Osmootne jaam. Osmootne elektrijaam: alternatiivne energia mereveest. Energia soolast: rohkem eeliseid

Kahe paagi vahele asetatakse spetsiaalne membraan, mis laseb läbi vett, kuid mitte soolamolekule. Ühte neist valatakse värske vesi, teise soolane vesi. Kuna selline süsteem püüdleb tasakaalu poole, tõmbab soolasem vesi reservuaarist välja magedat vett. Kui membraani ette asetatakse generaator, hakkab liigne rõhk pöörlema ​​selle labad ja toodab elektrit.
Idee, nagu sageli juhtub, pakkus välja elusloodus: rakkudes ainete ülekandmiseks kasutatakse sama põhimõtet - samad osaliselt läbilaskvad membraanid tagavad rakkude elastsuse. Osmootset rõhku on inimesed pikka aega edukalt kasutanud merevee magestamises, kuid seni on seda esimest korda kasutatud elektri tootmiseks.
Hetkel toodab prototüüp umbes 1 kW energiat. Lähitulevikus võib see näitaja tõusta 2-4 kW-ni. Selleks, et rääkida tootmise tasuvusest, on vaja saada umbes 5 kW toodangut. See on aga väga reaalne ülesanne. 2015. aastaks on plaanis ehitada suur jaam, mis hakkab tootma 25 MW ja mis toidab 10 000 keskmist majapidamist. Tulevikus on oodata, et IPS muutub nii võimsaks, et nad suudavad toota 1700 TW aastas, sama palju kui pool Euroopast praegu toodab. Peamine ülesanne on hetkel leida tõhusamad membraanid.
Mäng on kindlasti küünalt väärt. Osmootsete jaamade eelised on ilmsed. Esiteks on soolane vesi (tavaline merevesi sobib jaama tööks) ammendamatu loodusvara. Maa pind on 94% ulatuses kaetud veega, millest 97% on soolane, seega leidub selliste jaamade jaoks alati kütust. Teiseks ei nõua UES-i korraldamine spetsiaalsete objektide rajamist: sobivad olemasolevate ettevõtete või muude büroohoonete kasutamata ruumid. Lisaks saab IPS-i paigaldada jõgede suudmetesse, kus mage vesi voolab soolasesse merre või ookeani – ja sellisel juhul pole vaja reservuaare isegi spetsiaalselt veega täita.

Värske vesi + merevesi = energiaallikas

Tavaliselt seguneb seal, kus jõgi merre suubub, magevesi lihtsalt soolase veega ning seal pole survet, mis võiks olla energiaallikaks. Professor Klaus-Viktor Peinemann Põhja-Saksamaal Geesthachti linna GKSS-i uurimiskeskuse polümeeriuuringute instituudist nimetab tingimusi, mis on vajalikud osmootse rõhu tekkeks: „Kui merevesi ja magevesi eraldatakse filtriga enne segamine - spetsiaalne membraan, mis laseb vett läbi, kuid on soolale mitteläbilaskev, siis saab lahuste kalduvust termodünaamilisele tasakaalule ja kontsentratsioonide ühtlustumist realiseerida ainult tänu sellele, et vesi tungib soolalahusesse ja sool mitte sattuda magevette."

Kui see juhtub suletud paagis, tekib mereveest liigne hüdrostaatiline rõhk, mida nimetatakse osmootseks rõhuks. Selle kasutamiseks energia tootmiseks tuleb jõe merre suubumise kohta paigaldada suur kahe kambriga paak, mis on üksteisest eraldatud poolläbilaskva membraaniga, mis laseb vett läbi ja soola mitte. läbi. Üks kamber on täidetud soolase veega, teine ​​värske veega. „Saadud osmootne rõhk võib olla väga kõrge,“ rõhutab professor Peineman. „See ulatub ligikaudu 25 baarini, mis vastab 100 meetri kõrguselt langeva kose jalamil olevale veesurvele.

Nii kõrge osmootse rõhu all olev vesi juhitakse generaatori turbiini, mis toodab elektrit.

Peaasi on õige membraan

Näib, et kõik on lihtne. Seetõttu pole üllatav, et idee kasutada osmoosi energiaallikana tekkis peaaegu pool sajandit tagasi. Kuid... "Üks peamisi takistusi sel ajal oli õige kvaliteediga membraanide puudumine," ütleb professor Peineman. "Membraanid olid äärmiselt aeglased, mistõttu osmootse elektrigeneraatori kasutegur oli väga madal. Järgmise 20-30 aasta jooksul toimus mitmeid tehnoloogilisi läbimurdeid. Õppisime Tänapäeval toodame üliõhukesi membraane, mis tähendab, et nende läbilaskevõime on oluliselt suurenenud."
GKSS-i uurimiskeskuse spetsialistid andsid olulise panuse just selle membraani väljatöötamisse, mis on nüüdseks võimaldanud osmootse energiatootmise praktikas – ehkki veel puhtkatselisena – rakendada. Üks arendajatest, Carsten Blicke, selgitab: "Membraani paksus on umbes 0,1 mikromeetrit. Võrdluseks on inimese juuksekarva läbimõõt 50–100 mikromeetrit. Just see õhuke kile eraldab lõpuks merevee värskest."

