Методика использования тепловой энергии океана

За счет вертикальной разности температур тропического океана, вовлекая в процесс преобразования 5% энергии от солнечного излуче­ния на площади 4х1013м2 можно стабильно обеспечить генерирующие мощности на 10 000 ГВт (рис. 5.8).

К сожалению, то, что ни в коем случае нельзя допускать, реализо­вано во всех экспериментальных установках.

Примечание.

Ни в коем случае нельзя поднимать холодную воду к поверхности океана. Подъем воды создает трудно решаемые проблемы, которые сводят на нет все затраченные усилия, что практически и наблю­дается.

Первая проблема — большие энергетические затраты для работы насосов, поднимающих воду. Вторая проблема —выделение раство-

ренных газов из глубинных слоев при снятии давления. Третья проб­лема — обрастание теплообменных узлов, постоянно находящихся в теплой воде. Четвертая проблема — необходимость иметь техни­ческие и энергетические стартовые мощности для запуска станции (www. watervigorous. com).

После установки рабочего тела в районе работы, оно в теплооб­менных узлах автоматически приобретает необходимую температуру. Проблемы обрастания решаются периодическим изменением глубины и температуры работы теплообменных узлов, т. е. теплообменные узлы меняют местами, а периодическая смена условий существования не дает развиваться морским организмам.

В результате решения этих проблем появляется возможность соз­дания электростанций, береговых кондиционеров с дополнительной выработкой пресной воды, скоростных мобильных объектов и т. д.

В этой системе с помощью теплых поверхностных вод, подаваемых на теплообменник — испаритель, рабочее тело (аммиак, пропан и др.), превращается в пар, в результате чего создается повышенное давле­ние. Проходя через турбину и выделив на ней механическую энергию, пар конденсируется на поверхности второго теплообменника, омы­ваемого холодной водой глубинных слоев.

На рис. 5.9 показан термодинамический цикл такой тепловой машины в координатах абсолютная температура-энтропия. Полезная работа, совершаемая паром в турбине, определяется ветвью 1-2, на участке 2-3 происходит конденсация, затем насосом рабочее тело подается в испаритель 3-4, где нагревается (ветвь 4-5) и испаряется (ветвь 5-1).

Таким образом, подвод рабочего тела к системе тепла осущест­вляется на ветви 3-4-5, а отвод — на ветви 2-3. Дополнительную работу приходится затрачивать на закачку конденсата в испаритель (3-4) и на перекачивание воды сквозь нагреватель и холодильник. Максимальный теоретический КПД такой системы определяется раз­ностью температур воды, перекачиваемой через нагреватель и холо­дильник, как КПД эквивалентного цикла Карно.

Для перепадов температур между поверхностными и глубинными слоями воды в пределах от 15 до 26 °С он, соответственно, изменяется в диапазоне от 5 до 9 %. Реальный КПД, как правило, существенно ниже.

Это связано с конструктивными ограничениями, не позволяющими в реальной установке довести температуру паров и конденсата до тем­пературы теплых и холодных вод, соответственно (на рис. 5.9 это под­черкнуто с помощью разностей температур).

Можно подсчитать, что при теоретическом КПД, равном 7,3 %, на турбине получаем величину примерно в 2 раза меньшую — 3,6%.

Рис. 5.10. Тепловая океанская станция

Причем она не учитывает потери на собственные нужды станции, которые сведут КПД до величины, порядка 2,5%.

Принимая во внимание, что теплообменные узлы являются опреде­ляющими по массе, габаритам и стоимости, можно, допустив неко­торый резерв, предположить что, водоизмещение станции составит порядка 75 000 т/ГВт.

На рис. 5.10 приведена экспериментальная станция. Основным и наиболее дорогим материалом для строительства станций является титан, ежегодный расход которого при крупномасштабном строи­тельстве может составить порядка 1 миллиона тонн, что может быть легко достигнуто мировой промышленностью.