Category Archives: Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Прямое сжигание биомассы

Сжигание на воздухе

Простейшим методом получения полезной энергии из сухой био­массы является ее сжигание на воздухе. Теплота реакции составляет от 16 до 24 ГДж/т абсолютно сухой биомассы, в зависимости от ее типа. Если количество кислорода недостаточно для полного окисления горючего материала, тогда происходит образование углерода, оксида углерода, углеводородов и других газов, а теплота реакции снижается. Азот и другие элементы, присутствующие в биомассе, превращаются в газообразные продукты и золу (http://www. bio-energetics. ru).

image429Примечание.

Присутствие воды в биомассе не снижает термодинамического выхода тепла, однако практическая эффективность реакции сни­жается вследствие необходимости нагрева воды и ее испарения при температуре сжигания. Содержание воды более 30% не дает возможности прямого сжигания биомассы, поэтому материал дол­жен быть высушен или же к нему следует добавить топливо.

Вода также снижает температуру пламени и скорость сжигания. Однако использование печей с псевдо сжиженным слоем материала позволяет проводить сжигание при содержании воды до 55%.

Были предложены регенеративные печи, повторно использующие тепло испарившейся воды и газообразных продуктов сгорания; в этих условиях теоретически возможно сжигание материалов, насыщен­
ных влагой. Сжигание в соответствующих камерах сгорания может явиться одним из наиболее эффективных методов использования энергетического потенциала биомассы.

В печах прямого нагрева и паровых котлах использование тепла составляет 85%, однако многие установки на практике являются зна­чительно менее эффективными.

Особенности установки и использования

Когенераторы легко перевозить и устанавливать. Они позволяют решить острый вопрос неравномерного суточного потребления элек­троэнергии, неразрешимый для крупных генерирующих установок. Действительно, для когенератора, линейная зависимость потребле­ния топлива имеет место, начиная с 15—20% номинальной мощности.. Секционируя (пакетируя) общую мощность на 4—8 блоков, работаю­щих параллельно, появляется возможность работы с 1,5—4% до 100% номинальной нагрузки при расчетном удельном потреблении топлива.

При отсутствии нагрузки невостребованные когенераторы оста­навливаются’, на этом в значительной степени экономится моторесурс первичных двигателей.

Использование энергии океанских течений

Механическая мощность, которую можно извлечь из океанского течения, определяется тем же соотношением, которое используется для оценки этой величины в ветроэнергетике. Коэффициент преобра­зования энергии, зависящий от типа турбины, для выполнения при­ближенных расчетов можно принять равным 0,6 для свободно вра­щающегося рабочего колеса и 0,75 для того же колеса в насадке.

Строительство крупных ветряных турбин (диаметром до 200 м) практически невозможно из-за ограничений, связанных с прочно­стью материалов и массовыми характеристиками подобных устройств (http://renewables. ru/).

Для турбин, работающих в морской среде, массовые ограничения менее существенны из-за действия на элементы конструкций силы

Архимеда. Повышенная плотность воды позволяет, кроме того, умень­шить столь существенное для воздушных турбин воздействие вибра­ций, вызывающих усталостное разрушение материалов.

Важное достоинство океанских течений в качестве источников энер­гии по сравнению с ветровыми потоками — отсутствие резких измене­ний скорости (сравните с изменениями скорости при порывах ветра, при ураганах и т. п.). При достаточном заглублении в толщу воды тур­бины ОГЭС надежно защищены от волн и штормов на поверхности.

Для эффективного использования течений в энергетике необхо­димо, чтобы они обладали определенными характеристиками. В част­ности, требуются:

♦ достаточно высокие скорости потоков;

♦ устойчивость по скорости и направлению;

♦ удобная для строительства и обслуживания география дна и по­бережья.

Удаленность от побережья влечет удорожание транспортировки энергии и обслуживания этих станций, как, впрочем, и любых других. Большие глубины требуют увеличения затрат на сооружение и обслу­живание якорных систем, малые — создают помехи судоходству.

Именно географические факторы не позволяют сейчас говорить о строительстве ОГЭС в открытом океане, где несут свои воды наиболее мощные течения. При средних и малых глубинах, особенно в местах образования приливных течений, важную роль играет топография дна.