On selge, et nii õhuke membraan ei talu iseenesest kõrget osmootset rõhku. Seetõttu kantakse see poorsele, käsnataolisele, kuid ülimalt vastupidavale alusele. Üldiselt näeb selline vahesein välja nagu läikiv paber ja seda, et sellel on kile, on palja silmaga võimatu märgata.

Heledad väljavaated

Piloottehase rajamine nõudis mitme miljoni euro suurust investeeringut. Investoreid, kes olid valmis riskima, kuigi mitte kohe, leiti siiski. Statkraft, üks Norra suurimaid energiaettevõtteid ja Euroopa liider taastuvate energiaressursside kasutamisel, asus vabatahtlikult rahastama uuenduslikku projekti. Professor Peineman meenutab: "Nad kuulsid sellest tehnoloogiast, olid rõõmsad ja sõlmisid meiega koostöölepingu. Euroopa Liit eraldas selle projekti elluviimiseks 2 miljonit eurot, ülejäänud raha panustas Statkraft ja mitmed teised ettevõtted. , sealhulgas meie Instituut.

"Teised ettevõtted" on uurimiskeskused Soomes ja Portugalis, samuti Norra uuringufirma. 2–4 kilovatise võimsusega piloottehas, mis ehitati Oslofjordi Tofte linna lähedal ja avati täna, on mõeldud uuendusliku tehnoloogia katsetamiseks ja täiustamiseks. Kuid Statkrafti juhtkond on kindel, et mõne aasta pärast hakkab see osmoosi kaubanduslikuks kasutamiseks kasutama. Ja osmootse energia tootmise ülemaailmne kogupotentsiaal on hinnanguliselt mitte vähem kui 1600-1700 teravatt-tundi aastas – see on ligikaudu pool kogu Euroopa Liidu energiatarbimisest. Selliste käitiste olulisim eelis on nende keskkonnasõbralikkus – need ei tee müra ega saasta atmosfääri kasvuhoonegaaside heitmetega. Lisaks on neid lihtne olemasolevasse infrastruktuuri integreerida.

Keskkonnasõbralikkus

Eraldi tahaksin märkida selle elektritootmismeetodi absoluutset keskkonnasõbralikkust. Ei mingeid jäätmeid, oksüdeerivaid paagimaterjale, kahjulikke aure. IPS-i saab paigaldada isegi linna piires, ilma selle elanikele kahju tekitamata.
Samuti ei vaja IPS-i töö käivitumiseks muid energiaallikaid ega sõltu kliimatingimustest. Kõik see teeb IPS-ist peaaegu ideaalse viisi elektrienergia tootmiseks.

Osmoosi nähtust on tööstuslikus mastaabis kasutatud enam kui 40 aastat. Ainult see ei ole Abbot Nollet' klassikaline päriosmoos, vaid nn pöördosmoos - lahusti kunstlik läbitungimine kontsentreeritud lahusest lahjendatud lahusesse loodusliku osmootse rõhu mõjul. Seda tehnoloogiat on magestamis- ja puhastustehastes kasutatud alates 1970. aastate algusest. Soolane merevesi pumbatakse spetsiaalsele membraanile ja selle poore läbides jääb see ilma olulisest osast mineraalsooladest, aga ka bakteritest ja isegi viirustest. Soolase või saastunud vee pumpamine nõuab suuri energiakoguseid, kuid mäng on küünalt väärt – planeedil on palju piirkondi, kus joogiveepuudus on terav probleem.

On raske uskuda, et ainuüksi kahe lahuse kontsentratsiooni erinevus võib tekitada tõsise jõu, kuid see on tõsi: osmootne rõhk võib tõsta merevee taset 120 m võrra.

