1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (Преобразование энергии океана. В.А. Коробков, 1986u), страница 15

Станции мощностью 40 МВт необходим трубопровод длиной порядка километра и диаметром 10 м. Для станции 400 МВт требуется уже трубопровод диаметром около 30 м. Скорость движения воды в трубопроводах должна быть не менее 2 м/с, чтобы обеспечить на таком пути незначительное повышение температуры. Производительность насосов холодной воды 400 МВт станции составляет примерно 1600 мз/с, что вместе с таким же расходом теплой воды оказывается примерно равным половине среднегодового расхода такой крупной реки, как Волга. Трубопроводы не следует жестко крепить к платформам, чтобы не создавать риска аварий 170].

К настоящему времени разработано уже вероятно не менее 100 технических решений, в основе которых лежат различные принципы стьпсовки, различные материалы, конструктивное исполнение 1рис. Зогб, а — д). Рассматри- 69 ваются возможности использования для трубопроводов стали, бетона, армированных стеклопластиков, нейлона, кевлара и т. п. Конструкции трубопроводов к элементам для подключения к платформам и для защиты водозаборника от попадания различных предметов и животных рассчитывают на весь срок службы ОТЭС (от 30 до 40 лет).

Особенности конструкций и материал определяют стоимость трубопроводов. Экономические расчеты показывают, что наиболее дешев стеклопластиковый трубопровод: его стоимость почти в два раза меньше стоимости аналогичного трубопровода из стали. Работы по проектированию труоопроводов включают исследования условий эксплуатации, изучение возможных нагрузок на трубопровод как в.процессе установки, так н при эксплуатации, прочностные расчеты и разраоотку технологии изготовления и установки.

Созданию натурных ооразцов трубопроводов предшествуют длительные эксперименты на моделях, выполненных в различных масштабах. Например, в процессе создания трубопровода для ОТЭС-40 проводились испытания его макета в '/г натуральной величины. Трехсотметровый стеклопластиковый трубопровод диаметром 3 м был изготовлен из секций длиной по 12 м, которые сращивались в блоки длиной 24 м. В верхней части трубопровода крепилась стальная переходная секция для подключения к карданову подвесу, присоединенному к днищу испытательной баргки. К каждой секции через 6,1 м прикреплялись кольца жесткости для обеспечения формы канала.

К нижней, также стальнои, переходной секции крепился груз массой около 82 т для предотвращения раскачивания трубопровода. Сами стеклопластпковые секции были изготовлены из слоев стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой. В сечении труоопровод имел два слоя толщиной по 8 мм каждый, между которыми был проложен слой пенопласта толщиной 34 мм. Плотность стеклопластика составляла 1300 кг/мв, а прокладки— 657 кг(мг. Отрицательная плавучесть труоопровода оыла равна 90 Н/м Трубопровод буксировался к месту установки по плану с помощью поплавков в незатопленном состоянии. Нижняя секция и груз транспортировались на оарже. На месте установки трубопровод был освобожден от поплавков и плавно с помощью крановых судов опущен в вертикальное положение.

Затем его прикрепили к карданову поднесу баржи. В процессе опускания с помощгпо датчиков велись наблюдения за деформацией секций. Интересно отметить, что эти операции по монтажу и установке трубопроводов в море пе были оригинальными: еще за пять лет до этого специалисты по труоопроводам ОТЭС привлекались к созданию также вертикального трубопровода морской биологической фермы Уилкокса для выращивания тихоокеанского келпа (см.

гл. 9) (70]. Главнымн целями натурных испытаний были оценка характеристик трубопровода п проверка расчетной модели, описывающей динамические характеристики комплекса платформа — трубопровод— якорная система. Адекватность такой модели физическим процессам, происходящим в системе, особенно важна при установке натур- 70 ного трубопровода, когда даже небольшие отклонения в нагрузках от расчетных могут привести к серьезным последствиям. И наконец, рассмотрим такой важный элемент ОТЭС замкнутого цикла, как теплообменники. Многие исследователи указывают на то, что именно они являются наиболее уязвимыми компонен- б) Н20 а) (НН + "т 1 ! .! Х) ( НН,( р Н,0 820 ,(НН, — — — .-г Рис.

З.б. Основные типы теплообыеииинов ОТЭСг а — ножухотрубный; 6 — вертикально-пленочный; в — пластиичатый; г — со аыеевинаыи. / — направление Лвпжеиия воды; 2 — направление движения рабочего тела 71 тами, эффективность которых в конце концов и определит рентабельность этого вида преобразователей. Действительно, оценки специалистов показывают, что стоимость этих элементов составляет до 40 о(о общей стоимости ОТЭС, а их надежность определяет экономические показатели станций за весь срок службы [78). Основныыи на сегодняшний день считаются кожухотрубные и пластинчатые теплообменники, причем первые (рис. 3,6) наиболее технологичны и в смысле сборки, и в смысле эксплуатации. Серийный крупный современный кожухотрубный теплообменник имеет эффективную поверхность теплообмена около 46 тыс. и», в то время как для ОТЭС мощностью 400 МВт требуется поверхность в 40 раз большая. Для изготовления теплоооменников могут использоваться медно-никелевые сплавы, нержавеющая сталь, сплавы алюминия, титан.