В качестве недостатков преобразователей энергии океанских тече­ний следует отметить необходимость создавать и обслуживать гигант­ские конструкции в морской воде, подверженность этих конструкций обрастанию и коррозии, трудности передачи энергии.

По аналогии с ВЭУ, существующие преобразователи энергии тече­ний можно условно* разделить на две группы. К первой целесообразно отнести те из них, в основу которых положен принцип преобразова­ния скоростного напора во вращательное движение турбин. Ко вто­рой, менее многочисленной, группе относят преобразователи, осно­ванные на других физических принципах (объемные насосы, упругие преобразователи и др.).

Для характеристики схем установки преобразователей можно выде­лить две основные схемы — сооружений, закрепляемых на морском дне, и сооружений, плавающих в толще воды и заякоренных к дну.

Родоначальником устройств первой группы по праву считают водяное колесо (рис. 5.14, а). В совершенствовании водяного колеса

в

г

Рис. 5,14, Эволюция водяного колеса: а — колесо-прототип; б—ленточное колесо на плавучем основании; в —ленточное колесо в толще потока; г—ленточное колесо со складными лопастями

image388

наблюдаются две основные тенденции. Одна — собственно улучшение показателей колеса (за счет оптимизации конструкции ферм, лопа­стей, механизмов передачи энергии, расположения по отношению к потоку, применения современных материалов и т. п.), другая — прин­ципиальное изменение представлений о колесе.

Ленточное колесо (рис. 5.14, б) оказывается более компактным, тре­бует меньше материалов, менее подвержено воздействию атмосферы. Подобное устройство может быть установлено в потоке на понтонах с таким расчетом, чтобы нижние лопасти входили в воду, а верхние оставались «сухими».

Эффективность преобразования скоростного напора повышается за счет того, что сразу несколько лопастей оказываются под воздей­ствием потока. Однако простое увеличение числа лопастей ленточного колеса не приведет к существенному увеличению момента на валах.

На базе ленточного колеса созданы устройства, полностью погру­жаемые в толщу потоков (рис. 5.14, в, г). Для таких устройств пред­лагается несколько способов уменьшения сопротивления движению ленты во время холостого хода, например:

♦ сооружение воздушной камеры над колесом;

♦ применение различных вариантов механизмов складывания ло­пастей.

Наибольшие надежды гидроэнергетики, занимающиеся разработ­кой преобразователей энергетики океанских течений, связывают с
агрегатами, с помощью которых могут быть получены значительные единичные мощности.

В качестве вариантов таких устройств рассматриваются рабо­чее колесо в виде свободного пропеллера, пропеллера в насадке, водяной аналог турбины Дарье, системы с управляемым крылом (рис. 5.15, а—в). Во всех этих конструкциях, так же как и у перспек­тивных ветряных турбин, главный преобразующий элемент — кры­ловой профиль, обтекание которого потоком создает гидродинамиче­скую силу, заставляющую турбины вращаться.

Наилучшими показателями обладает турбина, выполненная в виде рабочего колеса с горизонтальной осью в насадке. Это объясняется тем, что такое рабочее колесо меньше возмущает поток, не так сильно, как свободное, вовлекая жидкость во вращательное движение.

Насадок как бы отделяет возмущенную часть потока от невозму­щенной и в то же время обеспечивает некоторую концентрацию энер­гии. Форму насадка выбирают из такого расчета, чтобы обеспечить плавное безотрывное течение потока на подходе к турбине, сделать всю систему устойчивой на потоке, максимально снизить завихрен­ность потока на выходе из нее.

Рис. 5.15. Варианты схем перспективных турбин для ОГЭС: а — свободный ротор; б—ротор в насадке; в—ротор, устанавливаемый поперек потока

image391

Увеличения мощности одного такого агрегата можно достигнуть за счет удлинения крыла. По сравнению с ветряными преобразовате­лями океанские турбины в этом плане имеют преимущество: крити­ческий размер крыла, при котором в нем достигается предел прочно­сти материалов для такой турбины выше.

Но есть ограничения и в воде: при слишком большой длине крыла на смену изгибающим моментам, создаваемым под воздействием силы тяжести, приходят моменты, создаваемые силой давления потока.