Erinevad teadusrühmad ja ettevõtted on alates 1970. aastate algusest läbi viinud katseid osmootse rõhu muundamiseks elektrienergiaks. Selle protsessi põhimõte oli ilmne: membraani pooride kaudu tungiv värske (jõe)vee vool suurendab rõhku mereveereservuaaris, võimaldades seeläbi turbiinil pöörlema ​​hakata. Seejärel lastakse riimvesi merre. Ainus probleem oli selles, et PRO (Pressure retarded osmosis) klassikalised membraanid olid liiga kallid, kapriissed ega andnud vajalikku vooluvõimsust. Asi sai alguse 1980. aastate lõpus, kui Norra keemikud Thorleif Holt ja Thor Thorsen SINTEF Instituudist võtsid probleemi lahenduse.

Skemaatilistel piltidel on osmootne membraan joonistatud seinana. Tegelikult on see silindrilisse korpusesse suletud rull. Selle mitmekihiline struktuur vaheldub mage- ja soolase vee kihtidega.

Loebi membraanid vajasid maksimaalse jõudluse säilitamiseks kliinilist klassi. Magestamisjaama membraanmooduli konstruktsioon eeldas esmase jämefiltri ja võimsa pumba olemasolu, mis eemaldas membraani tööpinnalt prahi.

Holt ja Thorsen, analüüsinud kõige lootustandvamate materjalide omadusi, valisid odava modifitseeritud polüetüleeni. Nende publikatsioonid teadusajakirjades äratasid Statcrafti spetsialistide tähelepanu ja Norra keemikud kutsuti jätkama oma tööd energiaettevõtte egiidi all. 2001. aastal sai Statcrafti membraaniprogramm riigitoetust. Saadud vahendeid kasutades ehitati Sunndalsjorisse eksperimentaalne osmootne installatsioon, et testida membraaniproove ja testida tehnoloogiat tervikuna. Aktiivne pindala selles oli veidi üle 200 m2.

Erinevus mage- ja merevee soolsuse (teaduslikult öeldes - soolsuse gradiendi) vahel on osmootse elektrijaama tööpõhimõte. Mida suurem see on, seda suurem on membraani maht ja voolukiirus ning seega ka hüdroturbiini genereeritav energia hulk. Toftis voolab mage vesi gravitatsioonijõul membraanile, osmoosi tagajärjel suureneb merevee rõhk teisel pool järsult. Osmoosi jõud on kolossaalne – rõhk võib tõsta merevee taset 120 m võrra.

Järgmisena tormab saadud lahjendatud merevesi läbi rõhujaoturi turbiini labadele ja paiskub neile kogu energia andes merre. Survejaotur võtab osa vooluenergiast, keerates merevett pumpavaid pumpasid. Nii on võimalik jaama efektiivsust oluliselt tõsta. Rick Stover, Energy Recovery tehnoloogiadirektor, mis toodab selliseid seadmeid magestamisjaamadele, hindab, et turustajate energiaülekande efektiivsus on ligi 98%. Täpselt samad magestamise seadmed aitavad toimetada joogivett elamutesse.

Nagu Skillhagen märgib, tuleks ideaaljuhul kombineerida osmootseid elektrijaamu magestamisseadmetega – viimastes on jääkmerevee soolsus 10 korda kõrgem looduslikust tasemest. Sellises tandemis tõuseb energiatootmise efektiivsus vähemalt kaks korda.

Ehitustööd Toftes algasid 2008. aasta sügisel. Sódra Celli tselluloositehase krundil renditi tühi ladu. Esimesele korrusele paigaldati jõe- ja merevee puhastamiseks võrk- ja kvartsfiltrite kaskaad ning teisel korrusel masinaruum. Sama aasta detsembris tõsteti ja paigaldati membraanmoodulid ja rõhujaotur. 2009. aasta veebruaris rajas rühm sukeldujaid mööda lahe põhja kaks paralleelset torujuhet – mage- ja merevee jaoks.

Merevett kogutakse Toftis 35–50 m sügavuselt - selles kihis on selle soolsus optimaalne. Lisaks on seal palju puhtam kui pinnal. Kuid vaatamata sellele vajavad jaama membraanid regulaarset puhastamist, et eemaldada mikropoore ummistavad orgaanilised jäägid.

Alates 2009. aasta aprillist töötas elektrijaam proovirežiimil ning novembris käivitati printsess Mette-Mariti kerge käega täie potentsiaaliga. Skillhagen kinnitab, et pärast Toftet on Statcraftil ka teisi sarnaseid, kuid arenenumaid projekte. Ja mitte ainult Norras. Tema sõnul on jalgpalliväljaku suurune maa-alune kompleks võimeline varustama katkematult elektriga tervet 15 000 üksikelamuga linna. Pealegi on selline osmootne paigaldus erinevalt tuuleturbiinidest praktiliselt vaikne, ei muuda tuttavat maastikku ega mõjuta inimeste tervist. Ja loodus hoolitseb ise soola- ja mageveevarude täiendamise eest.

