Преобразование тепловой энергии океана

Преобразование тепловой энергии океана

Преобразование тепловой энергии океана

Технология преобразования тепловой энергии океана основана на использовании явления природного температурного градиена океана для выработки электроэнергии. Предлагаю вашему вниманию интересную статью академика Фоминского, посвященную этой теме.

Помните, как капитан Немо у Жюль Верна снабжал свой подводный корабль электроэнергией? Он поднимал конец одного кабеля из этого корабля к поверхности моря, а конец другого опускал на дно. У дна вода холоднее, у поверхности — теплее, в результате в точках спая многочисленных проводов кобелей, выполненных из разных металлов, возникала термоЭДС, как в термопаре, и появлялся электрический ток. В 60-е годы XX века продавались керосиновые лампы, абажур которых был выполнен по тому же принципу, вырабатывал электрический ток от тепла лампы и питал электроэнергией радиоприемник. Снабжать так электроэнергией подводную лодку можно только в фантастическом романе: слишком много потребуется кабелей.

Однако эта фантазия возникла не на пустом месте. Еще в 1881 г. французский ученый Д’Арсонваль предлагал использовать вертикальный температурный градиент тропических морей для выработки электроэнергии. Но, конечно, не с помощью термопар, а с помощью тепловой машины, использующей тепло морской воды поверхностных слоев моря для испарения легкокипящего хладагента, а холод морской воды придонных слоев — для конденсации его после того, как струя пара отдаст свою кинетическую энергию паровой турбине, приводящей во вращение электрогенератор.

В расчетах принималось, что глубина забора холодной воды достигает 600 м. Средняя разность температуры воды у поверхности тропических морей и на такой глубине составляет 17°С. Энергетический потенциал, как известно из теплотехники, прямо пропорционален температурному градиенту, деленному на абсолютную температуру. Механический эквивалент тепловой энергии океана с учетом КПД источника (6. 8%) в расчете на один градус Цельсия перепада температур примерно равен потенциалу водохранилища высотой около 25 м, при неограниченных запасах воды в нем. При этом энергетический потенциал 1 кг воды составляет 58 кал, или около 250 Дж. (Такому потенциалу и соответствует потенциальная энергия 1 кг воды, поднятой на высоту 25 м.)

Если вода движется относительно приемника ее тепла со скоростью V=1 м/с, то при таком энергетическом потенциале плотность тепловой мощности, поступающей на приемник тепла, составит от 270000 до 330000 Вт/м 2 Для сравнения отметим, что плотность мощности ветра, приводящего в движение ветряные двигатели и парусные корабли, при оптимальной скорости ветра 15 м/с составляет всего1 700 Вт/м 2 . Отличие более чем на два порядка! А в конце XIX века еще хорошо помнили особенности и недостатки энергии ветра, бывшего еще незадолго до того основной движущей силой и для парусного флота, и для многочисленных тогда ветряных мельниц. Уже тогда специалисты понимали, что низкая плотность мощности ветра требует для использования его энергии слишком громоздких парусов. Конечно же, столь разительное превышение плотности тепловой мощности, которую можно извлекать из морской воды, не могло не привлечь внимание энергетиков.

Но еще большая плотность мощности достигалась в паровых двигателях, которые к концу XIX века достигли вершины своего развития. Затем появились двигатели внутреннего сгорания, плотность мощности но поверхность поршня у которых было еще на порядок выше. Поэтому они получались много компактнее, мобильнее и дешевле, чем могли быть электростанции, использующие тепло морской воды. С изобретением же дешевого дизеля предприниматели и думать забыли об использовании тепла морской воды.

Тем не менее, экспериментальные работы по этой теме «ОТЕС’ ( Ocean Thermal Energy Conversion ) продолжались в течение всего XX столетия. Впервые попытку построить морскую тепловую электростанцию предпринял в 1927 г. ученик Д’Арсонваля Жорж Клод. На кубинском побережье им была смонтирована энергетическая установка открытого типа. Но штормовые волны разбили ее, а на восстановление установки у ученого не хватило ни сил, ни средств.

Вторая попытка была предпринята в пятидесятые годы в США. На списанном танкере смонтировали тепловою машину закрытого типа с длиной труб теплообменника около 140 км. Из глубины 600 м подавали холодную воду по полиэтиленовой трубе наверх, на охладитель установки. Это была не промышленная, а экспериментальная система, предназначенная для решения ряда технических вопросов.

