Мы видели, что критическим параметром для океанских тег ловых электростанций является АТ. Соответственно лучшими местами для сс здания станций являются те, где можно обеспечить наибольшее значение Д7 В общем, нетрудно найти в тропической зоне участки водной поверхностй с достаточно высокой температурой. Более сложной проблемой является поисі холодной воды. Как правило, это глубоководные морские акватории, располс женные вдали от суши. В связи с этим более привлекательными представляют-] ся океанские электростанции, размещенные на плавающих платформах, а не на берегу.

Большое значение АТ (около 17 К и выше) не является единственным требо - ием. Глубина расположения холодных слоев воды с температурой не выше “С должна быть не очень большой (не более 1000 м), иначе стоимость трубы подачи на поверхность холодной воды станет слишком высокой. Для при - гмого решения проблемы закрепления плавающей платформы на якоре не - чодимо, чтобы глубина воды не превышала 1500 м. а скорость поверхностных ений была не более 2 м/с.

Гдбина океана в месте предполагаемого сооружения станции не является “ическим фактором, если предусматривается строительство подвижной энер - становки, использующей тягу, создаваемую потоком выходящей из станции Как отмечалось выше, такое решение может быть обусловлено отсутствием одных течений и необходимостью предотвращения перемешивания холод - и подогретой воды.

Важным фактором при выборе места для электростанции является расстояние берега, на который надо передавать электроэнергию по электрическому кабелю, сте с тем возможно создание энергоемких океанских энерготехнологических •плексов, производящих в океане энергоемкие материалы и продукты. Так, выработки аммиака требуются только вода, воздух и электроэнергия. Он яв - ея идеальным продуктом для производства на океанских электростанциях, миак гораздо легче доставлять на берег, чем электроэнергию. При этом на гу из него могут быть получены удобрения и, если необходимо, то и элект - энергия. например с помощью топливных элементов (см. гл. 7).

Одна из концепций океанской электростанции предусматривает использо - ие только холодной океанской воды. Эта вода вначале прокачивается через ■дообменник, а затем направляется в так называемые мелкие солнечные пру- . расположенные на поверхности земли, где нагревается солнечным излуче - м до более высокой температуры, чем это возможно на поверхности океана, мное решение позволяет повысить КПД электростанции.

Солнечные пруды могут быть использованы не только для нагрева воды, и для разведения морских животных и растений в естественных условиях, еанская вода на больших глубинах насыщена разнообразными питатель - ми веществами и, будучи нагретой солнечным излучением, представля - собой идеальную среду для быстрого развития микроводорослей. Вода с кроводорослями поступает во второй пруд с моллюсками, питающимися и. Здесь выращиваются устрицы и другие моллюски. Наиболее крупные них направляются в торговлю, а мелкие размалываются и загружаются в тий пруд с ракообразными (креветки, лобстеры и др.), потребляющими Сточная вода из этого пруда не может быть сброшена в океан в связи с загрязненностью продуктами жизнедеятельности морских животных. По­му предусматривается еще один — четвертый пруд, в котором выращива - ся морские водоросли, очищающие воду от загрязнений и используемые

как источник агара, каррагена или же как сырье для производства биога (метана) в метантенках (см. гл. 11). Теплая вода из этого пруда используете* в качестве источника тепла для океанской электростанции.

ЗАДАЧИ

4.1.

Океанская электростанция выдает в сеть 100 МВт. Теплая вода подає- ся из солнечного пруда с температурой 33 °С. Из теплообменника эта воді возвращается в тот же пруд с температурой 31 °С. (Тепловые потери в тр>- бопроводах можно считать незначительными.) Нагрев воды происходит счет солнечного излучения. Предположим, что среднесуточное поступление энергии солнечного излучения составляет 250 Вт/м2 и в воде поглощаете! 80 % этой энергии. Холодная вода имеет температуру 8°С. Остальные исходные данные см. на рисунке.

В теплообменнике теплая вода охлаждается на 1,84 К, в то время как холодная вода в своем теплообменнике нагревается на 1,35 К.

Предположим, что 80 % оставшегося температурного напора срабатывается в турбине, остальная часть напора в равных долях распределена между холодной

СТОРОНОЙ ТеПЛООбмеННИКа ТеПЛОЙ ВОДЫ (яВЛЯЮШЄЙСЯ ИСПарИТеЛем) И BXOflOV

в турбину и теплой стороной теплообменника холодной воды (конденсатора! и выходом из турбины (ДГ£Г и &ТТС на рисунке). Затраты мощности на соб­ственные нужды (привод насосов и др.) составляют 40 МВт. Эффективности турбогенератора равна 90 %.

f сосчитайте расходы холодной и теплой воды.

Определите необходимую плошаль солнечного пруда, пренебрегая испарением ды с его поверхности.

гїоходя из предположения, что кратность обмен? воды в пруде составляет 1 раз і 3 сут, определите требуемую глубину пруда.

| 1. Гольфстрим переносит 2,2- 1012 м3/сут воды. Средняя температура воды га 25 °С. Оцените размер площади морской поверхности, с которой собира­ется энергия солнечного излучения, обеспечивающая энергией возникновение КОГО мощного течения.