Seni on maailmas vaid üks töötav osmootse elektrijaama prototüüp. Kuid tulevikus on neid sadu.

Osmootse elektrijaama tööpõhimõte

Elektrijaama töö põhineb osmootsel efektil – spetsiaalselt disainitud membraanide omadusel lasta läbi ainult teatud osakesi. Näiteks paigaldame kahe mahuti vahele membraani ja valame ühte neist destilleeritud vett ja teise soolalahust. Veemolekulid läbivad membraani vabalt, kuid soolaosakesed mitte. Ja kuna sellises olukorras kipuvad vedelikud tasakaalustuma, siis peagi levib mage vesi raskusjõu mõjul mõlemasse anumasse.

Kui lahuste koostise erinevus on väga suur, on vedeliku vool läbi membraani üsna tugev. Asetades selle teele hüdroturbiini, saab toota elektrit. See on osmootse elektrijaama lihtsaim konstruktsioon. Hetkel on selle optimaalseks tooraineks soolane merevesi ja mage jõevesi – taastuvad energiaallikad.

Seda tüüpi eksperimentaalne elektrijaam ehitati 2009. aastal Norra linna Oslo lähedale. Selle tootlikkus on madal - 4 kW või 1 W 1 ruutmeetri kohta. membraanid. Lähitulevikus suurendatakse seda näitajat 5 W-ni 1 ruutmeetri kohta. 2015. aastaks kavatsevad norrakad ehitada kaubandusliku osmootse elektrijaama, mille võimsus on umbes 25 MW.

Selle energiaallika kasutamise väljavaated

IPS-i peamine eelis teist tüüpi elektrijaamade ees on üliodava tooraine kasutamine. Tegelikult on see tasuta, sest 92–93% planeedi pinnast on kaetud soolase veega ja magedat vett on lihtne hankida, kasutades sama osmootse rõhu meetodit teises paigaldises. Paigaldades merre suubuva jõe suudmesse elektrijaama, saab kõik toorainega varustamise probleemid ühe hoobiga lahendada. Kliimatingimused IPS-i tööks pole olulised – seni kuni vesi voolab, paigaldus toimib.

Sel juhul mürgiseid aineid ei teki - väljundis moodustub sama soolane vesi. IPS on täiesti keskkonnasõbralik ja seda saab paigaldada elamupiirkondade vahetusse lähedusse. Elektrijaam elusloodust ei kahjusta ja selle ehitamiseks pole vaja jõgesid tammidega ummistada, nagu hüdroelektrijaamade puhul. Ja elektrijaama madalat efektiivsust kompenseerib selliste rajatiste tohutu ulatus.

Pealkirjas pole viga, mitte "kosmosest", vaid just nimelt "osmoosist"

Iga päev oleme veendunud, et meid ümbritseb palju kõige ootamatumaid taastuvenergia allikaid. Lisaks Päikesele, tuulele, hoovustele ja loodetele saab elektri tootmiseks kasutada generaatoreid, mis töötavad soolaga – õigemini selle vahega, mille see tekitab mage- ja merevee vahel. Seda erinevust nimetatakse soolsuse gradiendiks ja tänu osmoosi fenomenile saab selle abil saada vedeliku liigrõhku, mis muudetakse tavaliste turbiinide abil elektriks.

Soolsuse gradiendi energia muundamiseks elektriks on teada mitmeid viise. Tänapäeval on kõige lootustandvam transformatsioon osmoosi abil, mistõttu soolsusgradiendi energiat nimetatakse sageli osmoosi energiaks. Kuid muud viisid soolsusgradiendi energia muundamiseks on põhimõtteliselt võimalikud.

Osmoosi nähtus on järgmine. Kui võtate poolläbilaskva membraani (membraani) ja asetate selle vaheseinaks mis tahes anumasse magevee ja soolase vee vahele, siis hakkavad osmootsed jõud magedat vett soolasesse vette pumpama. Värske vee molekulid liiguvad läbi eraldusmembraani soolase veega täidetud anuma teise poolde ja membraan ei lase soolamolekulidel mageveega esimesse poolde siseneda. Selle omaduse tõttu nimetatakse membraani poolläbilaskvaks. Selle protsessi käigus vabanev energia avaldub suurenenud rõhuna, mis tekib anuma soolase veega osas. See on osmootne rõhk (mõnikord nimetatakse seda osmootseks koseks). Osmootse rõhu maksimaalne väärtus on lahuse (st soolase vee) ja lahusti (st magevee) rõhkude erinevus, mille juures osmoos peatub, mis tekib poolläbilaskva membraani mõlemal küljel võrdsete rõhkude moodustumisel. . Sellest tulenev suurenenud rõhk anuma pooles soolases vees tasakaalustab osmootseid jõude, mis sundisid magevee molekulid läbi poolläbilaskva membraani soolasesse vette.

