1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (Преобразование энергии океана. В.А. Коробков, 1986u), страница 17

За время проведения работ по программам развития ОТЭС удалось более чем в 2 раза повысить эффективность использования тепловой энергии только за счет увеличения коэффициентов теплопередачи в теплообменниках с 1500 — 2000 до 5000 Вт!(м'К). На 20 — 30 о7п удалось сократить потери как в трактах турбин, так и в теплообменниках только путем более рациональной компоновки агрегатов станций. Использование различных улучшающих работу «традиционных» схем изобретений— также серьезный источник повышения эффективности разрабатываемых сейчас промышленных вариантов преобразователей. Более радикален поиск принципиально новых технических решений: не менее чем в 2 раза можно повысить КПД станций за счет использования более выгодных термодинамических циклов тепловых машин, еще большую выгоду может дать искусственное повышение перепада температур, при котором работают тепловые машины. Предложено несколько способов, основанных на физических и физико-химических явлениях.

Первыми были предложены способы увеличения перепада температур за счет подогрева воды пли в мелководных береговых бассейнах, или даже в открытом океане путем выделения части акватории с помощью сооружений, препятствующих теплообмену от поверхностных слоев воды к глубинным.

Более эффективной оказалась концепция солнечных прудов, в которых за счет соленостной стратификации вод могут быть достигнуты еще большие, чем в обычных мелководных бассейнах, температуры (материал о солнечных прудах помещен в гл. 8, где речь идет об использовании градиентов солености).

Здесь только скажем, что по ряду прнчнн солнечные пруды имеют ограниченное применение и производительность. В ка'гестве удачных примеров разработок последнего времени, направленных на увеличение перепада температур, рассмотрим две. Первая, выполненная коллективом советских исследователей под руководством А. М. Архарова [25[, обладает повышенной экономи шостью (рис. 3.10). Станция выполнена по двухконтурной схеме, по не это дает основное преимущество.

Оно обусловлено тем, что для передачи энергии из первичного контура во вторичный (где установлена турбина) использован повышающий термотрансформатор, состоящий из сооственного теплообменнпка и питающихся его энергией волновых резонансных или вихревых труб. Принцип работы волновых резонансных труб основан на создании 78 в нкх потоков сверхзвуковых паров рабочего тела первичного контура, которые при торможении дают повышение температуры в 5 — 6 раз.

Получаемое тепло собирается теплообменником вторичного контура. Более высокая, чем в первичном контуре, температура рабочего тела вторцчного контура позволяет повысить перепад давлений на турбпие и экономичность установки в целом. Вероятно, описанная установка — не последний вариант использования физических эффектов (в этом варианте применен так назы- Рнс. ЗДВ. Схема ОТЭС с тепловым трансформатором 128]. ! — контур подогрева рабочего тела; и — силовой контур, Г, 5 — испарители, У вЂ” турбана с электрогенератором; 5 — электрогенератор.

4, 5 — конденсаторы, 5 — насос дли подачи рабочего тела; 7 — насос иоитура подогрева; 5 — гаэодинамический нреобраэователь ваемый термоакустнческий эффект) для улучшения показателей ОТЭС. Разрабатываются и методы физико-химического повышения термического КПД за счет использования дополнительной энергии, выделяющейся вследствие экзотермических реакций растворения в воде различных химических веществ с последующей их регенерацией и повторным использованием. Например, американскими исследователями выполнены расчеты для ОТЭС мощностью !00 МВт, использующей теплоту растворения аммиака в морской воде.

КПД такой станции оказывается в 2,4 раза выше, чем ОТЭС, непосредственно использующих разность температур поверхностных и глубинных вод, а капитальные вложения выше всего на 25 о)о. Более детально остановимся на аналогичном способе, предложенном японскими исследователями [87[ и основанном на увеличении КПД за счет использования реакции растворения азотной кислоты в морской воде.

Прп смешении азотной кислоты с водой образуется так называемая азеотропная смесь (неразделяющаяся смесь с одинаковым составом находящихся в равновесии жидкости и паров над ней), разделением которой можно управлять, изменяя давление и температуру. Например, при атмосферных условиях азеотроп концентрацией 68,8 о)о кипит при температуре 122 'С. 79 Эксперименты, выполненные в Иокогамском университете показали, что азеотроп, содержащий 65 % азотной кислоты, кипит при 25'С при давлении 1,2.102 Па, в то время как вода при таком давлении вскипает уже при температуре 9,7'С. Используя смеси, содержащие от 0,4 до 0,8 кг воды на 1 кг 60 — 65 %-ной азотной кислоты, исследователи показали возможность увеличения температурного перепада на !8 — 21'С. ' обменник), предварительно подогревая их в собственных выходных теплообменниках.

