2. Требования к насосным агрегатам

Работа ОТЭС требует подачи огромных количеств поверхност­ных и глубинных вод, прокачки рабочего тела. Все это сопровож­дается совершением работы против сил сопротивления, и на все расходуется мощность ОТЭС, что приводит к дополнительному расходованию мощности исходного потока Pq. Эти затраты можно численно оценить, хотя аналитическое решение и затруднено. Эффект охлаждения воды в гидростатической «цепи» мал, но он содействует циркуляции.

Пример 14.3. Трение в трубопроводе холодной воды. Система ОТЭС в примере 14.2 (см. рис. 14.6) имеет Рг = 1 МВт, Д T=20° С при длине трубопровода L = = 1000 м и его диаметре Z) = 1 м. Определить мощность, затрачиваемую на подъем воды по трубе.

Решение. Средняя скорость потока в трубе u = Q/A =(0,5 м³/с) / [л (0,5 м)²] = = 0,63 м/с. Следовательно, число Рейнольдса равно Re = wD/v= (0,63 м/с) (1 м)/ /(1,0-10~⁶ м²/с) =6,3* 10⁵. На практике различные морские организмы, подни­маясь по трубе с глубины, будут оседать на стенках и создавать эквивалентные неоднородности высотой £ = 20 мм, т. е. £/D = 0,02. Таким образом, из рис. 2.6 коэффициент сопротивления трубы оказывается равным с; = 0,012.

В соответствии с (2.12) потеря напора в трубопроводе составляет Н = = 2gL u²/Dg= 1,0 м. Для преодоления этого сопротивления требуется такая же мощность, как и для подъема массы pQ на высоту Н в секунду: P = pQgH = 4,7 кВт.

Видно, что избежать серьезных потерь в трубопроводах можно, сделав их диаметр достаточно большим. Однако так как потери напора изменяются пропорционально D~^A или даже D^-5, они мо­гут стать ощутимыми в переходах от трубопровода к теплообмен­нику и внутри самого теплообменника. Безусловно, все попытки увеличить теплопередачу за счет развития поверхности тепло­обменника и турбулизации потока в нем ведут к увеличению со­противления движению потока внутри него.

В дополнение к сказанному скорость потока, на практике требуемая для получения заданной выходной мощности, оказы­вается выше принятой в примере 14.2 из-за того, что реальная тепловая машина менее эффективна, чем машина Карно. За счет этого потери мощности на преодоление гидравлического сопротив­ления увеличиваются. Обрастание труб теплообменника ухудшает ситуацию как за счет необходимости увеличивать расход Q, чтобы поддерживать требуемый уровень выходной мощности, так и за счет уменьшения проходного сечения. Как следствие в подобных системах более 50% подводимой мощности может быть израсхо­довано на преодоление трения в трубопроводах.

2. Другие практические соображения

Приведенные выше расчеты показывают, что каких-либо серь­езных термодинамических ограничений, по которым успешная

345

Рис. 14.7. Подводная платформа для ОТЭС электрической мощностью 400 МВт, предложенная специалистами фирмы Lockheed. Платформа может быть установ­лена на якоре при любой глубине моря:

/ — платформа; 2 — трубопровод холодной воды; 3 — распорка; 4 — бридель, 5 — шар­нир, 6 — трапеция, 7 — якорный трос; 8 — якорь

работа ОТЭС была бы невозможной, не существует. Хотя, конеч­но, остается целый ряд практических, конструкционных и экологи­ческих затруднений, но все они могут быть так или иначе пре­одолены.

Платформы. Американские разработчики ставят перед собой целью создание крупных систем, рассчитанных на выходную электрическую мощность примерно 400 МВт, которые должны будут размещаться на массивных плавучих платформах в откры­том море, подобных уже использующимся для бурения нефтя­ных скважин. Из-за того что подобные сооружения будут тяже­ловесны и неманевренны, возникают серьезные трудности при под­ключении к ним трубопроводов холодной воды, связанные с напря­жениями, создаваемыми поверхностными волнами и течениями.

Одно из решений этой проблемы — придать платформе нейт­ральную плавучесть и заякорить в подводном положении (рис. 14.7), что позволит избежать основных нагрузок на поверх­ности.

Трубопроводы холодной воды. Эти трубопроводы — объект воздействия не только сил, возникающих в месте присоедине­ния их к платформам, но и целого ряда сил, распределенных вдоль трубопроводов. Они включают сцлы, связанные с дейст­вием волнения и течений, нестационарные силы, возникающие при срыве вихрей при обтекании трубопроводов потоками в толще

346

океана, силы, связанные с гармоническими колебаниями плат­форм, с дрейфом их в океане, и, наконец, собственный вес трубо­проводов. В стадии обсуждения находится вопрос о том, какой материал, жесткий или податливый (например, полиэтилен), будет лучше противостоять этим силам. Кроме того, есть еще одно су­щественное обстоятельство — необходимость сборки и позициони­рования трубопроводов. Ряд специалистов отдают предпочтение доставке готовых трубопроводов в сборе и на плаву медленного затопления с переводом в вертикальное положение в требуемом месте. Однако транспортировать даже отдельную нитку такого трубопровода, имеющего диаметр несколько метров и длину до

1. км, не просто.

Соединение с берегом. Высоковольтные, рассчитанные на передачу большой мощности подводные кабели — стандартные компоненты систем передачи электроэнергии. Они безусловно до­роги (как и любые достаточно сложные морские конструкции), но тем не менее изготовление такого кабеля длиной около 50 км вполне осуществимо.

В качестве альтернативы для крупных ОТЭС, размещаемых в сотнях километрах от берега и потребителей, разрабатывается идея использования получаемой электроэнергии непосредственно на борту для производства химических веществ, как бы аккумули­рующих энергию (например, водорода, § 16.3).

Размещаемые на суше системы могут быть созданы лишь в местах с большим уклоном дна (редко встречающихся). Их глав­ное преимущество заключается в низкой стоимости. Упрощаются здесь подключение к трубопроводу холодной воды, обслуживание. Кроме того, трубопровод холодной воды не подвержен нагрузкам, так как он покоится на дне. Правда, он все же уязвим для воздей­ствия штормов из-за того, что волновое движение может сказы­ваться до глубин примерно 20 м.

Турбины. Если не касаться реальных размеров турбин, то они не представляют серьезных трудностей. Могут быть исполь­зованы существующие разработки. Как и для всех существующих тепловых машин, КПД турбин не будет выше 50% по отношению к идеальной машине Карно с таким же подводом тепла к рабочему телу.

Выбор рабочего тела. Имеется масса доступных для использо­вания жидкостей, имеющих подходящую точку кипения, например аммиак, фреоны или даже вода. Конечно, если рассматривать воду, то ее точка кипения должна быть понижена до температуры поверхностных вод за счет частичного вакуумирования (сниже­ния давления). На этом основано действие систем открытого цикла, в которых теплые поверхностные воды сами используются в качестве рабочего тела. Построенные по этому принципу ОТЭС могут производить не только электроэнергию, но и значительное количество пресной воды.

347