Медно-никелевые теплообменнпки хорошо стоят в морской воде, но несовместимы с аммиаком — наиболее перспективным рабочим телом, Сталь наименее технологичиа, дорога, обладает наиболее низкой теплопроводностью. Наиболее перспективными считают сплавы алюминия и титан, правда, последний примерно в 3 раза дороже, но обладает повышенной коррозионной стойкостью по сравнению с первым.

Одним нз этапов государственной программы разработки ОТЭС в СШЛ было как раз создание макетных образцов теплообменников мощностью 0,2 МВт и выбор наиболее эффективных систем для закладки их в проект модуля ОТЭС-!О. Были привлечены компании «Дженерал электрик», «Си соляр пауз», «Локхид», «Альфа-Лаваль», ТЙ!У, «Линдэ», Проект первых двух компаний был основан на пластинчатом теплообменнике с горизонтальной подачей воды и вертикальной — аммиака. Для защиты теплообмеиника от обрастания через него должна пропускаться песчаная суспензия. По предварительным оценкам удельная стоимость теплообменника составляет 565 долл.7кВт. Аналогичной была конструкция титанового теплообменника компаний «Локхид» и «Альфа- Лаваль», только для борьбы с обрастанием предполагачось использовать специальный раствор.

Удельная стоимость его составляла 718 долл.7кВт, причем считалось возможным существенно снизить ее за счет использования в качестве материала стали с гальваническим покрытием. Теплообменник же, представленный компаниями ТКЪ' и «Линдэ», состоял из полукруглых пластин, выполненных из алюминиевого сплава, с нанесенным на рабочие поверхности специальным покрытием, улучшающим эксплуатационные характеристики, Для борьбы с обрастанием использовались механические средства и хлорирование. Удельная стоимость была оценена в 276 долл./кВт, однако сравнивая эту цифру с предыдущей, надо иметь в виду то обстоятельство, что титановый теплообменнпк рассчитан на 30 лет службы, а алюминиевый необходимо заменять через 15 лет работы.

Для испытания теплообменников в Аргоннской национальной лаборатории была создана специальная широкодиапазонная автоматизированная установка, аппаратура которой позволяет проводить измерения параметров с высокой точностью. Например, температура воды и аммиака может измеряться кварцевыми термометрами с точностью ~0,01'С, давление паров аммиака в пспарнтеле и конденсаторе — с помощью кварцевого кристаллического преобразователя с точностью -~-0,3 Па, различие в давлениях— с помощью калибруемых датчиков с точностью .+0,5 «7«барометрического давления. С такой же точностью измеряются датчиками полного напора скорости потоков воды и жидкого аммиака. 72 С 1977 по 1980 г.

в Аргоннской лаборатории испытан 21 тепло- обменный аппарат. Основные выводы по результатам испытаний заключаются в том, что прежде всего, получаемые параметрические зависимости можно использовать при разработке более мощных теплообменников, далее, «тонкие» способы увеличения тепло- обмена могут быть в реальных конструкциях блокированы различнымп загрязнениями, в частности загрязнение аммиака даже О,! «7«воды ухудшает свойства преобразователей. Изучение пленочных испарителей с верхней подачей аммиака показало, что в них достаточно трудно создать равномерную пленку по всей поверхности испарителя, и этому моменту необходимо уделять особое внимание при проектировании.

Эффективность пластинчатых теплообменииков можно значительно увеличить за счет создания условий двухфазной теплопередачи на стороне аммиака. Испытания теплообменнпков из сплавов алюминия подтвердили большие перспективы их использования в связи с удачным сочетанием их высокой производительности и низкой стоимости. Вероятно, таким преобразователям будет отдано предпочтение прп создании промышленных ОТЭС. Вопросы, касак>щпеся способов передачи энергии и использования электроэнергии, получаемой на ОТЭС непосредственно в открытом море, будут рассмотрены в гл. 11, поскольку они имеют отношение практически ко всем типам океанских преобразователей энергии.

$ 3.3. Прямое преобразование тепловой энергии Прямое преобразование тепловой энергии всегда кажется заманчивым; отпадает необходимость в механических турбинах я электрогенераторах, гигантские испарптели и конденсаторы замспяются тсплообменными аппаратамп, стенками которых служат структуры из термоэлектрических батарей, практически не испытывающих механических нагрузок пз-за разности давлений в контурах — она может быть сведена к нулю. Остаются лишь системы подачи теплой п холодной воды да системы для контроля и управления работой ОТЭС. Сводится к минимуму возможность аварийного выброса в среду химических реагентов они используются лишь для предотвращения обрастания и коррозии, впрочем, вместо биоцидов можно применять физические методы очистки, тем более' что такие преобразователи по своей природе обратимы и, периодически изменяя направление тока теплой и холодной воды, можно бороться с теплолюбивыми обрастателями.

Схема ОТЭС иа термоэлектрических преобразователях показана на рис. 3.7. В основе ее действия — явление Зеебека, заключающееся в возникновении разности потенциалов в электрической цепи, составленной из материалов с разчичиой концентрацией носителей заряда, места соединений которых нагреты до разных 73 температур. Величину этой разности потенциалов можно определить по известной формуле; (3.2) где л — постоянная Больцмана; е — заряд электрона; пеь пеев концентрации носителей (электронов в проводниках, электронов и дырок в полупроводниках); ЛТ вЂ” разность температур между нагреваемыми и охлаждаемыми спаями (соединениями) разнородных электропроводящих материалов.