Эффективность извлечения тепла на каждой ступени не снижается и составляет не менее 5 %. Так же как и в случае «традн11иопной» схемы ОТЭС, в схемах, использующих энергию смешения, в конечном итоге дополнительный эффект получается за счет извлечения допочнительной мощности из океана. бС Рис. 3.11, ОТЭС с увеличением перепада температур ва счет растворении в воде азотной кислоты [87]. г — ректггйтнкаггионвая колонна; 2 — конденсатор оборотной иоды, охлаждаеыый холодной водой; 3 — водяной насос; б — подогреватель ва.гы; б — сьгеснтель воды с рвствороы кнслгпы; б — теплообыеннвк подогрева рабочего тела Отзо 1либо азеотропа следугоптсго контура повышения теяиераттрын 7 — подогреватель раствора азотной ьнсчотчч; б — насос азеотропа; Р— редуктор дтя подачи отработанного азеотропа в колонну; гб— подача теплой воды Схема устройства для повышения температурного перепада, работающая по замкнутому циклу, приведена на рис.

3.11. Для разделения фракций воды и азо~ной кислоты в ней применена ректификационная колонна, получающая энергию от подачи теплой поверхностной воды и работающая при давлении в ее полости 1,2 10 Па. Скапливающаяся внизу колонны азотная кислота 2 с концентрацией около 65 % затем при давлении 70 102 Па нли выше закачивастся в смеситель, куда также подается предварительно подогретая оборотная вода из верхней части колонны.

Образующаяся высокотемпературная смесь [температура 46'С) пропускается через теплообменннк рабочего контура ОТЭС, действующей, например, по циклу Ренкина. Затеи смесь поступает на разделение. Используя последовательность из четырех блоков, можно повысить температуру смсси до 100'С. Для этого необходимо последовательно пропу.скать оборотную воду и кислоту второго блока через выходной теплообмеиник третьего, а воду и кислоту третьего через теплообменник четвертого (выходной тепло- 80 5 3.$.

Малогабаритные преобразователи Особое место в ряду рассматриваемых установок занимают термопреобразователи, пригодные в основном для ооеспечення энергией маломощных потребителей, например удаленных в море платформ. Американец Д. Спектор разработал установку, использующую перепад температур между воздухом на поверхности и водой*. Она представляет собой замкнутый цилиндр, разделенньш на две камеры подвижным поршнем и установленный в слое воды с достаточно низкой температурой.

Верхняя камера цилиндра имеет воздушный теплообменник, соединенный с системой подачи теплого воздуха с поверхности, и играет роль приводного цилиндра. Нижняя камера выполняет функции пневмоаккумулятора. Автоматические клапаны так регулируют подачу воздуха в теплообменник, чтобы температура в приводном цилиндре как можно быстрее достигла максимального уровня. Газ при нагревании расширяется и толкает поршень. После прекращения подогрева приводной цилиндр охлаждается за счет теплообмена с окружающей средой, и поршень приходит в исходное положение, после чего цикл повторяется.

Поршень соединен с приводом электрогенератора. Время цикла может изменяться в зависимости от состава рабочего газа в камерах, путем ускорения теплообмена или повышения температуры воздуха, например путем использования дополнительного подогревателя, размещенного на палубе платформы и облучаемого Солнцем. Вероятно, такое устройство будет работать и в случае понижения температуры воздуха ниже температуры воды. В конечном счете мощность его будет определяться велцчнной перепада температур.

На совершенно ином принципе работают термомеханические устройства, действие которых основано на способности изделий из ряда сплавов «запоминать» форму, сообщенную им в процессе термической обработки. В основе термомеханнческого эффекта— обратимые структурные изменения в материалах при изменении температуры. Если пластину из материала, обладающего эффектом памяти, изогнуть и в таком состянии нагреть до определенной температуры, а затем охладить н выпрямить, то прп повторном нагреванбш она начнет изгибаться уже без приложения внешних сил.