17. Преобразование тепловой энергии океана. Отэс замкнутого цикла. Мощность отэс. Экологические и техникоэкономические проблемы отэс. Выбор рабочих тел.

Для преобразования энергии перепада температур в океане в настоящее время предложено несколько типов устройств.

• наибольший объем исследований ведется по разработке систем, действующих по двухконтурной схеме с промежуточным рабочим телом на основе термодинамического цикла Ренкина

• устройств, выполненных по одноконтурной схеме и работающих непосредственно на морской воде (открытый цикл Клода)

• к основным на сегодняшний день (имеются в виду промышленно разрабатываемые установки) можно причислить и устройства, работающие по одноконтурной схеме, но нагруженные на обычную гидравлическую турбину (цикл Фетковича).

• далее следует целый ряд модификаций схем тепловых машин, использующих кроме того и другие перепады температур (воздух-вода, точнее атмосфера-гидросфера, гидросфера-литосфера), а также системы для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую.

Схема установки, работающей по замкнутому циклу. В такой системе с помощью теплых поверхностных вод, прокачиваемых насосом через теплообменник испарителя, превращают в пар какоелибо подходящее рабочее тело (аммиак, фреон, пропан), создают пар повышенного давления, давая ему возможность расшириться через турбину в холодильник, где пар конденсируется при контакте с охлаждаемыми поверхностями второго теплообменника, омываемого водой, закачиваемой из глубинных слоев океана. 

1 – насос теплой воды; 2 – испаритель; 3 – насос осушителя парообразного рабочего тела; 4 – осушитель; 5 – турбина с электрогенератором; 6 – конденсатор; 7 – насос для забора холодной воды; 8 – насос для подачи рабочего тела.

Удельная мощность, получаемая с 1 м2 площади океана при разности температур воды и воздуха, равной

10 °С составляет примерно 18 кВт/м2

20 °С – 60 кВт/м2,

30 °С – 125 кВт/м2

главные недостатки существующих

установок:

1. Большие энергетические потери на транспортировку сырья с глубины,

позволяющие установкам работать при разности температур не ниже 200С.

2. Сложность подачи сырья, ограничивающая объемы производства.

3. Необходимость иметь стартовые энергетические мощности.

4. Проблемы, связанные с выделением углекислого газа растворенного в

глубинных слоях океана.

Экологические проблемы:

количество воды при подъеме на поверхность способно выделить в атмосферу большое количество растворенные на глубине вредных газов.

Рабочее тело: морская вода или фреон-12.

18. Отэс открытого цикла. Комбинированная выработка электроэнергии и пресной воды. Технические трудности создания отэс открытого цикла. Арктические отэс. Определение мощности. Экологические проблемы.

После сжатия в компрессоре рабочий газ имеет температуру значительно ниже температуры воздуха окружающей среды и в соответствии с законами термодинамики тепло из окружающей среды перетекает в рабочий газ азот, что обеспечивает высокую эффективность работы предлагаемого устройства. Кроме того, при извлечении тепла из воздуха окружающей среды его температура понижается, и содержащиеся в нем пары воды конденсируются, позволяя получать пресную питьевую воду.

трудности создания ОТЭС открытого цикла.

1. Большие энергетические потери на транспортировку сырья с глубины,

позволяющие установкам работать при разности температур не ниже 200С.

2. Сложность подачи сырья, ограничивающая объемы производства.

3. Необходимость иметь стартовые энергетические мощности.

4. Проблемы, связанные с выделением углекислого газа растворенного вглубинных слоях океана.

Для получения 1 МВт «полезной» мощности через теплообменники такой станции должно пройти не менее 40 МВт тепловой мощности.

Экологические проблемы:

количество воды при подъеме на поверхность способно выделить в атмосферу большое количество растворенные на глубине вредных газов.

19. Геотермальная энергия и ее свойства. Строение Земли. Классификация геотермальных районов. ГеоТЭС. Экологические проблемы строительства ГеоТЭС. Перспективы использования геотермальной энергии, достоинства и недостатки. Методы и способы использования геотермального тепла.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ, тепло, содержащееся в земных недрах. Существует вследствие радиоактивности и из-за движения тектонических пластов. В гейзерах и вулканах проявляется естественным образом.