Другое ограничение диаметра рабочего колеса связано с техноло­гическими трудностями при постройке и установке столь громоздких сооружений в океане. Специалисты сходятся во мнении, что диаметр турбин в насадках вряд ли превысит 200 м (по габаритам подобное сооружение напоминает крытый стадион на 20 тысяч зрителей). Накопленный к настоящему времени опыт строительства эксплуата­ционных платформ для добычи нефти и газа водоизмещением в сотни тысяч тонн показывает, что такие объекты могут быть созданы.

Объемный насос. Рассмотрим преобразователи энергии потоков, относящиеся по нашей классификации ко второй группе, и, прежде всего, устройства типа объемного насоса. На рис. 5.16 изображена одна из схем такого устройства, в основе которого — неподвижно закрепленное в потоке сопло Вентури.

В пережатом сечении сопла из-за увеличения скорости жидкости происходит падение статического давления, которое может быть использовано, например, для засасывания воздуха с поверхности.

В выходном сечении уже сжатый воздух вытесняется из потока в напорную камеру, откуда поступает в воздуховод турбины, соединенной с электрогенератором. При умеренных степенях пережатия потока работа такого устройства может быть описана с помощью уравнения Бернулли.

Производительность такого насоса зависит от расхода жидкости через сечение насоса и может быть доведена примерно до 20 % объем­ного расхода. Эжекционные свойства сильно зависят от способа ввода в поток подсасываемого газа.

image393

Рис. 5.1 б. Схема объемного насоса

Перечень различных вариантов преобразователей можно про­должить, но важно отметить, что со временем могут быть открыты как более эффективные способы преобразования энергии потоков в океане, так и новые гидродинамические явления, которые потребуют принципиально новых разработок.

Уже сейчас можно обратить внимание:

♦ на энергию океанских противотечений, скрытых толщей поверх­ностных вод и часто лишь достаточно тонкими пограничными слоями отделенных от поверхностных;

♦ на энергию различных вихрей, возникающих в открытом океане под воздействием метеорологических возмущений и крупномас­штабной гидродинамической неустойчивости в океанах.

Известны даже постоянно действующие вихри. Один из них нахо­дится в 400 км от Огасавары (Япония) в Тихом океане. Он представ­ляет собой водоворот диаметром около 200 км, поднимающийся с глубины 3 км почти до самой поверхности. Примечательна одна из особенностей водоворота — примерно через каждые 100 дней он изменяет направление вращения на обратное. По оценкам японских ученых удельные энергетические характеристики этого водоворота значительно выше, чем у ряда океанских течений.

Окислительная газификация

Газификация биомассы кислородом дает газ средней энергоемко­сти, содержащий в основном оксид углерода и водород. Аналогичная реакция происходит на воздухе, но образующиеся газы разбавляются азотом, снижающим теплотворную способность. Химические процесс газификации представляет собой сочетание химического процесса сжигания с некоторыми “реакциями пиролиза, описанными в преды­дущем разделе. Уголь, полученный в результате пиролиза, реагирует с паром или диоксидом углерода с образованием синтез газа.

Пиролитеческие масла претерпевают аналогичные реакции. При температуре выше 1000 °С единственно стабильными молекулами топливного газа являются молекулы СО и Н2. При более низких тем­пературах стабильны молекулы этилена, метана и другие молекулы с небольшим весом.

image441

Рис. 7.5. Газификация способом нисходящего и восходящего токов

Газификаторы классифицируют следующим образом: газифика­торы восходящего тока, нисходящего тока, кипящего слоя и взвешен­ного потока. Схематические диаграммы газификаторов восходящего и нисходящего токов показаны на рис. 7.5.

Последний тип широко использовался в перцод второй мировой войны на транспортных средствах, трейлерах и небольших силовых установках. Недавно газификаторы, работающие на угле, использова­лись на Филиппинах для различных форм транспорта. Такие газифи­каторы нуждаются в постоянном уходе и внимательном отношении при запуске, регулировании и техническом обслуживании.

Воздушные газификаторы нуждаются в постоянном уходе и внима­тельном отношении при запуске, регулировании и техническом обслу­живании. Воздушные газификаторы представляются как первые био — топливные системы будущего для замены существующих бойлеров и для обеспечения процессов необходимой теплотой с использованием отходов отраслей промышленности, перерабатывающих биомассу, например продовольствие и бумагу. Состав типичных газов, получен­ных с использованием кислородного газификатора, дает возможность химического их превращения, например в метанол и аммиак.