Osmoosi nähtus on tuntud juba pikka aega. Esimest korda täheldas seda A. Podlo 1748. aastal, kuid üksikasjalik uurimine algas rohkem kui sajand hiljem. 1877. aastal mõõtis W. Pfeffer esimest korda osmootset rõhku, uurides roosuhkru vesilahuseid. 1887. aastal kehtestas Van't Hoff Pfefferi katsete andmetele tuginedes seaduse, mis määrab osmootse rõhu sõltuvalt lahustunud aine kontsentratsioonist ja temperatuurist. Ta näitas, et lahuse osmootne rõhk on arvuliselt võrdne rõhuga, mida lahustunud aine molekulid avaldaksid, kui nad oleksid sama temperatuuri ja kontsentratsiooniga gaasilises olekus.

Osmootse energia saamiseks peab enam-vähem kontsentreeritud lahuse läheduses olema madala soolakontsentratsiooniga allikas. Maailma ookeani tingimustes on sellisteks allikateks sinna suubuvate jõgede suudmed.

Osmootse rõhu põhjal arvutatud soolsuse gradiendi energiale ei kehti Carnot' tsükliga seotud tõhususe piirangud; See on seda tüüpi energia üks positiivseid omadusi. Küsimus on selles, kuidas seda kõige paremini elektriks muuta.

Norras avati hiljuti maailma esimene elektrijaam, mis kasutab elektri tootmiseks osmoosi nähtust. Kasutades oma töös ainult soola ja magedat vett, toodab elektrijaama praegune prototüüp 2-4 kilovatti, kuid tulevikus see näitaja oluliselt suureneb.Energia tootmiseks kasutab Norra firma Statkraft ehitatud jaam osmoosi nähtus, st lahuste liikumine läbi membraani kõrgema soola kontsentratsiooniga küljele. Kuna soolade kontsentratsioon tavalises merevees on suurem kui magevees, tekib membraaniga eraldatud mage- ja soolase vee vahel osmoosi nähtus ning veevoolu liikumine paneb turbiini tööle, tekitades energiat. juba käivitatud prototüübist on väike ja ulatub kahe kuni nelja kilovatt-tunnini. Nagu selgitas projektijuht Stein Eric Skilhagen, ei olnud ettevõttel eesmärki kohe tööstusliku mastaabiga elektrijaama ehitada, olulisem oli näidata, et seda tehnoloogiat saab põhimõtteliselt kasutada ka energeetikas. osmoosi fenomeni kasutamise elektri tootmiseks pakkusid esmakordselt välja keskkonnaliikumise aktivistid 1992. aastal, märgib Statkrafti veebisait. Inseneride arvutuste kohaselt on täna võimalik ehitada osmootne elektrijaam, mille võimsus on 1700 kilovatti tunnis. Samas, erinevalt teistest alternatiivseid energiaallikaid – päikest või tuult – kasutavatest jaamadest ei mõjuta ilm jaama töörežiimi. Olemasoleva prototüübi võimsusest piisab, et varustada elektrit vaid kohvimasinaga, kuid 2015. aastaks loodab Statkraft ehitada elektrijaama, mis varustab elektriga 10 tuhande eramajaga küla.

Eesolevate väljakutsete hulgas on energiatõhusamate membraanide otsimine. Nende puhul, mida kasutatakse Oslost 60 km lõuna pool asuvas Hurumi jaamas, on see näitaja 1 W/m2. Mõne aja pärast suurendab Statkraft võimsust 2-3 W-ni, kuid kasumliku taseme saavutamiseks on vaja saavutada 5 W.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

postitatud http://www.allbest.ru/

Säilitamine

Alternatiivenergia põhisuunaks on alternatiivsete (mittetraditsiooniliste) energiaallikate otsimine ja kasutamine. Energiaallikad on "looduslikult esinevad ained ja protsessid, mis võimaldavad inimesel saada eksisteerimiseks vajalikku energiat". Alternatiivne energiaallikas on taastuv ressurss, mis asendab traditsioonilisi energiaallikaid, mis töötavad naftal, toodetud maagaasil ja kivisöel, mille põletamisel eraldub atmosfääri süsihappegaasi, mis aitab kaasa kasvuhooneefekti kasvule ja globaalsele soojenemisele. Alternatiivsete energiaallikate otsimise põhjuseks on vajadus saada seda taastuvate või praktiliselt ammendamatute loodusvarade ja nähtuste energiast. Arvesse võib võtta ka keskkonnasõbralikkust ja kuluefektiivsust.