Геотермальные районы:

Геотермальный. Температурный градиент – более 80°С/км. Эти районы расположены в тектонической зоне вблизи границ континентальных плит.

Полутермальный. Температурный градиент – примерно от 40 до 80°С/км. Подобные районы связаны главным образом с аномалиями, лежащими в стороне от границ платформ. Извлечение тепла производится из естественных водоносных пластов или из раздробленных сухих пород. Хорошо известный пример такого района находится вблизи Парижа и используется для обогрева зданий.

Нормальный. Температурный градиент – менее 40°С/км. Такие районы наиболее распространены, именно здесь тепловые потоки в среднем составляют примерно 0,06 Вт/м2. Маловероятно, чтобы в таких районах даже в будущем стало экономически выгодно извлекать тепло из недр.

Методы и способы использования геотермального тепла:

Для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий необходима температура воды не ниже 50…60°С.

Наиболее рациональное использование термальных вод может быть достигнуто при последовательной их эксплуатации: первоначально в отоплении, а затем в горячем водоснабжении.

Но это представляет некоторые трудности, так как потребность в горячей воде по времени года относительно постоянна, тогда как отопление является сезонным, оно зависит от климатических условий района, температуры наружного воздуха, времени года и суток.

В настоящее время разработаны различные схемы использования термальных вод для отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий.

Современные технологии использования в энергетических целях тепла подземных источников предусматривают производство тепловой энергии на геотермальных тепловых станциях (ГТС).

Преимущества:

- неисчерпаемость и стабильность действия.

- Теплом Земли можно пользоваться постоянно, в отличие от энергии ветра или Солнца.

Недостатки:

- Получать значительные объёмы энергии Земли могут далеко не все страны мира, а только те из них, которые расположены в вулканических районах планеты.

- при использовании геотермальной энергии необходимо позаботиться о защите окружающей среды, которая может пострадать вследствие выбросов отработанной воды.

- Использование подземных вод может представлять опасность для здоровья человека, поскольку могут содержать токсичные соединения.

20. Использование геотермального тепла в системах теплоснабжения. Принципиальная схема геотермального теплоснабжения с теплообменниками Принципиальная схема геотермального теплоснабжения с параллельной подачей геотермальной воды на отопление и горячее водоснабжение и пиковым догревом воды на отопление.

Для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий необходима температура воды не ниже 50…60°С.

Наиболее рациональное использование термальных вод может быть достигнуто при последовательной их эксплуатации: первоначально в отоплении, а затем в горячем водоснабжении.

Но это представляет некоторые трудности, так как потребность в горячей воде по времени года относительно постоянна, тогда как отопление является сезонным, оно зависит от климатических условий района, температуры наружного воздуха, времени года и суток.

В настоящее время разработаны различные схемы использования термальных вод для отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий.

Современные технологии использования в энергетических целях тепла подземных источников предусматривают производство тепловой энергии на геотермальных тепловых станциях (ГТС).

21. Схема и принцип действия простейшей ГеоТЭС. Схема геотермальной электростанции с низкокипящим рабочим веществом. Одноконтурные ГеоТЭС (схема, принцип действия, достоинства и недостатки). Двухконтурные ГеоТЭС (схема, принцип действия, достоинства и недостки)и).

возможность эффективного использования такой схемы во всем интервале температур энергетических термальных вод и пароводяной смеси - от 90 до 220°C

- водоаммиачное рабочее тело превосходит по эффективности индивидуальные РТ

- мощность на валу водоаммиачной турбины при изменении температуры термальной воды в указанном интервале меняется в пределах 15%, а мощность пароводяной и аммиачной турбин - в 4р.

- пароводяная турбина по сравнению с водоаммиачной при этих температурах греющей воды имеет значительно большие массогабаритные показатели и работает в вакуумной области

- благодаря лучшим чем у углеводородов и фреонов характеристикам теплопередачи удается также заметно снизить удельную металлоемкость и стоимость парогенератора и конденсатора энергоустановки на водоаммиачной смеси по сравнению с энергомодулем на индивидуальных РТ. Если максимальная мощность транспортабельного энергомодуля на индивидуальных РТ не превышает