужністю близько 50 кВт в арктичних умовах виходить не більше 0,79-2,08%. Йдеться ККД використання тепла води, що стосується ККД самої установки, він досить високий і становить 43%. Цю цифру належить до аміачної установці потужністю 1 МВт. На зокрема можливість використання енергетичного потенціалу північних широт першим звернув увагу 1928 р. французький інженер А.Баржо. Як нагрівача їм пропонувалася морська вода з температурою, близька до 0°С.Холодильником мав служити морозний повітря. Як вторинного робочого тіла було взяти таку речовину, яке кипіло б із температурі трохи нижче 0°С і конденсувалося в рідина за нормальної температури мінус 20° С.Баржо рекомендувавуглеводородние сполуки типу пропану, бутану чиизобутана.

Справді, у Північному Льодовитому океані температура в поверхневому шарі під кригою близька до 0°С. Цікаво зазначити, що градієнт температур арктичних вод надто малий – так, на кілька сотень метрів глибини температура води доходить приблизно до +0,6оС. Там перебуває теплий проміжний шар, зчинений з допомогою припливу вод атлантичного походження. Багато районах Арктики більшу частину року температура повітря нижче -10°С. Наприклад, наНовосибирских островах на рік буває всього 2-4 дня про те температури повітря вище -10°С, узбережжя моряЛаптевих таких днів від 10 до 14, але в архіпелазі Північна Земля їхньому народові тільки 10-12. У час року тут відбулася панують морози. Отже, різницю температурподледной води та повітря становить арктичних районах більш26°С і можна використовувати для генерації електрики. Розрахунки вчених довели, що за такогоперепаде кожен 1м морської води, будучи перепущено за 1 з через перетворювач, дозволяє їм отримати близько 20 кВт потужності при ККД установки 5%.

Арктичні станції працюють за так званому "трикутникове" циклу: нагрівання і випаровування робочого тіла,адиабатное розширення через турбіну,изотермическое стиснення під час подачі в випаровувач з одночасним відведенням надлишкового тепла не в холодильнику. У охолоджувальному контурі такий станції необхідно використовувати розсіл з низькою температурою замерзання. Як проміжного теплоносія застосовується водний розчин хлористого кальцію з концентрацією щонайменше 26 кг на 100 кг води, який досить використовують у холодильної техніці. Проміжний теплоносій охолоджується шляхомразбризгивания через форсунки зрошувального охолоджувача. Робітникам тілом переважно контурі станції служитьфреон-12, пари якого викликають рух турбіну зелектрогенератором.

>Осмотические станції в гирлах річок

У листопаді 2009 р. компаніяStatkraft, найбільший виробник електроенергії Норвегії, неподалік Осло (р.Тофте) побудувала й занедбала першу у світі електростанцію, засновану наосмотическом тиску. Побудована електростанція виробляє 2-4 кВт електроенергії – її ефективність поки становить 1 Вт із першого кв. м мембрани, й основна її призначення – відпрацювання технологій і підвищення ефективності до 5Вт/кв. м мембрани.

"ФахівціStatkraft витратили багато сил розробці цій технології. Наша найближча мета - напрототипной станції протестувати нову мембрану й тимчасово підвищити її ефективність. Прототип працюватиме 2-3 року, наступного стадії ми запустимо пілотну станцію на 1-2 МВт – колись, ніж побудуємо повноцінний завод. Найбільш амбіційні наші мети - побудувати повномасштабну осмотичну станцію в 2015 р.", – розповівEnergyLand.infoАслакОверас (>AslakOveras), представник компанії.

А свою розробку інженери компанії витратили близько 20 років, будівництво досвідченої електростанції зайняло трохи більше року. Ідея використання мембрани для дистиляції води шляхом осмосу та перспективи подальшої генерації енергії було запропоновано в 1970-х рр. американським професором СідніЛоебом. Вивченнямосмотической потужності зайнялися доктор ТорТорсен з лікаремТорлифХолт з незалежної дослідницької організаціїSINTEF, які у 1996 р. передали компаніїStatkraft свої напрацювання.

>Пресная і солона вода розділені напівпроникної мембраною, проникної лише прісну води і перешкоджає проходженню солоною води. Загальна площа мембраниосмотической станції вТофте 2000м. Явище осмосу змушує прісну воду перетікати у видаткову частину з солоною водою. Причому у частини камери з підігрітою морською водою виникає надлишкове тиск (>осмотическое тиск), якого достатньо приведення на дію гідротурбіни, яка обертає електрогенератор, який відпрацьовує електрику. На станціїStatkraft досягнуто надлишкове тиск у 12 бар, що еквівалентно 120 м водного стовпа.

>Осмотические електростанції найактуальніші в гирлах великих річок, а близько них, зазвичай, розташовуються великі міста. ФахівціStatkraft вважають подібні станції найперспективнішими для північних країн, як-от Росія, Канада і держави Скандинавії, у своїй годі виключати самі південні частини Африки і Америки.