2010. aastal moodustas alternatiivenergia (ilma hüdroenergiata) 4,9% kogu inimkonna tarbitud energiast. Sealhulgas kütteks ja vee soojendamiseks (biomass, päikese- ja maaküte) 3,3%; biokütus 0,7%; elektritootmine (tuule-, päikese-, maasoojuselektrijaamad ja biomass TPP-s) 0,9%.Taastuvad (alternatiivsed) energiaallikad moodustavad 2010. aastal vaid umbes 5% maailma elektritootmisest. 2009. aasta mais oli USA-s 13% elektrienergiast toodetud taastuvatest energiaallikatest. 9,4% elektrist toodeti hüdroelektrijaamadest, ca 1,8% saadi tuuleenergiast, 1,3% biomassist, 0,4% geotermilistest allikatest ja 0,3% päikeseenergiast. Austraalias toodeti 2009. aastal 8% elektrist taastuvatest allikatest.

Tänapäeval vajavad energiainimesed üha rohkem energiat, kuna nad tulevad välja üha uute energiat nõudvate leiutistega.

Energia tekkis miljoneid aastaid tagasi, kui inimesed õppisid tuld tegema: nad jahtisid tulega, said valgust ja soojust ning see oli paljude aastate jooksul rõõmu ja optimismi allikas. Oma essees räägin võimalikust keskkonnasõbralikust energiaallikast, millega inimesed ümbritsevat maailma ei reostaks.

1. Põhjendus

Miks valin alternatiivseks energiatootmisviisiks osmootse elektrijaama?

Peamine eelis on selle keskkonnasõbralikkus - puudub müra ega saasta atmosfääri kasvuhoonegaaside heitkogustega; - tagatakse pidev taastuvenergiaallikas, vähese hooajalise kõikumisega; - lihtne rakendada olemasolevat infrastruktuuri; Osmootset elektrijaama saab kasutada ainult suudmealadel, kus magevesi voolab soolasesse vette. Osmoosi nähtus on looduses laialt levinud, võimaldades taimedel lehtede kaudu niiskust imada ja seda kasutatakse tavaliselt magestamise protsessis.

2. Kasutamise efektiivsus

Osmootne elektrijaam on vedeliku difusiooni (osmoosi) põhimõttel töötav statsionaarne elektrijaam.

Maailma esimese ja hetkel ainsa osmootse elektrijaama ehitas Statkraft Norra linna Tofte tselluloosi- ja paberitehase “Södra Cell Tofte” territooriumile. Elektrijaama ehitamine läks maksma 20 miljonit dollarit ning see hõlmas 10 aastat teadus- ja tehnoloogiaarendust. See elektrijaam toodab endiselt väga vähe energiat: ligikaudu 2-4 kilovatti. Edaspidi on plaanis tõsta energiatootmist 10 kilovatini.

Hetkel on elektrijaam eksperimentaalne, kuid kui katsetused õnnestuvad, antakse jaam kommertskasutusele.

Näib, et kõik on lihtne. Seetõttu pole üllatav, et idee kasutada osmoosi energiaallikana tekkis peaaegu pool sajandit tagasi. Kuid... "Üks peamisi takistusi oli õige kvaliteediga membraanide puudumine," ütles professor Payneman selle kohta. "Membraanid olid äärmiselt aeglased, mistõttu oleks osmootse elektrigeneraatori kasutegur väga madal. Järgmise 20-30 aasta jooksul on toimunud mitmeid tehnoloogilisi läbimurdeid. Oleme õppinud täna tootma üliõhukesi membraane, mis tähendab, et nende läbilaskevõime on oluliselt suurenenud. GKSS-i uurimiskeskuse spetsialistid andsid olulise panuse just selle membraani väljatöötamisse, mis on nüüdseks võimaldanud osmootse energiatootmise praktikas – ehkki veel puhtkatselisena – rakendada. Ja sellest järeldub, et selle energia kasutegur, kuigi see on väike, on kergesti kompenseeritav selliste rajatiste tohutul hulgal.

osmootse elektrijaama alternatiivenergia

3. Tehnoloogiad

Nii et seal, kus jõed suubuvad meredesse ja ookeanidesse, on naabruses tohutult nii mage- kui ka soolase vee allikaid – see on ideaalne koht osmootsete elektrijaamade ehitamiseks. Kuidas saada energiat? Lihtsaim viis on asetada vesi reservuaari, mis on poolläbilaskva membraaniga jagatud kaheks kambriks.