Принцип роботы парокомпрессионного теплового насоса

Тепловой насос — это «холодильник наоборот», отмечается на www. avante. com. ua. В обоих устройствах основными элементами явля­ются испаритель, компрессор, конденсатор и дроссель (регулятор потока), соединенные трубопроводом, в котором циркулирует поток хладагента.

Хладагенты — это вещества, способного кипеть при низкой тем­пературе и меняющее свое агрегатное состояние с газового в одной части цикла, на жидкое — в другой. Просто в холодильнике главная партия отводится испарителю и отбору тепла, а в тепловом насосе — конденсатору и передаче тепла.

Функция бытового холодильника сводится к охлаждению продук­тов, и его сердцем является теплоизолированная камера, откуда тепло «откачивается» (отбирается кипящим в теплообменнике-испарителе хладагентом) и через теплообменник-конденсатор «выбрасывается» в помещение (задняя стенка холодильника довольно теплая на ощупь).

В тепловом насосе главным становится теплообменник, с которого тепло «снимается» и используется для обогрева дома, а второстепен­ная «морозилка» размещается за пределами здания.

Схематично тепловой насос можно представить в виде системы из замкнутых контуров.

Внешний контур (коллектор) представляет собой уложенный в землю или в воду (например, полиэтиленовый) трубопровод, в кото­ром циркулирует незамерзающая жидкость — антифриз. Источником низкопотенциального тепла может служить грунт, скальная порода, озеро, река, море и даже выход теплого воздуха из системы вентиля­ции какого-либо промышленного предприятия.

Во второй контур, где циркулирует хладагент, как и в бытовом холодильнике, встроены теплообменники — испаритель и конденса­тор, а также устройства, которые меняют давление хладагента — рас­пыляющий его в жидкой фазе дроссель (узкое калиброванное отвер­стие) и сжимающий его уже в газообразном состоянии компрессор.

Рабочий цикл выглядит так (рис. 6.7). Жидкость хладагента про­давливается через дроссель, ее давление падает, и она поступает в испаритель, где вскипает, отбирая теплоту, поставляемую коллекто­ром из окружающей среды. Далее газ, в который превратился хла­дагент, всасывается в компрессор, сжимается и, нагретый, выталки­вается в конденсатор. Конденсатор является теплоотдающим узлом теплонасоса: здесь происходит процесс получение теплоты — теплота

Дроссель

іЦ

S4S1

Выход

і—і

сетевой

воды

Вход

сетевой

S3 S2

воды

Конденсатор

100% жидкий хладогент -«■

Сторона

высокого

давления

Сторона

низкого

давления

Испаритель

Жидкий хладоген с частичками пара

©О

S4 S1

О

S3 S2

€К>

Выход теплоносителя

Вход

теплоносителя

Компрессор

Перегретый пар

image422

Рис. 6.7. Схема работы теплового насоса

принимается водой в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и конденсируется, чтобы вновь подвергнуться разряже­нию в расширительном вентиле и вернуться в испаритель. После этого рабочий цикл начинается сначала.

Чтобы компрессор работал (поддерживал высокое давление и цир­куляцию), его надо подключить к электричеству. Но на каждый затра­ченный киловатт-час электроэнергии тепловой насос вырабатывает 2,5—6 киловатт-часов тепловой энергии. Соотношение вырабаты­ваемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации (или коэффициентом преобразова­ния теплоты) и служит показателем эффективности теплового насоса. Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: чем больше разность, тем меньше эта величина.

По этой причине тепловой насос должен использовать по возмож­ности большее количество источника низкопотенциального тепла, не стремясь добиться его сильного охлаждения. В самом деле, при этом растет эффективность теплового насоса, поскольку при слабом охлаж­дении источника тепла не происходит значительного роста разницы температур.

По этой причине тепловые насосы делают так, чтобы масса низ­котемпературного источника тепла была значительно большей, чем нагреваемая масса. В этом состоит одно из важнейших отличий тепло­вого насоса от традиционных (топливных) источников тепла, в кото­рых вырабатываемая энергия зависит исключительно от теплотвор­ной способности топлива. По этой причине тепловой насос в каком-то смысле «привязан» к источнику низкопотенциального тепла, имею­щего большую массу.