Тогда же Соединенными Штатами на Гавайских островах была построена береговая станция, на которой до сих пор проводятся исследования по комплексному использованию холодной морской воды в тропических условиях. (Холодная вода в тропиках представляет почти такую же ценность, как теплая в полярных широтах.) Однако результаты исследований по теме «ОТЕС» оказались невысокими.

Последний раз аналогичные работы были проведены в Японии. Ученые университета Саги запатентовали схему преобразователя тепловой энергии моря в электрическую, но убедительной рабочей модели создать так и не удалось.

Неудачные попытки создания морских тепловых электростанций объясняли низким КПД изъятия тепла из океана. Действительно, КПД такого источника (6. 8%) невысок, имеет фундаментальный характер и определяется вторым началом термодинамики.

На самом же деле, уверяет С.А. Понятовский, причины неудач работ в XX столетии по теме «ОТЕС» объясняются не этим низким КПД, а большими технологическими потерями энергии, связанными с конструктивными особенностями энергетических установок, схема которых разрабатывалась более ста лет назад.

Все три существовавших до настоящего времени типа морских энергетических теплоустановок (с открытым циклом, с закрытым циклом и гибридный) предусматривали подъем холодной воды с глубин к поверхности моря, где расположено энергетическое оборудование. Такой метод имеет ряд существенных недостатков:
сложность извлечения холодной воды с большой глубины, ограничивающая объемы производства электроэнергии;

большие затраты электроэнергии на транспортировку огромных количеств воды с глубины 600 м, из-за чего установки могли работать с положительным выходом энергии только при разности температур не менее 20°С; необходимость иметь стартовые энергетические мощности; проблемы, связанные с выделением углекислого газа и сероводорода, растворенных в глубинных слоях воды морей.

В своих статьях Понятовский пишет, что надо отметить — все альтернативные источники возобновляемой энергии обладают теми или иными недостатками, к которым необходимо приспосабливаться, что в данном случае виноват не низкий КПД изъятия тепла из океана, а очень низкий КПД самой установки, поднимающей холодную воду на поверхность. Его расчеты показывают, что только при разности температур воды 20°С суммарный КПД энергетической установки такого типа принимает положительные значения. Но разность температур до 22 o С (на глубинах до 600 м) наблюдается только в отдельных экваториальных районах Мирового океана.

В своем изобретении, защищенном в 1998 г. патентом РФ №2116465, С.А. Понятовский предлагает энергетическую установку, отличающуюся глубинным расположением конденсатора. В этой установке, схема которой показана но рис.1, из глубин к поверхности моря поднимается уже не вода, а легкокипящая жидкость, например аммиак. Конденсатор установки, расположенный в холодных слоях океана, отбирает тепло от воды и передает его рабочей жидкости. Легкокипящая рабочая жидкость способна легко менять фазовое состояние, превращаясь из жидкости в пар и обратно. А удельная теплота фазового перехода (теплота парообразования) в сотни раз больше, чем удельная теплоемкость жидкости. Удельная теплота парообразования у аммиака, например, при 10°С составляет 1200 кДж/кг, в то время как удельная теплоемкость воды — всего 4,2 кДж,/кг°С. При использовании этих фазовых переходов легкокипящая рабочая жидкость способна переносить энергии в сотни раз больше, чем вода при одинаковых расходах их через трубопровод.

Таким образом, на поверхность моря в проекте Понятовского транспортируется сконцентрированный холод, носителем которого является жидкий хладон. Отказ от подъема воды в сотни раз уменьшает собственные энергетические расходы установки, снижает требования к температурному градиенту моря и позволяет таким установкам работать не только на всей акватории тропических морей, но и во многих незамерзающих морях средних широт.

Котлы предлагаемой установки (конденсатор и испаритель) изобретатель думает выполнять из труб диаметром до 300 мм, которые расположены в виде пространственной решетки (рис.2), плавающей в морской воде при ее скорости около 1 м/с, обусловленной морскими течениями. Количество протекающей через установку воды при этом определяется поперечным сечением котлов, перпендикулярным течению, и относительной скоростью течения, и может быть практически сколь угодно большим. Речь может идти о миллионах тонн воды в час.