Ühte kambrisse antakse merevesi ja teise magevesi. Meres ja magevees olevate soolade erineva kontsentratsiooni tõttu pääsevad värskest sektsioonist pärit veemolekulid, püüdes soolakontsentratsiooni võrdsustada, läbi membraani meresektsiooni. Selle protsessi tulemusena tekib merevee sektsioonis ülerõhk, mida omakorda kasutatakse elektrit tootva hüdroturbiini pöörlemiseks.

Samuti on vaja välja tuua osmaatilise elektri eelised ja puudused.

Eelised:

Erinevalt tuule- ja päikeseenergiast pakuvad need pidevat taastuvat energiaallikat, kusjuures hooajaline erinevus on väike.

Kasvuhooneefekt puudub.

Puudused:

Praegusel membraanil on indikaator 1 W/mI. Jaamu kasumlikuks muutev näitaja on 5 W/m². Maailmas on mitmeid sarnaseid membraane tootvaid ettevõtteid (General Electric, Dow Chemical, Hydranautics, Toray Industries), kuid osmootse jaama jaoks mõeldud seadmed peavad olema palju õhemad kui praegu toodetavad.

Osmootset elektrijaama saab kasutada ainult suudmealadel, kus magevesi voolab soolasesse vette.

4. Väljavaated

IPS-i peamine eelis teist tüüpi elektrijaamade ees on üliodava tooraine kasutamine. Tegelikult on see tasuta, sest 92–93% planeedi pinnast on kaetud soolase veega ja magedat vett on lihtne hankida, kasutades sama osmootse rõhu meetodit teises paigaldises. Paigaldades merre suubuva jõe suudmesse elektrijaama, saab kõik toorainega varustamise probleemid ühe hoobiga lahendada. Kliimatingimused IPS-i tööks pole olulised – seni kuni vesi voolab, paigaldus toimib.

Sel juhul mürgiseid aineid ei teki - väljundis moodustub sama soolane vesi. IPS on täiesti keskkonnasõbralik ja seda saab paigaldada elamupiirkondade vahetusse lähedusse. Elektrijaam elusloodust ei kahjusta ja selle ehitamiseks pole vaja jõgesid tammidega ummistada, nagu hüdroelektrijaamade puhul.

Kasutusvõimalused Venemaal. Jõed on Venemaa veefondi aluseks. Umbes 12% maismaast hõivavat Venemaad eristab hästi arenenud jõgedevõrk, aga ka ainulaadne umbes 60 tuhande km pikkune veerannik. Venemaa jõed kuuluvad kolme ookeani vesikonda: Arktika, Vaikse ookeani ja Atlandi ookeani vesikond. Seega on Venemaal osmootse energia arendamisel tohutu potentsiaal, huvi selle taastuvenergia allika vastu kasvab ning teadlased üle maailma ühendavad jõud selle arendamiseks.

Kanada Hydro-Québec, maailma suurim hüdroenergia tootja, teeb koostööd Statkraftiga PRO-tehnoloogia järgmise etapi uurimisel. Lisaks uurib ta võimalust luua piki Kanada rannikut osmootseid jaamu.

Jaapanis avas Tokyo Tehnoloogiainstituut osmootse energia uurimiskeskuse. Tema töötajate sõnul võimaldab Jaapani jõgede energiapotentsiaal - kui seda realiseerida osmootsete jaamade ehitamisega, kus jõed suubuvad merre - 5-6 tuumajaama väljavahetamist.

Järeldus

Energia roll tsivilisatsiooni säilitamisel ja edasisel arengul on väga suur. Kaasaegses ühiskonnas on raske leida vähemalt ühte inimtegevuse valdkonda, mis ei nõuaks – otseselt või kaudselt – rohkem energiat, kui inimese lihased suudavad pakkuda. Energiatarbimine on oluline elatustaseme näitaja. Neil päevil, kui inimene hankis toitu metsavilju korjates ja loomi küttides, vajas ta päevas umbes 8 MJ energiat. Pärast tule valdamist tõusis see väärtus 16 MJ-ni: primitiivses põllumajandusühiskonnas oli see 50 MJ ja arenenumas - 100 MJ.

Tsivilisatsiooni arengu käigus asendati traditsioonilised energiaallikad mitu korda uute, arenenumatega, mitte sellepärast, et vana allikas oleks ammendatud.