Эта проблема может быть решена введением в тепловой насос системы массопереноса, например, системы прокачки воды. Так устроена система центрального отопления Стокгольма.

Работа линии по производству биодизельного топлива

Линия по производству биодизельного топлива (рис. 7.8) рабо­тает следующим образом.

Растительное масло из емкости перекачивается насосом Н1 в реактор-трансэтерификатор, куда добавляется порция спирта и гидроокиси калия (КОН) или натрия (NaOH) из дозатора. После заполнения реактора включается насос установки ТЕК-БД и компо­ненты реакции многократно циркулируют через зону гидромехани­ческого воздействия по схеме:

«емкость -» ТЕК-БД -» насос -» турбулентная насадка -> емкость».

При этом температура в реакторе ТЕК-БД поднимается на 10—12 °С. По окончании циркуляции продукты реакции перекачиваются насо-

Глава 7. Используем энергию биомассы 299

Подпись: Глава 7. Используем энергию биомассы 299

Реактор для смешивания химических компанентов Емкость хранения Емкость хранения

image448

Рис. 7.8. Линия по производству биодизельного топлива

 

сом НЗ в одну из емкостей для разделения на биодизель и глицерин (процесс разделения длится 15—20 минут).

После разделения биодизель и глицерин перекачиваются насосами Н4 и Н5, соответственно, в свои емкости. После заполнения этих емко­стей готовый продукт поступает на хранение или использование.

Перед началом работы линии предварительно готовится 4—5 пор­ций смеси КОН (или NaOH) и спирта в реакторе, куда подается спирт и КОН из своих емкостей. Процесс приготовления смеси занимает 10 минут. С помощью насоса Н2 готовая смесь перекачивается в дозатор.

Подготовка биомассы

Перед сжиганием тем или иным способом большинство типов био­масс необходимо определенным образом подготовить. Типы биомасс могут варьировать:

♦ от плотных, относительно сухих материалов, таких, как древесина;

♦ до очень влажных, обладающих низкой теплотворной способно­стью, таких как канализационные стоки и морские водоросли.

Другие материалы, такие как солома, обладая низкой влажностью, имеет малую плотность, и поэтому работа с ними является затруд­нительной. Наиболее важными этапами подготовки биомассы явля­ются:

♦ измельчение;

♦ сортировка по размерам частиц;

♦ сушка;

♦ хранение.

Необходимые размеры древесины получают путем распила, рас­кола и измельчения. Предварительная сушка на воздухе проводится не всегда, в зависимости от техники сжигания. Используют и другой метод подготовки древесины, называемый «уплотнением». В ходе этого про­цесса древесину сушат, измельчают, сортируют по размерам частиц и добавляют связующие агенты. Полученный материал брикетируют или прессуют в более плотную массу с содержанием влаги около 7%.

Н

Примечание.

В целом эта технология способствует улучшению свойств био­массы как топлива, приближая их к свойствам угля.

Этот процесс является дорогостоящим и может более чем в двое повысить цену топлива. Но он, тем не менее, обеспечивает подучение материала, способного заменить обычные виды топлива; в некоторых районах потребители готовы оплачивать эти лишние издержки.

Для транспортировки к месту использования солому прессуют в кипы. Кипы имеет низкую плотность (62—200 кг/м3 в зависимости от типа пресс-подборщика). Они должны быть небольшими для облег­чения погрузочно-разгрузочных работ вручную, что ведет к высо­ким транспортным расходам. Кроме того кипы соломы неудобны для автоматической подачи в печи для сжигания. Делались предложения относительно измельчения соломы перед использованием, но это еще больше увеличивало издержки по подготовке биомассы.

Твердые отходы животноводства содержат обычно 70—85% воды. Перед сжиганием необходима предварительная сушка, которую также можно осуществить путем использования топочных газов. Аналогичные методы применимы к другим материалам с высокой влажностью. При этом количество получаемого тепла в значительной мере снижается вследствие использования его части для высушивания топлива.