Поскольку котлы установки изначально находятся в слоях воды с необходимыми параметрами, нет нужды в мощном стартовом энергоснабжении. Отпадают и экологические проблемы, обусловленные выделением углекислого газа и сероводорода из поднимаемой наверх морской воды в предшествующих установках программы «ОТЕС».

В предлагаемой установке положительные значения КПД ожидаются уже при разности температур воды, близкой к 4°С, а при разности температур 17°С КПД может достигать 75%. Поскольку энергетическое сырье, т.е. морскую воду, экономить нет необходимости, оптимальный КПД установки составит 40. 45%, что соответствует КПД лучших теплоэлектростанций, работающих на каменном угле или природном газе. Хотя общий КПД источника и установки при этом составит всего 2. 3%. Но при такой схеме это нас уже не волнует: воды в море сколько угодно. Таким образом, энергетическая установка сможет постоянно работать с полной нагрузкой.

Предварительные расчеты Понятовского показывают, что расходы, связанные со строительством морских тепловых электростанций, сопоставимы с расходами на строительство традиционных гидроэлектростанций равной мощности. Ни для кого не секрет, что электроэнергия с мощных гидроэлектростанций — самая дешевая.

Простота конструкции и высокая эффективность позволяют на основе патента №2116465 создавать морские тепловые электростанции большой мощности. Они могут стать основой надежной и безопасной энергетики будущего, не коптящей небо.

Сегодня возникает понимание, что такому глобальному возобновляемому источнику энергии, как тепло мирового океана, трудно найти альтернативу. Тропические моря как источник энергии — объект уникальный, способный обеспечить экологически чистой энергией практически любые потребности. С другой стороны, использование тепла Мирового океана не только не требует сжигания топлив, но и уменьшит «тепловое загрязнение» планеты, уже сейчас испытывающей сильный перегрев.

Время идет. Сокращаются невозобновляемые ресурсы. Все большие опасности проявляют атомные электростанции и радиоактивные отходы от их работы.

С философской точки зрения с автором соглашаются многие. Да, действительно, нужен глобальный, надежный и безопасный источник энергии. Наука подтверждает существование такого источника в виде рассеянного тепла в тропических морях, аккумулируемого в результате нагрева их воды солнечным светом.

Поэтому, пишет С.А. Понятовский, возникла острая потребность в расширении эксплуатации возобновляемых источников энергии и создании глобальной инфраструктуры на основе возобновляемых источников энергии. Рассчитывать на прямые преобразователи солнечной энергии или на ветрогенераторы сложно вследствие низкого энергетического потенциала этих источников. Плотность мощности солнечного излучения — всего 1400 Вт/м 2 . Это еще ниже, чем потенциал энергии ветра при оптимальных его скоростях, который составляет 1700 Вт/м 2 , к тому же это не стабильные источники. Ветер дует не всегда, а Солнце часто скрыто за тучами. Потенциал тепловой энергии океана в тропиках достигает 300000 Вт/м 2 и стабилен круглый год. Цифры говорят сами за себя.

Поэтому сегодня основная задача, указывает Понятовский, — построить единичный опытный модуль морской тепловой станции и испытать его в море, чтобы оптимизировать его параметры. Это может быть сравнительно небольшая установка, с размерами котлов всего 5×5 м (рис.2). Правда, расстояние между верхним и нижним котлами (глубина погружения) по-прежнему должна составлять 600 м.

Такой модуль вполне под силу спроектировать и построить судостроительным предприятиям г. Николаева, которые сейчас недогружены работой. Испытывать его можно в том же Черном море, где глубины достаточны, а поверхностные слои воды прогреваются летом до 20. 25°С. Правда, о круглогодичной эксплуатации такого модуля в Черном море говорить, по-видимому, не приходится. Поэтому вся работа должна ориентироваться на дальнейшую переброску созданного оборудования морским путем в тропические моря и круглогодичную промышленную эксплуатацию его там.

Вы спросите, кто будет платить за эту работу? С.А. Понятовский напоминает, что еще при экспериментах ученых университета Саги правительства многих стран (Индии, Китая, Индонезии и др.) выражали готовность обеспечить финансирование, если будут хоть какие положительные результаты. В XX веке таковых получить не удалось. Изобретение С.А Понятовского теперь гарантирует получение положительного результата. Не пора ли нашим безработным корабелам взяться за эту работу?

