«нетрадиционные способы получения энергии»
| Вид материала | Документы |
Содержание3.8 Водородная энергетика Перспективы развития альернативной энергетики |
- Халькогенсодержащие органические соединения для преобразователей энергии и информации., 961.61kb.
- Рабочей программы дисциплины Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (наименование), 32.41kb.
- Тема: нетрадиционные источники энергии, 237.02kb.
- Доклад по дисциплине: " нетрадиционные источники энергии " на тему : "Приливные электростанции", 77.94kb.
- «Нетрадиционные источники энергии как стратегия энергосбережения», 570.28kb.
- Использование нетрадиционных источников энергии на автомобильном транспорте, 37.54kb.
- Аннотация программы учебной дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», 26.18kb.
- Внаше время, с каждым годом возрастают потребности человечества в энергии, 154.4kb.
- Реферат на тему нетрадиционные источники энергии, 360.42kb.
- Международная Ассоциация устойчивого развития стран-членов ЕврАзЭС, 293.99kb.
3.8 Водородная энергетикаРазвивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). В настоящее время изобретено простое высокопроизводительное устройство для разложения воды и производства из нее беспрецедентно дешевого водорода методом гравитационного электролиза раствора электролита, получившее название “электроводородный генератор (ЭВГ)”. Он приводится в действие механическим приводом и работает при обычной температуре в режиме теплового насоса, поглощая через свой теплообменник необходимое при этом тепло из окружающей среды или утилизируя теплопотери промышленных или транспортных энергоустановок. В процессе разложения воды подведенная к приводу ЭВГ избыточная механическая энергия может быть на 80 % преобразована в электроэнергию, которая затем используется любым потребителем на нужды полезной внешней нагрузки. При этом на каждую единицу затраченный мощности привода генератором в зависимости от заданного режима работы поглощается от 20 до 88 энергетических единиц низкопотенциального тепла, что собственно и компенсирует отрицательный термический эффект химической реакции разложения воды. Один кубический метр условного рабочего объема генератора, работающего в оптимальном режиме с КПД 86-98 %, способен за секунду произвести 3,5 м 3 водорода и одновременно около 2,2 МДж постоянного электрического тока. Единичная тепловая мощность ЭВГ в зависимости от решаемой технической задачи может варьироваться от нескольких десятков ватт до 1000 МВт. Расчетный удельный расход энергии на производство газообразного водорода составляет 14,42 МДж?м-3. Стоимость его производства (0,0038 $/ м3) становится в 1,5-2 раза ниже суммарной стоимости добычи и транспортировки природного газа. Широкий диапазон регулирования и неординарные удельные показатели процесса позволяют с гарантированным успехом применить изобретение в большой и малой энергетике, на всех видах транспорта, в сельском и коммунальном хозяйствах, в химической, цементной, целлюлозно-бумажной, холодильной, атомной и космической промышленности, цветной и черной металлургии, при опреснении морской воды, проведении сварочных работ и т. д.. Физическая сущность рабочего процесса ЭВГ весьма проста и является логическим развитием известных физических опытов Толмена и Стюарта, осуществленных ими в 1916 году. Известно, что электролит при растворении диссоциирует на ионы, которые гидратируются молекулами воды. В результате вокруг них образуются гидратные оболочки различной прочности. Энергия взаимодействия гидратированных разноименных ионов друг с другом резко уменьшается и становится близкой энергии броуновского движения молекул воды. Если концентрированный раствор диссоциированного электролита, имеющего значительную разницу масс аниона и катиона, поместить в сильное искусственное гравитационное (инерционное) поле, например, вращать его в емкости ЭВГ (расчетная частота вращения для различных электролитов и параметров устройства 1500-25000 об/мин), то ионы будут отчасти сепарироваться. Тяжелые ионы, воздействуя друг на друга своим электрическим полем, сместятся к периферии емкости. Крайние прижмутся к ее внутренней поверхности и создадут пространственный концентрационный электрический потенциал. При этом результирующая центробежная сила, действующая на