Хранение биологического сырья представляет особую проблему вследствие его большого объема, зачастую сезонного его поступления, а также склонности к биологическому разложению. Обычные виды топлива не имеет подобного рода недостатков. В некоторых случаях невозможно обеспечить подачу топлива в соответствии с необходимым выделением тепла, поэтому необходима установка печей (бойлеров), способных работать как на обычном топливе, так и на биомассе.

Области применения когенерационных систем

В качестве источника энергии в мини-ТЭЦ используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС): дизельные, газовые и газотурбинные. Энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, переходит в энергию электричества и утилизируюмую энергию тепла.

В газовых двигателях могут использоваться такие виды газов как: природный газ пропан, факельный газ, газ сточных вод, биогаз, газ мусорных свалок, коксовый газ, попутный газ, пиролизный газ, дре­весный газ, газ химической промышленности.

Н

Примечание.

Наибольшей эффективностью, надежностью и универсальностью отличаются установки на основе газовых (газопоршневых) двигателей.

Это вызвано, прежде всего, современными требованиями к эколо­гической чистоте окружающей среды, а также к снижению эксплуа­тационных расходов на органическое топливо и доступностью его использования.

Газовые двигатели используются для работы в составе генератор­ных установок, предназначенных для постоянной и периодической работы (снятие пиковых нагрузок) с комбинированной выработкой электроэнергии и тепла (когенерация).

Кроме того, установки могут использоваться для обеспечения работы абсорбционных холодильных установок (тригенерация) в системах кондиционирования.

Секционирование когенераторных установок из нескольких бло­ков, позволяет достичь эффективности такой же, как и у большой установки, при этом получая ряд значительных преимуществ.

Это точное управление мощностью. Максимальный КПД достига­ется при загрузке на 100%. Это значит, что при секционировании, в минимальные часы энергопотребления, есть возможность нагрузить часть блоков, а часть — оставить в нерабочем состоянии. Это приво­дит к увеличению ресурса всей системы в целом.

В последнее время стремительно растет количество оборудова­ния, которое использует для своей работы биогаз, свалочный газ, газ с водоочистных станций или другое альтернативное топливо как, например, метан. Принцип использования биогаза в когенерацион — ных установках представлен на рис. 7.13.

Биогазовая станция строится, прежде всего, возле очистных соо­ружений сточных вод, на свалках коммунальных отходов или в сель­скохозяйственных предприятиях, занимающихся животноводством.

Поскольку биогаз обычно возникает как побочный продукт во время обработки органических отходов, эксплуатация когенерацион — ных установок, работающих на этом виде топлива, является с эконо­мической точки зрения очень выгодной.

image476Примечание.

Новое энергетическое законодательство в таком случае гаран­тирует потребителям когенерационной технологии, которые используют возобновляемые источники энергии, долговременные стабильные закупочные цены электричества на экономически при­влекательном уровне.

SHAPE * MERGEFORMAT

image477

image479

для поставок в сеть

 

image481

для поставок в сеть

 

Нагнетатель с фильтром

image483

для поставок в сеть

Рис. 7.13. Принцип использования биогаза: а — на очистных сооружений сточных вод; б—на свалке отходов; в — при использовании отходов животноводческих ферм

 

в

 

Использование энергии приливов

Приливные колебания уровня в огромных океанах планеты вполне предсказуемы. Основные периоды этих колебаний:

♦ суточные продолжительностью около 24 ч;

♦ полусуточные — около 12 ч 25 мин.

Разность уровней между последовательными самым высоким и самым низким уровнями воды (высота прилива R) составляет 0,5—10 м.

Н

Примечание.

Первая цифра (0,5 м) наиболее характерна, вторая (10 м) достига­ется и даже превосходится лишь в некоторых особенных местах вблизи побережья континентов.

Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами может достигать примерно 5 м/с (http://renewables. ru).

Поднятую на максимальную высоту во время прилива воду можно отделить от моря дамбой или плотиной. Места с большими высотами приливов обладают большими потенциалами приливной энергии. Однако не только этот фактор важен для развития приливной энерге­тики: надо принимать во внимание и капитальные затраты, и будущую прибыль от создания соответствующих приливных электростанций (ПЭС).

Энергия приливных течений может быть преобразована подобно тому, как это делается с энергией ветра. Преобразование энергии при­ливов использовалось для приведения в действие сравнительно мало­мощных устройств еще в средневековой Англии и в Китае.