4.3. Предположим, что аммиак испаряется в испарителе океанской электро - с анции при постоянной температуре (подумайте, строго ли выполняется это. овие). Если температура теплой воды на входе в теплообменник на ДЕ, выше * .чпературы кипения аммиака, а на выходе из теплообменника ее температура шличается от температуры кипения на Д Т2, то каков будет средний темпера - крный напор ДІ? Сравните Ваши результаты с контрольными: если ДТх = 4 К, I ±Т = 2 К. то <Д7> = 2,88 К.

4 4 - Утомная электростанция мощностью 1,2 ГВт размещена на берегу реки, вода l. горой служит для охлаждения. КПД электростанции (отношение производимой ктроэнергии к потребляемому теплу) — 20 %. Охлаждающая вода выходит из - ообменника при температуре 80 °С. Предлагается использовать эту нагретую і на электростанции, подобной океанской.

■едположите: температура речной воды равна 20 °С; КПД электростанции являет 1/2 от КПД цикла Карно; половина располагаемого температурного пора приходится на турбину.

Каков расход этой воды?

Какую максимальную электрическую мощность можно получить на такой электростанции?

Насосы океанской станции прокачивают через теплообменник 200 м3 теп - II воды в секунду, температура которой в нем снижается на 1 %. Все сни - гмое тепло направляется в испаритель аммиака. Температура аммиака на оде в турбину равна средней температуре воды в теплообменнике минус К Температура конденсатора поддерживается на уровне 10 °С за счет качки 250 м3 в секунду холодной воды. Эффективность турбогенератора на 90 %. На собственные нужды затрачивается 12 МВт производимой ктроэнергии.

ои должна быть начальная температура теплой воды, чтобы обеспечить пос - Су в сеть 20 МВт электроэнергии?

Какой должна быть температура теплой воды, чтобы обеспечить лишь затрати энергии на собственные нужды?

4.6.

Рассмотрим гипотетическую океанскую электростанцию, эффективное!, преобразования энергии на которой равна КПД цикла Карно. Температура на входе в турбину равна Т№ а на выходе из нее Тс.

Тепло подводится через теплообменник, на входе которого температура вод равна Ttfin. а на выходе ТН OUC Расход воды через теплообменник равен VH. Сток тепла обеспечивается другим теплообменником с температурой воды н - входе ТС ш и температурой на выходе из него ТСоЫ. Расход воды через теплооб­менник Vc.

Все тепло, снимаемое с теплообменника теплой воды, передается на вхс турбины. Все тепло, сбрасываемое из турбины, снимается на теплообменник, холодной воды.

Параметры процесса:

Тн ы= 25°С;

Та п = 8°С;

тн — средняя температура между ТНш и Тн ош;

Тс — средняя температура между Тс ш и Тс out;

VH= VC = V= 420 м3/с;

7) /out и тс ошне заданы.

Ясно, что если THout будет равной ТН ш, тепло в цикл подводиться не будет и мощность станции будет равна нулю. С другой стороны, если Ttfout будет равна Тс in, максимальная тепловая мощность будет извлекаться из тепло, воды, но мощность станции также будет равна нулю, так как КПД цик: Карно оказывается равным нулю.

Между этими предельными случаями имеется оптимальный вариант, при котором реализуется максимальная мощность электростанции. Найдите эти оптимальные условия и значение THouV при котором КПД цикла Карно будет максимальным.

До сих пор мы обсуждали общие принципы устройства тепловых ин, преобразующих тепловую энергию в механическую.

В этой и следующих главах будут рассмотрены устройства, которые пре - *азуют тепло напрямую в электрическую энергию, а именно: термоэлект - зские и термоэмиссионные преобразователи. В главе, посвященной фо- электрическим преобразователям, описываются термофотоэлектрические .образователи, которые преобразуют тепло в энергию излучения, а затем лектрическую энергию. Другие типы преобразователей, такие как, напри - а а п і и т о г а з о л ин а м и ч с с к и й генератор, который преобразует тепловую. >гию в кинетическую энергию плазмы и далее в электроэнергию, в этой лге не рассматриваются.

В предыдущих главах этой книги при изложении материала мы сначала у ждали физическую сущность явления, лежащего в основе работы того иного устройства, а затем переходили к конструкции и характеристикам йств, использующих это явление. В этой главе мы отойдем от привыч - схемы и сначала рассмотрим свойства термопар и только потом подробно новимся на сути самого явления. Такой подход связан с тем, что описать ктеристики термоэлектрических преобразователей достаточно просто, довольно сложно объяснить процессы, в результате которых возника - термоэлектрический эффект. Действительно, основываясь на законах ссической механики и максвелловском распределении электронов по ргии, мы можем убедиться в том, что эффекта Пельтье не существует, •: фект Томсона в металлах должен быть на два порядка больше, чем он на самом деле. Именно эффекты Пельтье и Томсона лежат в основе моэлектричества.