Вы спросите, а куда девать электроэнергию, получаемую где-то в тропическом море? Ведь подводные кабели для ее передачи на берег недешевы. Но это уже отдельный разговор, выходящий за рамки данной статьи. Скажу только, что Понятовский указывает, что электроэнергию не обязательно передавать куда-то, ее можно использовать на месте, на искусственном плавающем острове, производя с ее помощью хоть водород электролизом из воды, хоть алюминий, тоже электролизом.

Источник

Преобразование тепловой энергии океана.

Солнечная энергия, поглощённая океаном, преобразуется в тепло, причём, верхние слои воды нагреваются больше нижних придонных на 18…22ºC. Преобразование тепловой энергии океана в электрическую возможно с помощью тепловой машины, использующей перепад температур между поверхностными и глубинными водами океана, рис 5.4. Здесь: П — теплообменник –парогенератор, передающий тепло «горячей воды» хладону, К-конденсатор, в котором происходит конденсация хладона с отбором тепла «холодной водой», Н — конденсатный насос, Т и Г, соответственно, турбина, работающая на парах хладона, и генератор.

Рабочая жидкость тепловой машины циркулирует по замкнутому контуру, отбирает тепло от “горячей” воды в теплообменнике испарителя П, в паровой фазе приводит в действие турбину Т и электрический генератор Э, а затем конденсируется в охлаждаемом холодной водой конденсаторе К. Из–за низкого температурного перепада и низкой температуры “горячей” воды в качестве рабочей жидкости применяют хладон или аммиак, имеющие низкую точку кипения.

Рис. 5.4.Использование тепловой энергии океана для производства электроэнергии в тепловом двигателе

В идеальной системе мощность, отдаваемая теплой водой пропорциональна её плотности , удельной теплоёмкости , расходу воды и перепаду температур :

Максимальная механическая мощность на валу турбины

,

где — КПД идеальной тепловой машины, работающей при перепаде температур

Он равен

Для идеальной тепловой машины выходная механическая мощность:

Требуемый расход воды для идеальной тепловой машины мощностью 1000кВт

,

Таким образом, даже для идеальной машины при максимально возможном перепаде температур в океане расход воды очень значителен. А максимальный перепад температур 18…22ºС бывает только в тропиках.

Хорошие условия для строительства океанской термальной электростанции существуют на Гавайских островах, вблизи полуострова Флорида, США, а также вблизи острова Науру (центральная часть Тихого океана, 0º северной широты, 166º восточной долготы). В 1000м от берега глубина океана уже 700м, а температурный перепад составляет 22 . Электростанция может быть установлена на берегу, а не в океане. Судя по детальным характеристикам этого места, здесь создана экспериментальная океанская термальная станция мощностью 1000кВт. По имеющимся данным удельные затраты на строительство такой станции составляют до 40.000 долларов на 1кВт установленной мощности и размеры установки – значительны.

В реальных условиях теплообмена не всё тепло “горячей” воды передаётся рабочей жидкости из–за низкой теплопроводности морской воды, большого сопротивления теплопередаче в теплообменнике слоя накипи, биообрастаний. Поэтому расход воды и размеры теплообменников – значительно больше, чем в идеальном случае. Трубопроводы холодной воды подвергаются воздействию волн, течений и собственного веса, особенно если станция располагается на плавучей платформе в открытом море. В этом случае существуют также сложности в соединении станции с берегом(длинные высоковольтные кабели). Мощность насосов затрачивается на преодоление сил сопротивления в самом трубопроводе и на подъём воды над уровнем океана. Для преодоления сопротивления трубопровода длиной 1000м и диаметром 1м при расходе воды 0,5 м³/с в станции мощностью 1000кВт, при перепаде температур 20ºС нужна мощность насосов всего 5 кВт. Если эта вода поднимается к теплообменнику, расположенному на высоте H над уровнем океана, нужна дополнительная мощность 5 кВт на каждый метр подъёма. На это также расходуется мощность самой станции (собственные нужды).

ГИДРОЭНЕРГЕТИКА

Гидроэнергетика использует энергию падающей воды. Эта энергия преобразуется в механическую энергию в гидротурбине и в электрическую в гидрогенераторе. Мощность, отдаваемая падающей водой турбине:

(6.1)

где:r=10 3 кг/м 3 — плотность воды,

g=9,81 м/с 2 — ускорение силы тяжести,

расход воды, м 3 /с ,

высота падения воды, м.

