1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Джеллинек п Х. Масуда предложили два варианта схем полноразмерных СолеиЭС, использующих, так же как и опытная установка, принцип пре- Рнс. 7.6. Вариант соленэс, предложенной джеллинеком и масудой [571. г — река; у — трубопровод пресной воды; а — насос; 4 — напорный танк соленой воды; Б — система турбан с алектрогенераторамн; б — мембранный преобрааователь; 7 — подааа пресной воды к последующим преобрааователпм образования соленостной энергии в кинетическую энергию потока раствора. Один из вариантов показан на рис. 7.6.
Эта СоленЭС сочетает принцип осмоса с противодавлением с подводным размещением оборудования, Она состоит из 125 отдельных блоков, подключенных к общей магистрали пресной воды, берущей начало примерно в ! км от места впадения реки в море. Общая длина трубопровода составляет около 3 км. Каждый блок включает танк для раствора длиной 100,5 и диаметром 8,5 м с подсоединенной к нему 40-метровой батареей площадью поперечного сечения 4 м', содержащей 1000 мембран, разделяющих батарею на камеры с пресной водой и раствором, шириной 0,02 м каждая.
Общая площадь мембран из все того же несимметричного триацетата целлюлозы составляет 1О' м', что обеспечивает выходную мощность электростанппи примерно 1,6 МВт при разумных потерях на перекачку воды и рассола (около 12%). Экономические оценки„сделанные в расчете на то, что СоленЭС оудет работать с эффективностью 0,65%, выдавая на каждый израсходованный 1 мй пресной воды 0,2 кВт ч электроэнергии, при потерях на нужды самой СоленЭС около 5% мощности, требуемой на подкачку морской воды в танк, да!от оптимистичные цифры от 5 до 1,3 цента за 1 кВт.ч. Первая относится к условиям, реализованным в опытной установке (1,6 Вт!мй), вторая — к случаю увеличения удельной мощности до 6 Вт/мй.
!75 В расчетах принята стоимость мембран, выпускаемых компанией «Осмоникс инкорпорейтед», примерно 0,2 долл.)мя при объеме выпуска до 2 км' и учтено, что время «жизни» триацетатной мемораны примерно б мес. Таким образом, стоимость 1 кВт ч электроэнерпщ подобной СоленЭС оказывается примерно равной величинам, характерным для атомных и тепловых станций. 5 7.4. «)аезмембрцнныен системы Для реализации проектов осмотических преобразователей в промышленном масштабе необходимы эффективные мембраны; обладающие достаточной стойкостью и обеспечивающие требуемую производительность при стоимости на один-два порядка ниже той, что может дать сейчас химическая промышленность. Недостаточна пока и механическая прочность мембран.
Чтобы извлекать с помощью преобразователей осмотического давления мощность, сравнимую с мощностями ГЭС, необходимо пропускать через мембраны таких преобразователей потоки пресной или солоноватой воды, соизмеримые с потоками, проходящими через турбины этих ГЭС. Но эти потоки потребуют предварительной подготовки — фильтрации. Без фильтрации мембраны будут достаточно быстро заиливаться и выходить пз строя. Это означает, что СоленЭС необходимо снабжать системами фильтров и отстойников — целыми фабриками для подготовки воды. Такие фабрики потребуют отчуждения значительных площадей и дополнительных капиталовложений, что при оценке стоимости энергии, вырабатываемой гипотетическими СоленЭС, обычно не учитывают.
Все вместе делает концепцию СоленЭС не такой уж привлекательной по сравнеии)о с обычным гидротехническим строительством. Попытки отказаться от меморан как наиболее уязвимых элементов преобразователей соленостной энергии вероятно и привели к идее «безмембранных» преобразователей. Мембраны здесь всетаки есть, ио их роль выполняет сама поверхность жидкости.
В основе методов преобразования соленостной энергии — изменение давления насыщенного пара над поверхностью жидкости в зависимости от концентрации растворенных в ней веществ. Относительное понижение давления пара оказывается пропорциональным концентрации раствора и не зависит от химической природы растворенного вещества (закон Рауля, справедливый для растворов достаточно низкой концентрации, к которым относится и морская вола). Различие в давлении насыщенных паров — следствие разницы в энергиях, необходимых для испарения одинаковых объемов растворов различной концентрации.
Для речной и морской воды эта разница невелика и составляет примерно 2,5 Дж/г, т. е. около 0,1",о скрытой теплоты испарения пресной воды (250! Джар при температуре 0*С). Эта разность и позволяет запасать солнечную энергию в объеме, примерно соответствующем гидравлической 176 энергии рек 174], Осмотическое давление и различие в давлении насыщенных паров — две стороны одного физического явления. В изотермических условиях расчет с использованием обоих этих параметров приводит к одинаковому результату по энергии.
