БЕСПЛОТИННЫЕ ГЭС НА ЭФФЕКТЕ ОСМОСА

Примером технологий, использующих иные, не традиционные для гидроэнергетики, приннципы работы, может служить технология бесплотнной ГЭС действующей на эффекте осмоса. Данная технология испольует энергию градиента солености, которая выделяется при смешении солёных морских вод с пресными речными или дождевыми водами. Энергия градиента солености может быть отнесена к физико-химическим запасам энергии морей и океанов и имеет высокую концентрацию, а по запасам сравнима с тепловой энергией морей и океанов.

Если пресную воду отделить от соленой полупроницаемой мембраной, то благодаря осмосу пресная вода будет проникать через мембрану, разбавляя раствор соленой воды и повышая её уровень. Диффузия пресной воды может быть прекращена дополнительным гидростатическим давлением, прекладываемым со стороны соленой воды. Это давление называется осмотическим. Разность осматического давления между пресной и соленой океанской водой составляет порядка p_ОСМ = 2,4 Мпа, что эквивалентно давлению столба воды высотой 240 м. Таким образом градиент солености движет поток воды через полупроницаемую мембрану, разделяющую растворы разной концентрации.

Известно, что средняя скорость испарения воды с поверхности всех морей и океанов планеты составляет G_О = 1,2 ∙ 10⁷ м³/с (с поверхности морей и океанов за год испаряется слой воды в среднем высотой 1,3 м), с поверхностей всех рек ещё G_Р = 1,1 ∙ 10⁶ м³/с. С учётом последующего выпадения этой воды обратно в океан, мощность этого источника энергии составляет P = Gp_ОСМ = 30 ТВт. При смешении 1 м³ речной воды с морской, имеющей солёность 35%, может быть получена мощность 2 МВт, которая в естесственных условиях рассеивается.

Одна из возможных схем бесплотинной осмотической ГЭС представлена на рис.14.

Рис.14.

В турбину 1 подаётся морская вода по трубе 6.Турбина 1 создаёт давление меньше половины осмотического давления, создаваемого растворёнными в морской воде солями. Под этим давлением морская вода по трубе 7 подаётся во внутреннюю полость полупроницаемых мембран 5, расположенных в реакторе 4. Также в реактор по трубе 8 подаётся речная вода, которая омывает мембраны снаружи. В речной воде растворённых солей содержится в десятки раз меньше чем в морской. Расход морской воды через мембраны можно подобрать, так, что бы её объём увеличится в два раза за счёт всасывания речной воды. Разбавленная морская вода под давлением создаваемым турбиной 1 по трубе 9 подаётся на турбину 2. Так как количество подаваемой на неё воды в два раза больше, чем перекачивает турбина 1,то мощность турбины 2 будет приблизительно в два раза больше, чем турбины 1. На работу турбины 1 затрачивается энергия, а турбина 2, являющаяся приводом генератора 3, энергию вырабатывает. Все три агрегата соединены между собой и генератор вырабатывает электроэнергию, за счет разности этих энергий. Отработанная морская вода после турбины 2 сбрасывается в море по трубе 10, а из реактора 4 по трубе 11 в море сбрасывается часть речной воды не прошедшая через мембраны, (только в этом случае осмотическое давление растворённых в речной воде солей будет оставаться достаточно низким).

Осмотические ГЭС можно устанавливать на реках в местах их впадения в море. При использовании этих установок для выработки электроэнергии не нужно строить огромных и высоких плотин, а также затапливать большие площади земли. Выработка электроэнергии на этих установках может составить до 10 трлн. КВт ∙ час в год.

Первая опытная осмотическая электростанция заработала в Норвегии 24 ноября 2009 г. Она используется для тестирования и улучшения технологии. Коммерческая версия осмотической ГЭС будет построена через несколько лет. Установка создана норвежской государственной компанией Statkraft в городке Тофте (Tofte) близ Осло.

Нынешняя опытная электростанция расположена у устья реки, впадающей в Северное море. Морскую и речную воду направляют в камеру, разделённую мембраной. В отсеке с солёной водой осмос создаёт давление, эквивалентное воздействию водяного столба высотой 120 метров. Поток идёт на турбину, вращающую генератор. Если вычесть ту энергию, которая идёт на подпитывающие насосы, то на момент пуск норвежская осмотическая ГЭС вырабатывала всего от 2 до 4 кВт энергии. Планируется повысить выход до 10 кВт, а через несколько лет создать ещё одну тестовую версию, вырабатывающую до 1 МВт энергии. По ходу эксплуатации установки предстоит решить ряд проблем. Например, нужно будет найти способ борьбы с загрязняющими фильтры бактериями. Несмотря на предварительную очистку воды, вредоносные микроорганизмы могут заселить все участки системы.

По оценкам Statkraft, общемировой годовой потенциал осмотической энергии составляет 1600-1700 ТВт∙час. Это – 10% всего мирового потребления энергии (и 50% энергопотребления Европы). Многие крупные города стоят близ устья рек, а встроить такую машину можно даже в подвал офисного здания. Несмотря на то, что в течение года уровень воды в потоке обычно меняется, осмотическая установка может стать достойной альтернативой куда более переменчивым ветровой и солнечной энергиям.

Кронпринцесса Метте-Марит на пресс-конференции, посвящённой открытию электростанции.