Енергія Світового океану.
|
| Рисунок 1.12. Карта енергії Світового океану. |
Відомо, що запаси енергії у Світовому океані колосальні. Так теплова енергія, що відповідає перегріву поверхневих вод порівняно з донними на 20 градусів, становить приблизно 1026 Дж. А кінетична енергія океанських течій оцінюється у 1018 Дж. Проте, покищо люди вміють використовувати лише дуже малі частки цих енергій, причому ціною великих інвестицій, що повільно окуповують себе. До останніх часів використання енергії океану здавалося нерентабельним.
Найбільш вживаним є видобуток енергії з енергії припливів та відпливів. З 1967 р. у дельті р. Ранс, Франція, працює приливна електростанція (ПЕС) потужністю 240 Мвт. Тут приливи досягають висоти 13 м. У 1968 р. радянський інженер Бернштейн розробив зручний спосіб буксирування ПЕС у потрібні місця. В цьому ж році він збудував експериментальну ПЕС в Кислій Губі, що біля Мурманську. Зараз будується ПЕС потужністю 6000 Мвт у Баренцевому морі.
|
| Рисунок 1.13 Найбільша приливна електростанція в світі Ля Ранс, у французькому історичному регіоні Бретань |
Іншою можливістю стало вирощування гігантських швидкоростучих океанських водоростей келп, що легко перероблюються на метан. До того ж, кількість оксиду вуглецю, вивільненого при спалюванні отриманого газу, можна легко повернути у океан, якщо у екваторіальних районах розчиняти у воді чисте залізо. Залізо спричинює бурхливий ріст планктону і його кількість збільшується у декілька десятків разів, а потім планктон використовує розчинений у воді диоксид вуглецю Взагалі, у океані зосереджується більша частина вивільненого диоксиду вуглецю, тому зараз проводяться дослідження, щодо зниження температури планети за допомогою розчинення у воді чистого заліза.
Також велика увага привертається “океанотермічній енергоконверсії” (ОТЕК), тобто отриманню енергії за рахунок різниць температур води на різних глибинах.
Ще однією можливістю є використання океанських течій: швидкість течії Голфстрім біля берегів Флоріди сягає 5 миль/год. Ідея встановлення тут гігантських турбін під водою є досить привабливою.
Вже зараз багато маяків, що встановлені на воді біля берегів Японії та США, живляться виключно за рахунок океанських хвиль. Розроблено проекти електростанцій, що використовують океанські хвилі для видобутку енергії, але ці станції повинні мати гігантські розміри, і тому такі проекти зараз не сприймаються серйозно.
Взагалі Світовий океан є найбільш перспективним і найбільш вигідним енергоносієм майбутнього. Він ніби гігантський аккумулятор вбирає в себе випромінювання сонця, енергію вітрів та енергію, що з’являється в результаті змін гравітаційних полів Землі та Місяця.
1.4. Акумулювання енергії
Акумулювання енергії є однією з найважливіших проблем, коли йдеться про експлуатацію енергетичних систем на основі поновлювальних джерел енергії.
Акумулювати енергію необхідно через енергетичну нестабільність характеристик поновлювальних джерел і споживачів протягом року, у деяких випадках навіть протягом доби.
|
| Рисунок 1.14 Акумулювання енергії |
При застосуванні акумуляторів в енергосистемах на основі поновлювальних джерел енергії виконуються такі основні функції:
– забезпечення безперебійного енергопостачання споживачам за рахунок накопичення надмірної енергії та подальшого її використання в період відсутності або недостачі;
– забезпечення оптимального режиму роботи джерел енергії та споживачів за рахунок згладжування коливань в енергомережі;
– підвищення потенціалу енергії до необхідного при накопиченні низькопотенціальної енергії;
– перетворення енергії одного виду в інший відповідно до потреб споживача.
Як акумулятори енергії поновлювальних джерел можна використати:
– електрохімічні акумулятори;0
– теплові акумулятори;
– акумулятори на основі зворотних фазових переходів;
– акумулятори на основі зворотних хімічних реакцій;
– акумулятори, що працюють при переробці палива за рахунок його збагачування;
– акумулятори, що працюють на основі водню.
Використання електрохімічних акумуляторів є доцільним у комплексі із сонячними та вітровими установками різної потужності. Вони необхідні в установках невеликої потужності, оскільки при безпосередній роботі поновлювального джерела для споживача неможливо отримати електроенергію необхідної якості.
Дослідження показали, що найбільш ефективними для систем із вітроустановками та сонячними фотобатареями є лугові нікель-кадмієві акумулятори, які можна використовувати навіть при незначних (5 %) зарядних струмах.