Из современных ПЭС наиболее хорошо известны:

♦ крупномасштабная электростанция Ране мощностью 240 МВт, расположенная в эстуарии реки Ла Ране, впадающей в залив Сен Мало (Бретань, Франция);

♦ небольшая опытная станция мощностью 400 кВт в Кислой губе на побережье Баренцева моря (Россия).

Из мест, которые давно приковывают внимание гидростроителей, следует назвать эстуарий реки Северн в Великобритании и залив Фанди на восточном побережье Северной Америки на границе между США и Канадой.

Высота, ход и периодичность приливов в большинстве прибреж­ных районов хорошо описаны и проанализированы благодаря потреб­ностям навигации и океанографии. Поведение приливов может быть предсказано достаточно точно, с погрешностью менее 4%. Таким образом, приливная энергия оказывается весьма надежной формой возобновляемой энергии.

При её преобразовании возникают и определенные неудобства:

♦ несовпадение основных периодов возникновения приливов (12 ч 25 мин и 24 ч 50 мин), связанных с движением Луны, с при­вычным для человека периодом солнечных суток (24 ч), в связи с чем оптимум приливной генерации находится не в фазе с по­требностями в энергии;

♦ изменение высоты прилива и мощности приливного течения с периодом в две недели, что приводит к колебаниям выработки энергии;

♦ необходимость создания потоков воды с большим расходом при сравнительно малом перепаде высот, что заставляет использо­вать большое число турбин, работающих параллельно;

♦ очень высокие капитальные затраты на сооружение большин­ства предполагаемых ПЭС;

♦ потенциальные экологические нарушения и изменение режимов эстуариев и морских районов.

Вблизи побережья и между островами приливы могут создавать достаточно сильные течения, пригодные для преобразования энергии. Устройства для преобразования энергии приливных течений будут практически сходны с аналогичными устройствами, приводимыми в действие течениями рек.

Соотношения, позволяющие оценить мощность приливных тече­ний, подобны тем, которые используются в ветроэнергетике, при этом следует иметь в виду, что плотность воды во много раз выше плотно­сти воздуха, а скорости течения воды сравнительно низки.

Рис. 5.17. Схема электростанции на приливном течении

Подпись: Рис. 5.17. Схема электростанции на приливном течении

Уже разработан целый ряд современных устройств для преобразова­ния энергии приливных течений, один из которых показан на рис. 5.17. Капитальные затраты на создание подобных устройств в расчете на 1 кВт установленной мощности достаточно высоки, поэтому их строительство целесообразно лишь в отдаленных районах с высокими скоростями при­ливных течений, где любые альтернативные источники энергии еще более дороги. На эту тему интересна книга Волеваха Н. М., Волеваха В. А. Нетрадиционные источники энергии. — К: Вища школа. — 1988. — 58 с.

Основы теории приливной энергетики достаточно просты. На рис. 5.18 показано, что ПЭС может работать как при опустошении

Поверхность бассейна площадью А

■ Высокая вода

Подпись: Поверхность бассейна площадью А ■ Высокая вода

Высота прилива R Низкая вода

Подпись: Высота прилива R Низкая вода

Подпись: -я

Плотина с турбинами

Рис. 5.18. Схема извлечения
приливной энергии

Подпись: Плотина с турбинами Рис. 5.18. Схема извлечения приливной энергии бассейна, так и при его наполнении. Оптимальная станция, использую­щая реверсируемые гидроагрегаты, которые, кроме того, можно еще использовать и в насосном режиме для повышения уровня в бассейне, может перерабатывать до 90% потен­циальной энергии прилива.

Сжижение/восстановление

Были разработаны предложения по превращению биомассы в жид­кость, напоминающую тяжелую топливную нефть, путем реакции ее с восстановительными газами (оксид углерода и водород) в присут­ствии катализатора. Обычно необходимо давление 250 бар и темпе­ратура 600—700 °С. Процессы сжижения обычно предполагают под­готовку восстановительных газов путем пиролиза или окислительной газификации большего количества биомассы. В редких случаях можно получить дешевый водород из других источников, например при элек­тролизе воды на гидроэлектрических установках.