Потери при этом преобразовании невелики и затрачиваются только на удаление воды из турбины. К.П.Д. современных гидротурбин достигает 90%.

При определении гидроэнергетического потенциала местности, района, области годовая выработка электроэнергии ГЭС может составить

(6.2)

• где сток выпадающих осадков в реки, %, и реки, на которых возможно строительство плотин, %, соответственно,
• перепад высот, минимальной над уровнем моря и расчетной, расположенной на высоте 100…300 м над ней, м,
• -КПД турбины и генератора,
• годовой сток с расчетной площади,

(6.3)

• расчетная площадь территории, расположенной на высоте 100…300м над минимальной высотой,
• годовое количество осадков, м,

Условиями целесообразности использования гидроэнергии в данной местности являются:

• достаточно большой годовой сток и перепад высот не менее 250…300м; при меньшем перепаде высот нерационально возрастают площади залива территории при создании водохранилищ,
• годовой уровень осадков не менее 0,4 м,
• равномерное распределением осадков в течение года,

подходящий рельеф местности и наличие мест для водохранилищ.

Гидротурбины разделяются на реактивные и активные.

Рабочее колесо реактивной турбины полностью погружено в воду и вращается за счет разности давлений до и после колеса, рис.6.1. Здесь: 1- русло реки, 2- естественный водопад, 3- решетка, 4- водовод (канал), 5- направляющий аппарат, 6- гидротурбина, 7- гидрогенератор в здании ГЭС.

Рис.6.1. Деривационная гидроэлектростанция с реактивной гидротурбиной вблизи естественного водопада.

Реактивная турбина может работать при реверсировании генератора как насос (гидроаккумулирующие станции).

Примером реактивной турбины является пропеллерная гидротурбина с вертикальным валом с осевым направлением потока.

Эта турбина наиболее компактна и потому получила наибольшее распространение. Недостатком турбины является большой перепад давлений при движении жидкости в ней из-за того, что поток изолирован от атмосферы стенками направляющего аппарата. По этой причине минимальное давление воды значительно меньше атмосферного и даже может оказаться меньше давления насыщенных паров воды. В потоке образуются пузырьки пара – возникает кавитация. При набегании потока на колесо турбины давление в потоке резко возрастает, пузырьки схлопываются. Возникают большие давления, которые могут вызвать разрушение турбины. Это явление усиливается с увеличением скорости потока и напора. Поэтому вертикально-осевые турбины используются в основном при низких напорах.

Рабочее колесо активной гидротурбины, рис. 6.2, вращается в воздухе натекающим на его лопасти потоком воды, т.е. кинетической энергией этого потока. Здесь: 1- русло реки, 2- искусственный водопад, 3- колесо гидротурбины, 4- гидрогенератор в здании ГЭС.

Рис.6.2. Гидроэлектростанция с активной гидротурбиной на искусственном водохранилище.

Общая мощность ГЭС в мире (1986г.) около 500 млн. кВт. Ими производится 2 трлн. кВт×час электроэнергии в год (всего производится 10 трлн. кВт×час в год ). Потенциальные возможности гидроэнергетики составляют еще 1,5 млрд. кВт не считая малых рек и маломощных установок, суммарная мощность которых может быть значительной.

Крупнейшие ГЭС в мире:

Гури- Венесуэла- река Карони-10.300.000 кВт-20 турбин-1986г.

Итайпу- Бразилия-Парагвай-река Парана –7.000.000 кВт – 10 турбин-1988г.

Гранд-Кули –США — река Колумбия-6.480.000 кВт –33 турбины –1980г.

Саяно-Шушенская – Россия – река Енисей- 6.400.000 кВт-1985г.

Красноярская – Россия – река Енисей– 6.000.000– 12 турбин –1971г.

ГЭС большой мощности — не всегда экологически чистые. При их строительстве происходит затопление значительных площадей, лесных массивов, полей, заболачивание, заиливание. Меняются режимы рек, морей, условия жизни рыбы, животных.

Примеры: строительство ГЭС на реках Сибири, Волге, гибель Аральского моря.

Предметом данного курса являются только экологически чистые малые ГЭС, не требующие затопления больших площадей и не нарушающие экологического равновесия в природе.

В качестве примера приведем данные двух ГЭС на Ниле.