У Німеччині проводяться роботи зі створення герметичних нікель-водневих акумуляторів із водневим електродом на основі гідратів металів. Вони екологічно чистіші й енергоємніші порівняно з нікель-кадмієвими.
Економічна ефективність теплового акумулятора за інших рівних умов визначається масою та об'ємом теплоакумулюючого матеріалу, необхідного для забезпечення заданих параметрів процесу.
Акумулювання фізичного тепла є найбільш застосовуваним. Досить низька теплоємність акумулятора має компенсуватися використанням великих об'ємів теплоакумулюючих матеріалів. Як акумулятори використовують теплоізольовані резервуари води.
Акумулятори, які використовують теплові ефекти зворотних фазових переходів, характеризуються більш високою густиною енергії тіла при невеликому об'ємі теплоакумулюючого матеріалу і мають практично постійну температуру розряду.
Теплоакумулятори з фазовим переходом поділяються на низькотемпературні (до 120 С), середньотемпературні (120 – 400 С) та високотемпературні (400 – 1000 С). Основні їхні параметри наведено в табл. 1.4.
Таблиця 1.4 Основні параметри теплоакумуляторів із фазовим переходом.
| Теплоакумулюючі матеріали | Діапазон температури плавлення, °С | Об'ємна густина акумульованої енергії, МДж/м |
| Гідрати солей та їхні суміші | 30 – 50 | 200 – 400 |
| Органічні сполуки | 30 – 60 | 150 – 200 |
| Солі | 140 – 1000 | 300 – 1900 |
| Метали та їхні сплави | 270 – 1000 | 540 – 3000 |
| Луги | 300 – 500 |
В теплоакумуляторах є конструктивна сумісність акумулятора та його оболонки.
Акумулятори, що працюють із використанням ефекту зворотних хімічних реакцій, характеризуються ще вищою густиною енергії, порівняно з вищерозглянутими акумуляторами, однак вони мають більш високу ціну за рахунок використання відносно дорогих хімічних сполук, а також виділяють гази в процесі хімічних реакцій.
У табл. 1.5 наведено зворотні хімічні реакції деяких речовин, які можуть бути використані в хімічних акумуляторах енергії.
Таблиця 1.5 Основні параметри деяких хімічних акумуляторів
| Хімічні сполуки | Температура, °С | Г устина енергії, що акумулюється, ГДж/м |
| 2,21 | |
| 0,51 | |
| 2,36 | |
| 4,82 |
Коли є залишкова енергія відновлюваних джерел, то її можна використовувати для збагачення природного палива під час його переробки, тобто акумулювати енергію в паливі. Ефективність такого акумулювання можна розглянути на прикладі переробки вугілля.
При звичайному спалюванні вугілля маємо 
кДж / кг, тобто кожний кілограм вугілля при спалюванні виділяє 393,5 кДж теплової енергії. Якщо обробити вугілля водяною парою, то отримаємо 
кДж / кг.
Це означає, що замість вуглецю як енергоносія отримаємо енергоносії у вигляді оксиду вуглецю та водню, а витрата енергії 131,3 кДж/кг станеться за рахунок енергії поновлювальних джерел. При спалюванні отриманих енергоносіїв будемо мати:
кДж / кг;
кДж / кг.
Отже, маємо сумарну теплову енергію 524,8 кДж/кг, що, порівняно зі звичайним спалюванням вугілля (395,5 кДж/кг), дасть збагачення палива на 33,3 %.
При обробці вугілля вуглекислим газом маємо 
кДж / кг.
При спалюванні отриманого оксиду вуглецю будемо мати 
кДж / кг, це означає, що отримаємо збагачення вугілля на 43,8 %.
Акумулювання енергії на основі водню (рис. 1) має великі перспективи. З енергетичної точки зору, водень - це альтернатива нафті та природному газу, при цьому:
- запаси водню в складі води практично невичерпні;
- теплота згорання водню в кілька разів вища, ніж у природних газів;
- водень як паливо може бути використаний для отримання теплової та електричної енергії, а також у двигунах різного виду;
- водень – екологічно чисте паливо.
|
| Рис. 1.15. Акумуляція енергії НДЕЕ на основі водню |
Система акумулювання на основі водню забезпечує:
– стабільне енергопостачання споживачів;
– розв’язання проблем зберігання водню і його використання з метою отримання теплової та електричної енергії;
– отримання палива з оптимального характеристиками.
Дата добавления: 2015-05-19; просмотров: 2261;