Преобразование тепловой энергии океана.

Солнечная энергия, поглощённая океаном, преобразуется в тепло, причём, верхние слои воды нагреваются больше нижних придонных на 18…22ºC. Преобразование тепловой энергии океана в электрическую возможно с помощью тепловой машины, использующей перепад температур между поверхностными и глубинными водами океана, рис 5.4. Здесь: П - теплообменник –парогенератор, передающий тепло «горячей воды» хладону, К-конденсатор, в котором происходит конденсация хладона с отбором тепла «холодной водой», Н - конденсатный насос, Т и Г, соответственно, турбина, работающая на парах хладона, и генератор.

Рабочая жидкость тепловой машины циркулирует по замкнутому контуру, отбирает тепло от “горячей” воды в теплообменнике испарителя П, в паровой фазе приводит в действие турбину Т и электрический генератор Э, а затем конденсируется в охлаждаемом холодной водой конденсаторе К. Из–за низкого температурного перепада и низкой температуры “горячей” воды в качестве рабочей жидкости применяют хладон или аммиак, имеющие низкую точку кипения.

Рис. 5.4.Использование тепловой энергии океана для производства электроэнергии в тепловом двигателе

В идеальной системе мощность, отдаваемая теплой водой пропорциональна её плотности , удельной теплоёмкости , расходу воды и перепаду температур :

Максимальная механическая мощность на валу турбины

,

где - КПД идеальной тепловой машины, работающей при перепаде температур

Он равен

Для идеальной тепловой машины выходная механическая мощность:

Требуемый расход воды для идеальной тепловой машины мощностью 1000кВт

,

Таким образом, даже для идеальной машины при максимально возможном перепаде температур в океане расход воды очень значителен. А максимальный перепад температур 18…22ºС бывает только в тропиках.

Хорошие условия для строительства океанской термальной электростанции существуют на Гавайских островах, вблизи полуострова Флорида, США, а также вблизи острова Науру (центральная часть Тихого океана, 0º северной широты, 166º восточной долготы). В 1000м от берега глубина океана уже 700м, а температурный перепад составляет 22 . Электростанция может быть установлена на берегу, а не в океане. Судя по детальным характеристикам этого места, здесь создана экспериментальная океанская термальная станция мощностью 1000кВт. По имеющимся данным удельные затраты на строительство такой станции составляют до 40.000 долларов на 1кВт установленной мощности и размеры установки – значительны.

В реальных условиях теплообмена не всё тепло “горячей” воды передаётся рабочей жидкости из–за низкой теплопроводности морской воды, большого сопротивления теплопередаче в теплообменнике слоя накипи, биообрастаний. Поэтому расход воды и размеры теплообменников – значительно больше, чем в идеальном случае. Трубопроводы холодной воды подвергаются воздействию волн, течений и собственного веса, особенно если станция располагается на плавучей платформе в открытом море. В этом случае существуют также сложности в соединении станции с берегом(длинные высоковольтные кабели). Мощность насосов затрачивается на преодоление сил сопротивления в самом трубопроводе и на подъём воды над уровнем океана. Для преодоления сопротивления трубопровода длиной 1000м и диаметром 1м при расходе воды 0,5 м³/с в станции мощностью 1000кВт, при перепаде температур 20ºС нужна мощность насосов всего 5 кВт. Если эта вода поднимается к теплообменнику, расположенному на высоте H над уровнем океана, нужна дополнительная мощность 5 кВт на каждый метр подъёма. На это также расходуется мощность самой станции (собственные нужды).