прижатые к аноду ионы (анионы) разрушит их гидратные оболочки, как наиболее слабые. Легкие ионы менее отзывчивы к гравитации и окружены более прочными оболочками, поэтому не могут отдать тяжелым ионам свои молекулы гидратной воды. В силу этих обстоятельств они сосредоточатся над тяжелыми ионами и в области оси вращения (у катода), образуя электрический потенциал противоположного знака. Свободные электроны в аноде под действием пространственного (объемного) заряда анионов переместятся на катод (свойство цилиндра Фарадея). При достижении необходимой минимальной (пороговой) частоты вращения емкости с данным электролитом и принятыми конструктивными параметрами устройства, т.е. критической величины электрических потенциалов на электродах, равновесие зарядов нарушится. Электроны выйдут из катода и ионизируют молекулы гидратных оболочек, а те передадут заряды катионам. Иначе. говоря, как бы произойдет пробой своеобразного электролитического конденсатора и начнется разряд ионов с образованием на катоде свободного водорода, а на аноде кислорода и анодных газов (осадка). Напряжение электрического тока будет зависеть от разности скоростей химических реакций на катоде и аноде. Таким образом, вследствие действия физического принципа обратимости энергии гравитационное поле породит энергетически адекватное ему электрическое поле, которое преодолеет энергию гидратации и осуществит электролиз. Этот процесс протекает с поглощением раствором через теплообменник теплоты и требует постоянного разбавления его водой до начальной концентрации. Его принципиальная энергетическая схема во многом схожа со схемой традиционного электролиза, но в ней не применяется внешний дорогостоящий электрический ток, а используется более дешевая теплота окружающей среды или иных источников. Здесь следует отметить четыре весьма существенные особенности гравитационного электролиза. Во-первых, работа механического инерционного поля, затрачиваемая им на осаждение молекул воды, легких и особенно тяжелых ионов, практически полностью восполняется кинетической энергией всплывающих к оси емкости водорода, кислорода и анодных газов, поскольку их плотность меньше, чем плотность раствора. В результате сумма моментов количества движения начальных и конечных продуктов электролиза становится близкой нулю, т.е. механическая работа в растворе почти не производится. Она в ЭВГ затрачивается в основном только на его приводе против сил трения. Анодный осадок и всплывшие газы вступают во вторичные химические реакции с водой и кислородом, образуя исходный состав раствора. Во-вторых, интенсивное самоохлаждение раствора обеспечивает условия для поглощения им тепла из окружающей среды или от других источников на компенсацию эндотермического эффекта реакции разложения воды, т.е. работу в режиме высокоэффективного теплового насоса. В-третьих, он способен вырабатывать постоянный электрический ток на внешней нагрузке в том случае, если частота вращения емкости будет больше минимально необходимой (пороговой). Тогда ЭВГ проявляет свойства электрогенератора с вольтамперной характеристикой конденсаторного типа (напряжение на зажимах прямо пропорционально внешней нагрузке). В-четвертых, ЭВГ одновременно в одном аппарате совмещает и выполняет функции сразу двух устройств - электрогенератора постоянного тока и электролизера. Все эти особенности обеспечивают гравитационному электролизу несравненно более высокую эффективность преобразования теплоты в химическую энергию восстановленных из воды водорода и кислорода, а, следовательно, большую экономичность. Перспективы развития альернативной энергетики Сегодня многие страны удиляют внимание развитию нетрадиционных способов получения энергии. Темпы этого развития хорошо прослеживаются на примере аетроэнергетики. В 2008 году суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 120 ГВт. Ветряные электростанции всего мира в 2007 году произвели около 200 млрд кВт·ч, что составляет примерно 1,3 % мирового потребления электроэнергии. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов. В 2007 году в Европе было сконцентрировано 61 % установленных ветряных электростанций, в Северной Америке 20 %, Азии 17 %. Технический потенциал ветровой энергии ссылка скрыта оценивается свыше 50 000 миллиардов кВт·ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России. Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Каспийского моря, на побережье Охотского, Баренцева, Балтийского, Черного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале. Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период — период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % — в Северном экономическом районе, около 16 % — в Западной и Восточной Сибири. Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт. Одна из самых крупных ветроэлектростанций России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово ссылка скрыта ссылка скрыта. Куликовская ВЭС состоит из 21 ВЭУ датской компании SЕАS Energi Service A.S. мощностью 225 кВт каждая. Её среднегодовая выработка составляет около 6 млн кВт·ч. На ссылка скрыта действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт) среднегодовой выработкой более 3 млн кВт·ч, параллельно станции установлен ссылка скрыта, вырабатывающий 30 % энергии установки. Действует ветростанция в ссылка скрыта, около деревни Тюпкильды ссылка скрыта мощностью 2,2 МВт. Cреднегодовая выработка электроэнергии составляет около 2 млн кВт·ч. В ссылка скрыта в 20 км от ссылка скрыта размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн кВт·ч, на 2006 год на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн кВт·ч. В республике ссылка скрыта вблизи ссылка скрыта недостроена Заполярнаяя ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт. На ссылка скрыта ссылка скрыта действует ВЭС мощностью 1,2 МВт. Успешным примером реализации возможностей ветряных установок в сложных климатических условиях является ветродизельная электростанция на мысе Сеть-Наволок ссылка скрыта мощностью до 0,1 МВт. В 17 километрах от неё в 2009 году начато обследование параметров будущей ВЭС работающей в комплексе с ссылка скрыта. Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС 75 МВт ссылка скрыта, ссылка скрыта 72 МВт ссылка скрыта, Калининградской морской ВЭС 50 МВт, Морской ВЭС 30 МВт ссылка скрыта, Приморской ВЭС 30 МВт ссылка скрыта, Магаданской ВЭС 30 МВт ссылка скрыта, Чуйской ВЭС 24 МВт ссылка скрыта, Усть-Камчатской ВДЭС 16 МВт ссылка скрыта, Новиковской ВДЭС 10 МВт ссылка скрыта, Дагестанской ВЭС 6 МВт ссылка скрыта, Анапской ВЭС 5 МВт ссылка скрыта, Новороссийской ВЭС 5 МВт ссылка скрыта и Валаамской ВЭС 4 МВт ссылка скрыта. Как пример реализации потенциала территорий Азовского моря можно указать ссылка скрыта, действующей на 2010 год мощностью в 21,8 МВт, установленную на украинском побережье ссылка скрыта. В ссылка скрыта—ссылка скрыта в рамках РАО ЕЭС проведены эксперименты по созданию комплексов на базе ссылка скрыта и ссылка скрыта, по программе в посёлке ссылка скрыта установлен один агрегат. Все проекты начатые в РАО, связанные с ветроэнергетикой переданы компании ссылка скрыта. В конце 2008 года РусГидро начала поиск перспективных площадок для строительства ветряных электростанций[26]. Предпринимались попытки серийного выпуска ветроэнергетических установок для индивидуальных потребителей, например водоподъёмный агрегат «ссылка скрыта». В последние годы увеличение мощностей происходит в основном за счет маломощных индивидуальных энергосистем, объем реализации которых составляет 250 ветроэнергетических установок (мощностью от 1 кВт до 5 кВт). ЗаключениеУчитывая результаты существующих прогнозов по истощению к середине – концу следующего столетия запасов нефти, природного газа и других традиционных энергоресурсов, а также сокращение потребления угля (которого, по расчетам, должно хватить на 300 лет) из-за вредных выбросов в атмосферу, а также употребления ядерного топлива, которого при условии интенсивного развития реакторов-размножителей хватит не менее чем на 1000 лет можно считать, что на данном этапе развития науки и техники тепловые, атомные и гидроэлектрические источники будут еще долгое время преобладать над остальными источниками электроэнергии. Несмотря на это, поиск и развитие новых способов получения энергии является задачей первостепенной важности. Эта важность обуславливается потребностью получать электричество из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений, которые в то же время обладали бы такими важными характеристиками, как экологичность и экономичность.
Москва 2011 |