Одна из них хорошо известна. Это Асуанская ГЭС в Египте мощностью 2,1 млн. кВт, 12 турбин, производство электроэнергии 10 млрд. кВт×час в год, год постройки 1970. ГЭС строилась в 60-е годы для решения социально важных экономических задач, возникших перед Египтом. Эти задачи станция помогла решить: расширились площади орошаемых земель почти на 1 млн. га, улучшилось судоходство, была ликвидирована опасность засух и наводнений. Почти вдвое увеличился отбор воды для ирригации. Однако строительство ГЭС привело к значительным потерям: заболачивание местности, засоление сельскохозяйственных площадей в дельте Нила, ухудшение плодородия почвы и увеличения количества минеральных удобрений, опасность нависания огромной массы воды над всем Египтом: водохранилище имеет 500 км в длину, 22 км в ширину и 90 метров в глубину.

Другая ГЭС на Ниле — малоизвестна. Это ГЭС на голубом Ниле в районе Великих Водопадов Нила в Эфиопии. Это деривационная ГЭС небольшой мощности (2 турбины по 4,6 МВт). Водовод пробит в скале рядом с водопадом и подает воду к турбинам без создания водохранилищ и нарушения режима реки. Схема этой электростанции показана на рис.7.1. Здесь: 1-русло реки, 2-водопад,

3-решетка, 4-водовод, 5-осевая пропеллерная турбина, 6-направляющий аппарат, 7-генератор.

В1950-е годы в Беларуси работало162 малых ГЭС общей мощностью 11,9 тыс. кВт. В настоящее время действует 11 ГЭС мощностью 7 тыс. кВт. Предполагается восстановить и реконструировать еще 29 ГЭС мощностью 15 тыс. кВт и построить на существующих неэнергетических водохранилищах 17 ГЭС мощностью 5,8 тыс. кВт. Всего 27,8 тыс. кВт с годовой выработкой электроэнергии 85 млн.кВт.ч. На загрязненных территориях юга Беларуси существует техническая возможность строительства 4 ГЭС на Днепре ниже Могилева мощностью 112 тыс. кВт, 3 ГЭС на Соже 32,5 тыс. кВт, 1 ГЭС на Припяти 11 тыс. кВт и на притоках Припяти 2,3 тыс. кВт. До 2010 года в республике предполагается освоить 140 тыс. кВт мощности гидроэнергоресурсов. Годовая выработка электроэнергии по разным оценкам может составить около от 0,5 до 1,0 млрд. кВт. ч. в год.

Капитальные затраты на строительство ГЭС составляют 2000…2500 долларов на 1 кВт установленной мощности. Срок окупаемости 3 года. Срок службы 50-60 лет.

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГИЯ

Водород получают путем электролиза воды. В газообразном виде он может быть передан на расстояние и сожжен для получения тепловой энергии. При сгорании образуется вода и никаких загрязняющих веществ. Эффективность электролиза- 60% из-за образования пузырьков газа вблизи электродов, что препятствует перемещению ионов и увеличивает электрическое сопротивление. Применение в качестве электродов пористых материалов увеличивает эффективность электролиза до 80%.

Водород из воды получают при высокотемпературном нагреве. При этом электрический потенциал, необходимый для разложения воды, снижается.

Целесообразна замена электроэнергии разложения воды теплом от дешевого источника, например, солнечного излучения.

В качестве электролита для получения водорода может быть морская вода. Сложность возникает из-за выделения хлора на ²кислородном² электроде. Чистый водород можно получить, если поддерживать на электролизной ячейке 1,8 В, но это снижает плотность и ведет к увеличению площади электродов.

В настоящее время исследуются и другие способы получения водорода, например, путем использования некоторых видов водорослей, которые ²фотосинтезируют ² водород.

Сложности существуют при хранении водорода из-за большого объема хранилищ и низкой температуры кипения (20 К) сжиженного водорода.

Возможно его химическое аккумулирование в виде металлогидридов из которых он извлекается при нагревании до 50°С, что удобно в эксплуатации и позволяет хранить большие запасы водорода. Металлогидрид FeTiH_1,7 при нагревании выделяет Н₂, а в самом гидриде содержание водорода уменьшается. Эта реакция обратима, поэтому гидридные аккумуляторы можно подзаряжать на заправочных станциях. При зарядке выделяется тепло, которое можно использовать в местных теплосетях. Гидридные аккумуляторы могут быть использованы как топливные баки.

