Энергия градиента солености
Впервые явление осмоса наблюдал и описал А. Полло в 1748 году. В 1877 году В. Пфеффер измерял осмотическое давление при изучении водных растворов тростникового сахара. В 1887 году Вант-Гофф на основе данных опытов Пфеффера вывел закон
Р
= i х
C x R x T/M,
где Р - осмотическое давление, Па;
i - изотонический коэффициент, определяющий степень диссоциации молекул растворенной соли;
С - концентрация раствора, г/ м ;
М - молекулярная масса (для NаСl M = 58г);
R - универсальная газовая постоянная, Дж/моль;
Т - абсолютная температура раствора.
При
средней солености вод океана равной
35‰
(промилле) С = 35000 г/ м
,
i = 1,65, R
= 8 Дж/моль, Т = 300
К.
При наличии со второй стороны мембраны
пресной воды осмотическое давление
составит Р
= 2389464 Па, то есть приблизительно 24 атм.,
что эквивалентно давлению воды при
высоте плотины 240 м. При солености воды
в 300‰
(заливы Кара-Богаз-Гол и Сиваш) осмотическое
давление увеличивается в 8,5 раз и
превышает 200 атм. (плотина > 2000 м).
Но крупномасштабных установок опытно-промышленных пока не построено. Ведутся поисковые работы по мембранам (материалам для них) и самим преобразователям.
Лекция № 8 Нетрадиционные гидроэлектростанции.
Преобразование энергии ветровых волн и зыби
В настоящее время количество патентов и авторских свидетельств на способы и устройства преобразования энергии волн превышает 2000. Для этой цели используются семь волновых эффектов:
1) изменение уровня воды;
2) продольные колебания жидкости;
3) пространственная скорость жидкости;
4) изменение наклона свободной поверхности;
5) переменное изгибание вслед за свободной поверхностью;
6) гидродинамическое давление;
7) переменное гидростатическое давление;
8) инерционные эффекты.
Классификация способов преобразования
I [1]
II [1]-[2]
III [1]-[2]-[3]
IV [1]-[2]-[3]-[4]-[5]
I - непосредственный преобразователь. Энергия волны преобразуется в электрическую при отсутствии каких либо механических преобразователей.
II - устройство 1 воспринимает энергию волн и преобразует её в другой вид механической энергии, 2 - генератор электрической энергии.
III - между устройством, воспринимающим энергию волн и генератором стоит промежуточный преобразователь. Например, устройство 1, используя энергию волн, сжимает воздух, а энергия сжатого воздуха заставляет вращаться газовую турбину 2, преобразующую энергию сжатого воздуха во вращательное движение вала турбины и электрического генератора 3.
IV - по этому способу энергия волн, преобразованная устройством 1, заставляет работать насос 2, подающий энергию в аккумулирующее устройство 3. Устройство 4 преобразует энергию в механическое движение электрогенератора 5.
Приемник энергии поверхностных волн в виде плиты был использован в 1899 году в Ошен-Грове, в 110 км южнее Нью-Йорка. С его помощью морская вода накачивалась в резервуар водонапорной башни, откуда она использовалась для орошения улиц (чтобы не было пыли). К.п.д. этого преобразователя достигает 50%.
В 1935 году К.Э.Циолковский предложил несколько конструкций преобразователей для использования энергии волн. Он называл их моторами. Один из них в виде плавающей дверной петли большого размера.
В 70-х годах подобное устройство предложил английский изобретатель Коккерель. В 1978 году он сделал действующий макет "плота" мощностью 1 кВт. Это был первый случай получения электрической мощности с помощью волн в Англии. При длине плота равной длине поверхностных волн к.п.д. плота близок к 100%.
В 2007 году недалеко от г. Повоа-де-Варзим (Португалия) началась коммерческая реализация проекта Pelamis "Морская змея", обеспечивающего электроэнергией более 1500 домов. Преобразователи имеют длину от 30 до 120 м и диаметр 3,5 м. Волнообразные колебания цилиндрических секций перемещают гидравлические поршни, прокачивающие масло через гидравлические двигатели, которые в свою очередь, вращают электрогенераторы. 28 преобразователей с мощностью 3х250 кВт каждый обеспечивают общую мощность станции 22,5 МВт. Стоимость выработанной электроэнергии равна 20 евроцентов за 1 кВтч.