Различие между ними состоит лишь в зависимостях от температуры— давления паров — степенная функция и осмотическое давление— линейная (рис. 7.7) Для речной и морской воды различие ирак)е 1() ЯП Рис. 7.7. Зависимость давления насыщенных паров раствора от концентрации соли и темпеРатуРы [57). 1 — пресная вода; 2 — морская вада (соле. ь)РС ность 34,5%,); 3 — рассол (солеиость 2ВП Ч о) 1 — жидкость; 11 — пар (7,62 Рис. 7.6. Принципиальная схема паросорбционного соленостиого преобразователя. 1 — насос пресной илн морской воды; 2 — солнечный водоиагреватель, а — испаритель, 4 — турбина с алектрогенерятором; б — сорбциониый конденсатор водяного пара; б — насос подачи концентрированного рассола — сорбента О, р"й 42 2(ри й()й1 Р()п С 2() о() л() В() 1()О С,'С !2 Закал № 4П2 тически не заметно, однако если обратиться к более концентрированному раствору, то разница становится более существенной.
Скорость испарения с ростом температуры увеличивается, что, как отмечает М. Олссон, позволяет при заданном размере энергетической установки получить большую мощность, однако общее количество энергии, извлекаемой из единицы объема, не изменяется. Использование разности давлений паров над растворами различной концентрации приводит к почти тем же проблемам, что и в конструкциях ОТЭС с открытым рабочим циклом. Причем основная — необходимость в тихоходных турбинах с большими площадями рабочих сечений. Правда, разность давлений паров в случае использования подогретых растворов может быть значительно увеличена. Так, если при 40'С перепад составляет всего 2,7 102 Па, то уже при 70 'С (температура, сравнительно легко достигаемая за счет использования, например, солнечной энергии даже в средних широтах) — 8,1 102 Па. Одно из первых таких устройств было предложено группой сотрудников института Скриппса (рис.
7.8), Устройство может ра- ботать на рассолах различной концентрации, (речная вода — морская вода, морская вода — вода из Мертвого моря). Для подогрева используется энергия Солнца, которая расходуется на поддержание температуры растворов на уровне 24 — 29 'С и на компенсацию потерь, связанных с испарением. В качестве недостатков принципа такого преобразования оыли отмечены малая разность давлений, необходимость значительного расхода циркулирующей в системе воды и, следовательно, большие потери на испарение и подогрев (примерно в отношении 1: !000, т.
е. до 1000 кВт.ч тепла на 1 кВт ч вырабатываемой мощности для пары речная вода — мор- 1 Рвс. 7,9. пБезмембрзппмй» преобразователь Ольссопп — Айзекса [751. 1 — кожух; У вЂ” поток вадя- ното пара; 3 — пресная вода; б — турбийа; б — конпентрн. рованнми раствор сели; б— теплоабменник окая вола). Особенно эффективна схема на разности давлений при работе совместно с солнечным прудом. Одна из проблем при создании подобных устройств — обеспечение достаточного количества пара низкого давления, для чего необходимы эффективные испарители.
Эта задача была решена в том же институте, а решение реализовано в устройстве, схема которого приведена на рис. 7.9 (75). Метод, положенный в основу этого устройства, по определению В. А. Акуличева и В. В. Княжева 12!), обратен парокомпресспонному опреснению, при котором морская вода испаряется в вакууме, а получаемый пар сжимается до достижения условий насыщения и конденсируется. Выделяющаяся при конденсации теплота вновь расходуется на испарение. Энергию получают, обратив процесс и использовав разность давлений у поверхностей, смачиваемых водой различной солености.
Раоочий цикл устройства включает несколько операций: подвод рабочих жидкостей к установке (пресной либо морской воды и морской воды либо рассола); очистку воды от крупных инородных включений; дегазацию рассолов; испарение пресной воды на одной стороне теплообменного аппарата; извлечение энергии из потока пара с помощью турбины; конденсацию пара на стороне теплообменника, смачиваемого соленым раствором; обновление рабочих жидкостей. Трудно разработать теплообменный аппарат, который бы полностью передавал тепло, выделяющееся при кон- 178 денсации паров за турбиной, пресной (менее соленой) воде. Потери тепла ведут к охлаждению пресной воды и прекращению процесса испарения.
Для пары речная вода — морская вода достаточно разницы в 0,5'С, чтобы этот процесс прекратился. Большие возможности таит использование концентрированного раствора соли, В этом случае разность температур не должна быть менее 5'С, чтобы процесс не прекратился. Вопрос удачно решен в конструкции опытного устройства, изображенного на рис. 7.9: использование двойной спирали позволяет наилучшим образом одновременно решить вопросы об увеличении площади испарения и о передаче энергии конденсации (стенки спирали выполнены из хорошо проводящего тепло материала).
Корпус устройства изготовляют из стали с теплонзоляцией лиоо из бетона. Боковые крышки отформованы из армированной пластмассы. Разработка турбин для подобных устройств практически не отличается от аналогичных конструкций для термальных электростанций открытого цикла. Единственное, что, пожалуй, надо отметить, это значительное увеличение диаметра рабочего колеса (при одинаковой мощности), если использован перепад речная вода— морская вода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