Водород можно передавать по трубопроводам или использовать непосредственно для получения электроэнергии в топливных элементах.

Водород получают разложением аммиака NH₃ на азот N₂ и водород Н₂ при более низких температурах, чем воду. Сочетание теплового двигателя для сжигания водорода и солнечного тепла для преобразования аммиака позволяет получать электроэнергию.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Основные понятия

Энергосбережение — это реализация правовых, организационных, научных, производственных, технологических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов с вовлечением в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Энергосбережение в технике осуществляется при изготовлении, эксплуатации, ремонте, утилизации изделий, выполнении работ.

Энергоемкость — это количественная характеристика затрат энергии (топлива) на основные технологические процессы изготовления, ремонта, утилизации, выполнения работ. Энергоемкостью оценивается энергетическая рациональность конструкций в части их энергопотребления.

Энергопотребление — это затраты энергии (топлива) при использовании изделий, установок и т.д. по назначению. Энергозатраты включают все расходы энергоресурсов по данному технологическому или хозяйственному объекту, приведенные к условному топливу.

По энергозатратам изделие или технологический процесс может быть энергоэкономичным или неэкономичным, а использование энергоресурсов эффективным (энергоэффективная технология) или неэффективным. При несоблюдении требований стандартов, технических условий и паспортных данных возможен непроизводительный расход энергоресурсов.

Энергопотребляющиеизделия и процессы характеризуются энергетической эффективностью (энергетическим КПД), которая подразделяется на классы, определяемые индексами энергетической эффективности.

Показатели энергосбережения дают количественную характеристику мер по энергосбережению и основываются на показателях энергопотребления и энергоемкости. Они могут быть абсолютными, удельными, относительными, сравнительными.

В качестве основного относительного показателя обычно используется КПД.

К абсолютным показателям энергосбережения относятся: расход топлива или энергии, потребляемая мощность, потери мощности, падение напряжения в номинальном режиме, потери холостого хода и короткого замыкания.

К удельным показателям энергосбережения относятся: КПД, удельный расход топлива или энергии на единицу продукции (или энергии), отношение потерь к номинальной мощности, коэффициент использования.

Плановый расчетный показатель усредненного расхода энергии или топлива при изготовлении, эксплуатации, ремонте, утилизации изделий представляет собой норму расходаэнергоресурсов. Различают нормы: индивидуальные и групповые, технологические.

Норматив — это норма расхода энергоресурсов применительно к конкретным условиям, конкретному объекту, процессу.

Требования по энергосбережению должны устанавливаться ГОСТ, ТУ, КД на все изделия и процессы при использовании которых потребляется энергия или топливо. Эти изделия и процессы подразделяются на: (1) потребляющие энергию (топливо) для производства продукции, выполнения работ, (2) для преобразования одних видов энергии в другие, (3) для создания энергоносителей.

Энергосбережение характеризуется: (1) показателямиэнергопотребления (например, энергопотребление бытового холодильника 0,5 кВт×ч в сутки), (2) показателями энергоемкости (например, при изготовлении бытового холодильника расходуется 80 кВт. ч электроэнергии, 20 кг условного топлива и т.д.), (3) показателямиэнергосодержания (например, энергосодержание 1 кг биогаза, получаемого при пиролизе навоза, составляет 20 МДж, или энергосодержание 1 кг бензина, получаемого при перегонке нефти, составляет 47 МДж).

Показатели энергопотребления должны использоваться:

(1) для изделий, потребляющих различные виды топлива для производства энергии (котельная, дизель-генератор), для выполнения работ (автомобиль, тепловоз), для производства продукции (плавильная печь),

(2) для изделий, потребляющих различные виды энергии для преобразования в другие виды энергии (газовая турбина, электродвигатель), для выполнения работы, производства продукции (насос, буровая установка, фасовочный автомат, холодильник),

(3) для изделий, участвующих в передаче и распределении энергии (трансформатор, ЛЭП, трубопровод, редуктор).

Показатели энергоемкости операций по изготовлению, ремонту, утилизации выражаются количеством топлива (энергии), израсходованного на основные технологические процессы, без учета расходов на отопление, освещение и т.д.

Для учета расхода всех топливно-энергетических ресурсов их пересчитывают на условное топливо с теплотой сгорания 29,3 МДж/кг.

Источник