Проте чи все експерти поділяють оптимізм норвезьких інженерів: "Енергетичний потенціал різниці солоності води становить дві кДж/кг. Приблизно такого ж порядку енергетична потенціал різниці температури води (енергетичний потенціал вуглеводневої палива майже 40 тисяч кДж/кг). Обидва випадку вимагають величезних витрат енергоносія (води). Що стосується теплової енергії питання до обсягів води годі, бо є цілий океан гарячої води з потужною холодної підкладкою. Що стосується солоності виникнуть проблеми з енергоносієм, оскільки станції можна будувати лише у гирлах річок. До того ж, прісна вода - цінна сировина для життєдіяльності і у дефіциті. Практичне відсутність енергоносія до створення великої кількості потужних енергетичних станцій позбавляє ідею використовувати різницю солоності води перспективи що дозволяє вирішити основну проблему недалекого майбутнього заміни вуглеводнів", - вважає Станіслав Понятовський.


Перша у світіосмотическая електростанція (фотоStatkraft)

Глобальний потенціал ">осмотической енергії" компанія оцінює приблизно 1600-1700ТВт•ч на рік, що еквівалентно половині виробленої у Європейському Союзі електроенергії.

Екологія

Електростанції, використовують ресурси океану, здавалося б здаються екологічними. Але за споживанням океанічній енергії криється кілька небезпечних моментів.

З одного боку, робота станцій супроводжується охолодженням поверхні океану, що у тлі і глобального потепління має явно позитивну тенденцію. "Коли дивитися на вплив переміщення великих обсягів теплової енергії з верхнього шару на глибину порядку 600 м, можна припустити, що охолодження поверхні океану в тропіках на 1-4 градуси швидше за все позитивно позначиться кліматі і сприятиме боротьби з ураганами, - вважає Станіслав Понятовський. - При супутньому скиданні теплової енергії в нижній шар вона безслідно розчиниться вмногокилометровом басейні холодної води без жодних наслідків".

З іншого боку, виникає запитання: скільки взяти енергії з океану без шкоди довкілля? Відповіли нею професора ВікторАкуличев, директор Тихоокеанського океанологічного інституту (р. Владивосток), та її колега Альберт Ільїн. Як критерію вони прийняли дозволене зниження температури поверхні океану на0,5К (таку цифру близька до природних флуктуаціям середньої температури). Тоді максимально допустима потужність, що можна зняти в тропічної зоні Світового океану, становитиме 11 млрд. кВт. При безупинної роботі теплових перетворювачів протягом року такий потужністю буде вироблено 0,96-105 млрд. кВт•г, що становить приблизно третина жіночої споживання енергії, прогнозованого на 2020 р.

Негативні екологічні наслідки праці теплових станцій за схемою з підйомом води полягають у виділення атмосферу розчинених газів. Глибинні холодні води містять значна кількість вуглекислого газу, виділених при підйомі глибинних вод, на поверхню через зниження тиску або і підвищення температури.

Забруднення навколишнього середовища може й у разі витоку робочих рідин, тобто. аміаку,фреона чи отруйних речовин, необхідні промивання теплообмінників - наприклад, хлору.

Вважаючи від поверхні, температура води зі збільшенням глибини слабко змінюється до певного рівня. На деякою глибині температура різко зменшується – це початок з так званого шару стрибка. Одночасно з стрибком температури простежується стрибок щільності морської води. Завдяки високому градієнту щільності шар стрибка виконує своєрідну роль "рідкого грунту", граючи виняткову роль фізики й біології океану. Без витрати мускульною енергії численні мешканці океану можуть довго залишатися у шарі стрибка в підвішеному стані. Важливо, щоб потужні водяні потокиОТЭС не зруйнували шар стрибка. Можливо, цього доведеться далеко розносити місця скидання відпрацьованих вод й забору гарячої води.

Але час вуглеводневої енергетики проходить, і майбутнє за альтернативними джерелами, поновлюваними і більше екологічними. Енергетичні об'єкти у численних варіантах виконання вже втілюються у життя величезній акваторії океану.

Енергія з дна океану.

У масовій свідомості альтернативними енергоносіями є виключно відновлювані джерела енергії – Сонце, вітер, біомаса, морської прибій та інші. Є, проте, і ще одне дуже перспективний, хоч і поновлюваний енергоносій: метан з морського дна. Багато про існуванні і здогадуються, що, загалом, пробачно: ще ж нещодавно звідси було невідомо і вчені. Тим більше що, на морському дні зберігаються величезні запаси метану! Щоправда, він перебуває там в пов'язаному вигляді – у вигляді твердих гідратів.

Освіта гідратів метану, тобто його сполук із жовтою водою, відбувається під впливом високого тиску і низької температури – за умов, цілком типових для океанських глибин. Там, де океанічна плита, зрушуючи, йде під континентальну, виникають зони наймогутнішого стискування. Ось і видавлюють назовні метан, утворюючись під час товщі органічних відкладень. Один із таких тектонічних зон перебуває в західного узбережжя Північної Америки.

Експедиція, що вирушила туди шукати гідрату метану, справді його знайшла, проте головною сенсацією було те, що величезні його поклади знайшли безпосередньо лежить на поверхні морського дна. Професор ЮргенМинерт, науковий співробітник німецького Дослідницького центру ">Geomar" із штаб-квартирою Кілі, каже: "Ми маємо підстави вважати, що газова суміш,заключенная у цій породі, на 98...99 відсотків складається з метану. Коли проба грунту з морського дна піднімається на борт, газ відразу починає випаровуватиметься.

Чорні плями свідчить про підвищеному вмісті вуглецю в осадових відкладеннях. Інакше висловлюючись, метан, виявлений на морському дні, є продуктом розкладання органічної матерії, результатом відмирання живих організмів, тобто маєбиогенное, а чи нетермогенное

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація