МЕСТОРАСПОЛОЖЕНИЕ ОКЕАНСКИХ СТАНЦИЙ
Мы видели, что критическим параметром для океанских тег ловых электростанций является АТ. Соответственно лучшими местами для сс здания станций являются те, где можно обеспечить наибольшее значение Д7 В общем, нетрудно найти в тропической зоне участки водной поверхностй с достаточно высокой температурой. Более сложной проблемой является поисі холодной воды. Как правило, это глубоководные морские акватории, располс женные вдали от суши. В связи с этим более привлекательными представляют-] ся океанские электростанции, размещенные на плавающих платформах, а не на берегу.
Большое значение АТ (около 17 К и выше) не является единственным требо — ием. Глубина расположения холодных слоев воды с температурой не выше “С должна быть не очень большой (не более 1000 м), иначе стоимость трубы подачи на поверхность холодной воды станет слишком высокой. Для при — гмого решения проблемы закрепления плавающей платформы на якоре не — чодимо, чтобы глубина воды не превышала 1500 м. а скорость поверхностных ений была не более 2 м/с.
Гдбина океана в месте предполагаемого сооружения станции не является “ическим фактором, если предусматривается строительство подвижной энер — становки, использующей тягу, создаваемую потоком выходящей из станции Как отмечалось выше, такое решение может быть обусловлено отсутствием одных течений и необходимостью предотвращения перемешивания холод — и подогретой воды.
Важным фактором при выборе места для электростанции является расстояние берега, на который надо передавать электроэнергию по электрическому кабелю, сте с тем возможно создание энергоемких океанских энерготехнологических •плексов, производящих в океане энергоемкие материалы и продукты. Так, выработки аммиака требуются только вода, воздух и электроэнергия. Он яв — ея идеальным продуктом для производства на океанских электростанциях, миак гораздо легче доставлять на берег, чем электроэнергию. При этом на гу из него могут быть получены удобрения и, если необходимо, то и элект — энергия. например с помощью топливных элементов (см. гл. 7).
Одна из концепций океанской электростанции предусматривает использо — ие только холодной океанской воды. Эта вода вначале прокачивается через ■дообменник, а затем направляется в так называемые мелкие солнечные пру- . расположенные на поверхности земли, где нагревается солнечным излуче — м до более высокой температуры, чем это возможно на поверхности океана, мное решение позволяет повысить КПД электростанции.
Солнечные пруды могут быть использованы не только для нагрева воды, и для разведения морских животных и растений в естественных условиях, еанская вода на больших глубинах насыщена разнообразными питатель — ми веществами и, будучи нагретой солнечным излучением, представля — собой идеальную среду для быстрого развития микроводорослей. Вода с кроводорослями поступает во второй пруд с моллюсками, питающимися и. Здесь выращиваются устрицы и другие моллюски. Наиболее крупные них направляются в торговлю, а мелкие размалываются и загружаются в тий пруд с ракообразными (креветки, лобстеры и др.), потребляющими Сточная вода из этого пруда не может быть сброшена в океан в связи с загрязненностью продуктами жизнедеятельности морских животных. Пому предусматривается еще один — четвертый пруд, в котором выращива — ся морские водоросли, очищающие воду от загрязнений и используемые
как источник агара, каррагена или же как сырье для производства биога (метана) в метантенках (см. гл. 11). Теплая вода из этого пруда используете* в качестве источника тепла для океанской электростанции.
ЗАДАЧИ
4.1.
 |
 |
 |
|
Океанская электростанция выдает в сеть 100 МВт. Теплая вода подає- ся из солнечного пруда с температурой 33 °С. Из теплообменника эта воді возвращается в тот же пруд с температурой 31 °С. (Тепловые потери в тр>- бопроводах можно считать незначительными.) Нагрев воды происходит счет солнечного излучения. Предположим, что среднесуточное поступление энергии солнечного излучения составляет 250 Вт/м2 и в воде поглощаете! 80 % этой энергии. Холодная вода имеет температуру 8°С. Остальные исходные данные см. на рисунке.
В теплообменнике теплая вода охлаждается на 1,84 К, в то время как холодная вода в своем теплообменнике нагревается на 1,35 К.
Предположим, что 80 % оставшегося температурного напора срабатывается в турбине, остальная часть напора в равных долях распределена между холодной
СТОРОНОЙ ТеПЛООбмеННИКа ТеПЛОЙ ВОДЫ (яВЛЯЮШЄЙСЯ ИСПарИТеЛем) И BXOflOV
в турбину и теплой стороной теплообменника холодной воды (конденсатора! и выходом из турбины (ДГ£Г и &ТТС на рисунке). Затраты мощности на собственные нужды (привод насосов и др.) составляют 40 МВт. Эффективности турбогенератора равна 90 %.
f сосчитайте расходы холодной и теплой воды.
Определите необходимую плошаль солнечного пруда, пренебрегая испарением ды с его поверхности.
гїоходя из предположения, что кратность обмен? воды в пруде составляет 1 раз і 3 сут, определите требуемую глубину пруда.
| 1. Гольфстрим переносит 2,2- 1012 м3/сут воды. Средняя температура воды га 25 °С. Оцените размер площади морской поверхности, с которой собирается энергия солнечного излучения, обеспечивающая энергией возникновение КОГО мощного течения.
4.3. Предположим, что аммиак испаряется в испарителе океанской электро — с анции при постоянной температуре (подумайте, строго ли выполняется это. овие). Если температура теплой воды на входе в теплообменник на ДЕ, выше * .чпературы кипения аммиака, а на выходе из теплообменника ее температура шличается от температуры кипения на Д Т2, то каков будет средний темпера — крный напор ДІ? Сравните Ваши результаты с контрольными: если ДТх = 4 К, I ±Т = 2 К. то <Д7> = 2,88 К.
4 4 — Утомная электростанция мощностью 1,2 ГВт размещена на берегу реки, вода l. горой служит для охлаждения. КПД электростанции (отношение производимой ктроэнергии к потребляемому теплу) — 20 %. Охлаждающая вода выходит из — ообменника при температуре 80 °С. Предлагается использовать эту нагретую і на электростанции, подобной океанской.
■едположите: температура речной воды равна 20 °С; КПД электростанции являет 1/2 от КПД цикла Карно; половина располагаемого температурного пора приходится на турбину.
Каков расход этой воды?
Какую максимальную электрическую мощность можно получить на такой электростанции?
Насосы океанской станции прокачивают через теплообменник 200 м3 теп — II воды в секунду, температура которой в нем снижается на 1 %. Все сни — гмое тепло направляется в испаритель аммиака. Температура аммиака на оде в турбину равна средней температуре воды в теплообменнике минус К Температура конденсатора поддерживается на уровне 10 °С за счет качки 250 м3 в секунду холодной воды. Эффективность турбогенератора на 90 %. На собственные нужды затрачивается 12 МВт производимой ктроэнергии.
ои должна быть начальная температура теплой воды, чтобы обеспечить пос — Су в сеть 20 МВт электроэнергии?
Какой должна быть температура теплой воды, чтобы обеспечить лишь затрати энергии на собственные нужды?
4.6.
 |
Рассмотрим гипотетическую океанскую электростанцию, эффективное!, преобразования энергии на которой равна КПД цикла Карно. Температура на входе в турбину равна Т№ а на выходе из нее Тс.
Тепло подводится через теплообменник, на входе которого температура вод равна Ttfin. а на выходе ТН OUC Расход воды через теплообменник равен VH. Сток тепла обеспечивается другим теплообменником с температурой воды н — входе ТС ш и температурой на выходе из него ТСоЫ. Расход воды через теплообменник Vc.
Все тепло, снимаемое с теплообменника теплой воды, передается на вхс турбины. Все тепло, сбрасываемое из турбины, снимается на теплообменник, холодной воды.
Параметры процесса:
Тн ы= 25°С;
Та п = 8°С;
тн — средняя температура между ТНш и Тн ош;
Тс — средняя температура между Тс ш и Тс out;
VH= VC = V= 420 м3/с;
7) /out и тс ошне заданы.
Ясно, что если THout будет равной ТН ш, тепло в цикл подводиться не будет и мощность станции будет равна нулю. С другой стороны, если Ttfout будет равна Тс in, максимальная тепловая мощность будет извлекаться из тепло, воды, но мощность станции также будет равна нулю, так как КПД цик: Карно оказывается равным нулю.
Между этими предельными случаями имеется оптимальный вариант, при котором реализуется максимальная мощность электростанции. Найдите эти оптимальные условия и значение THouV при котором КПД цикла Карно будет максимальным.
До сих пор мы обсуждали общие принципы устройства тепловых ин, преобразующих тепловую энергию в механическую.
В этой и следующих главах будут рассмотрены устройства, которые пре — *азуют тепло напрямую в электрическую энергию, а именно: термоэлект — зские и термоэмиссионные преобразователи. В главе, посвященной фо- электрическим преобразователям, описываются термофотоэлектрические .образователи, которые преобразуют тепло в энергию излучения, а затем лектрическую энергию. Другие типы преобразователей, такие как, напри — а а п і и т о г а з о л ин а м и ч с с к и й генератор, который преобразует тепловую. >гию в кинетическую энергию плазмы и далее в электроэнергию, в этой лге не рассматриваются.
В предыдущих главах этой книги при изложении материала мы сначала у ждали физическую сущность явления, лежащего в основе работы того иного устройства, а затем переходили к конструкции и характеристикам йств, использующих это явление. В этой главе мы отойдем от привыч — схемы и сначала рассмотрим свойства термопар и только потом подробно новимся на сути самого явления. Такой подход связан с тем, что описать ктеристики термоэлектрических преобразователей достаточно просто, довольно сложно объяснить процессы, в результате которых возника — термоэлектрический эффект. Действительно, основываясь на законах ссической механики и максвелловском распределении электронов по ргии, мы можем убедиться в том, что эффекта Пельтье не существует, •: фект Томсона в металлах должен быть на два порядка больше, чем он на самом деле. Именно эффекты Пельтье и Томсона лежат в основе моэлектричества.