Kõige võimsam energiaallikas on tuumaenergia – energia liider. Uraanivarud pole kivisöevarudega võrreldes nii suured. Kuid kaaluühiku kohta sisaldab see miljoneid kordi rohkem energiat kui kivisüsi. Tuumajaamas elektri tootmisel arvatakse, et raha ja tööjõudu tuleb kulutada sada tuhat korda vähem kui kivisöest energiat ammutades. Ja tuumakütus asendab naftat ja kivisütt... See on alati nii olnud: järgmine energiaallikas oli ka võimsam. See oli nii-öelda "sõjakas" energialiin. Tulevikus koos energeetika intensiivse arenguga ilmuvad hajutatud energiaallikad, mis ei ole liiga võimsad, kuid on kõrge efektiivsusega, keskkonnasõbralikud ja hõlpsasti kasutatavad. Näiteks kiire algus elektrokeemilisele energiale, millele hiljem ilmselt lisandub päikeseenergia. Energia koguneb väga kiiresti, assimileerub ja neelab kõik uusimad ideed, leiutised ja teadussaavutused. See on arusaadav: energia on seotud sõna otseses mõttes kõigega ja kõik tõmbub energiasse ja sõltub sellest. Seetõttu on energiakeemia, vesinikuenergia, kosmoseelektrijaamad, antiainesse suletud energia, kvargid, “mustad augud”, vaakum – need on vaid meie silme all kirjutatava stsenaariumi eredamad verstapostid, löögid, üksikud read. nimetatakse Tomorrow Energyks.

Kokkuvõttes võib järeldada, et alternatiivseid energiakasutuse vorme on lugematul hulgal eeldusel, et selleks tuleb välja töötada tõhusad ja säästlikud meetodid. Peaasi, et energiaarendus oleks õiges suunas läbi viidud.

Postitatud saidile Allbest.ru

Sarnased dokumendid

Klassikaliste energiaallikate tüübid. Peamised põhjused, mis viitavad alternatiivsetele energiaallikatele kiire ülemineku tähtsusele. Välk kui äikesetormide allikas. Eelised ja miinused, välguelektrijaama tööpõhimõte.

kursusetöö, lisatud 20.05.2016


Peamised alternatiivenergia liigid. Bioenergia, tuuleenergia, päikeseenergia, looded, ookeanid. Paljutõotavad viisid energia saamiseks. Hiina, India ja USA tuuleelektrijaamade kumulatiivne võimsus. Alternatiivse energia osakaal Venemaal.

esitlus, lisatud 25.05.2016


Tüüpilised energiaallikad. Kaasaegse energia probleemid. Alternatiivenergia eelisena saadud ja toodetud energia "puhtus". Juhised alternatiivsete energiaallikate arendamiseks. Vesinik kui energiaallikas, selle tootmismeetodid.

abstraktne, lisatud 30.05.2016


Geotermilise energia peamised eelised ja puudused. Geotermilise energia maailmapotentsiaal ja selle kasutamise väljavaated. Maasoojussüsteem, maasoojuselektrijaamade ehitus. Nõudlus geotermilise energia järele.

test, lisatud 31.10.2011


Geotermilise energia arengu ja maasoojusenergia muundamise ajalugu elektri- ja soojusenergiaks. Maasoojuselektrijaamades toodetud elektrienergia maksumus. Alternatiivse energia kasutamise väljavaated ja käitiste tõhusus.

abstraktne, lisatud 07.09.2008


Energia arengu ja olemasolu probleemid. Alternatiivsete energiaallikate liigid ja nende arendamine. Geotermilise energia allikad ja kasutamise meetodid. Maasoojuselektrijaama tööpõhimõte. GeoPP ja selle komponentide üldine skemaatiline diagramm.

kursusetöö, lisatud 06.05.2016


Alternatiivse energia tüpoloogia. Taastuvenergia Araabia riikides. Tuumaenergia ja selle varud araabia riikides. Üleminek alternatiivsete energiaallikate kasutamisele. Saavutatud tulemusi alternatiivenergia vallas.

test, lisatud 01.08.2017


Olemasolevad energiaallikad. Elektrijaamade tüübid. Energia arengu ja olemasolu probleemid. Ülevaade alternatiivsetest energiaallikatest. Loodete elektrijaamade konstruktsioon ja tööpõhimõte. Energiaarvestus. Tõhususe määramine.

kursusetöö, lisatud 23.04.2016


Põhiteave alternatiivenergia kohta. Vaakumkollektorite eelised ja puudused. Energiavarudest sõltuvuse vähendamine. Fookuskollektorite rakendamine. Keskkonnasõbraliku päikeseenergia kasutamise eelised.

abstraktne, lisatud 21.03.2015


Ülevaade kaasaegse energeetika arengust ja selle probleemidest. Alternatiivsete energiaallikate üldised omadused, nende kasutamise võimalused, eelised ja puudused. Hetkel kasutusel mittetraditsioonilise energia tootmise arendused.