Osmoottinen asema. Osmoottinen voimalaitos: vaihtoehtoinen energia merivedestä. Energiaa suolasta: enemmän etuja

Erityinen kalvo, joka päästää veden läpi, mutta ei suolamolekyylejä, on sijoitettu kahden säiliön väliin. Toiseen kaadetaan makeaa vettä ja toiseen suolaista vettä. Koska tällainen järjestelmä pyrkii tasapainoon, suolaisempi vesi näyttää vetävän makeaa vettä säiliöstä. Jos generaattori asetetaan kalvon eteen, ylipaine pyörittää sen siivet ja tuottaa sähköä.
Ajatuksen, kuten usein tapahtuu, ehdotti elävä luonto: samalla periaatteella siirretään aineita soluissa - samat osittain läpäisevät kalvot varmistavat solujen elastisuuden. Osmoottista painetta on käytetty jo pitkään menestyksekkäästi meriveden suolanpoistossa, mutta toistaiseksi sitä on käytetty ensimmäistä kertaa sähkön tuotantoon.
Tällä hetkellä prototyyppi tuottaa noin 1 kW energiaa. Lähitulevaisuudessa tämä luku voi nousta 2-4 kW:iin. Tuotannon kannattavuudesta puhumiseksi on tarpeen saada noin 5 kW:n tuotanto. Tämä on kuitenkin hyvin todellinen tehtävä. Vuoteen 2015 mennessä on tarkoitus rakentaa suuri 25 MW:n sähköasema, joka tulee toimittamaan 10 000 keskimääräistä kotitaloutta. Tulevaisuudessa IPS:n odotetaan kasvavan niin voimakkaaksi, että ne pystyvät tuottamaan 1 700 TW vuodessa, yhtä paljon kuin puolet Euroopasta tuottaa tällä hetkellä. Tällä hetkellä päätehtävänä on löytää tehokkaampia kalvoja.
Peli on ehdottomasti kynttilän arvoinen. Osmoottisten asemien edut ovat ilmeisiä. Ensinnäkin suolavesi (tavallinen merivesi soveltuu aseman toimintaan) on ehtymätön luonnonvara. Maan pinta on 94 % veden peitossa, josta 97 % on suolaista, joten polttoainetta tällaisille asemille löytyy aina. Toiseksi UES:n järjestäminen ei edellytä erityisten kohteiden rakentamista: olemassa olevien yritysten tai muiden toimistorakennusten käyttämättömät tilat sopivat. Lisäksi IPS voidaan asentaa jokien suulle, jossa makeaa vettä virtaa suolaiseen mereen tai valtamereen - eikä tässä tapauksessa tarvitse edes erikseen täyttää säiliöitä vedellä.

Makea vesi + merivesi = energialähde

Yleensä siellä, missä joki virtaa mereen, makea vesi yksinkertaisesti sekoittuu suolaveteen, eikä siellä ole painetta, joka voisi toimia energianlähteenä. Professori Klaus-Viktor Peinemann GKSS-tutkimuskeskuksen polymeeritutkimuksen instituutista Geesthachtin kaupungissa Pohjois-Saksassa nimeää olosuhteet, jotka ovat välttämättömiä osmoottisen paineen syntymiselle: "Jos merivesi ja makea vesi erotetaan suodattimella ennen sekoitus - erityinen kalvo, joka päästää veden läpi, mutta on suolaa läpäisemätön, niin liuosten taipumus termodynaamiseen tasapainoon ja pitoisuuksien tasaamiseen voidaan toteuttaa vain siksi, että vesi tunkeutuu suolaliuokseen ja suola älä päästä makeaan veteen."

Jos tämä tapahtuu suljetussa säiliössä, merivedestä syntyy ylimääräistä hydrostaattista painetta, jota kutsutaan osmoottiseksi paineeksi. Jotta voit käyttää sitä energiantuotantoon, joki virtaa mereen, sinun on asennettava suuri säiliö, jossa on kaksi kammiota, jotka on erotettu toisistaan ​​puoliläpäisevällä kalvolla, joka päästää veden läpi ja suola ei pääse kulkemaan kautta. Toinen kammio on täytetty suolavedellä, toinen makealla vedellä. "Siirryttävä osmoottinen paine voi olla erittäin korkea", korostaa professori Peineman. "Se saavuttaa noin 25 baaria, mikä vastaa 100 metrin korkeudesta putoavan vesiputouksen juurella olevaa vedenpainetta."

Näin korkeassa osmoottisessa paineessa oleva vesi syötetään generaattoriturbiiniin, joka tuottaa sähköä.

Tärkeintä on oikea kalvo

Vaikuttaa siltä, ​​​​että kaikki on yksinkertaista. Siksi ei ole yllättävää, että ajatus osmoosin käyttämisestä energialähteenä syntyi melkein puoli vuosisataa sitten. Mutta... "Yksi suurimmista esteistä tuolloin oli oikeanlaatuisten kalvojen puute", professori Peineman sanoo. "Kalvat olivat erittäin hitaita, joten osmoottisen sähkögeneraattorin hyötysuhde olisi hyvin alhainen. seuraavien 20-30 vuoden aikana tapahtui useita teknologisia läpimurtoja. Opimme Nykyään valmistamme erittäin ohuita kalvoja, mikä tarkoittaa, että niiden suorituskyky on kasvanut huomattavasti."
GKSS-tutkimuskeskuksen asiantuntijat osallistuivat merkittävästi juuri sen kalvon kehittämiseen, joka on nyt mahdollistanut osmoottisen energian tuotannon toteuttamisen käytännössä - vaikkakin vielä puhtaasti kokeellisena. Yksi kehittäjistä, Carsten Blicke, selittää: "Kalvon paksuus on noin 0,1 mikrometriä. Vertailun vuoksi: ihmisen hiuksen halkaisija on 50-100 mikrometriä. Tämä ohut kalvo lopulta erottaa meriveden makeasta."

On selvää, että tällainen ohut kalvo ei itsessään kestä suurta osmoottista painetta. Siksi sitä levitetään huokoiselle, sienimäiselle mutta erittäin kestävälle alustalle. Yleensä tällainen väliseinä näyttää kiiltävältä paperilta, ja sitä, että siinä on kalvo, on mahdotonta havaita paljaalla silmällä.

Valoisat näkymät

Koelaitoksen rakentamiseen vaadittiin useiden miljoonien eurojen investointi. Sijoittajia, jotka olivat valmiita ottamaan riskejä, vaikka ei heti, löytyi silti. Statkraft, yksi Norjan suurimmista energiayhtiöistä ja Euroopan johtava uusiutuvien energiavarojen käytössä, osallistui vapaaehtoisesti rahoittamaan innovatiivista hanketta. Professori Peineman muistelee: "He kuulivat tästä teknologiasta, olivat iloisia ja allekirjoittivat kanssamme yhteistyösopimuksen. Euroopan unioni myönsi 2 miljoonaa euroa tämän hankkeen toteuttamiseen, loput rahoittivat Statkraft ja monet muut yritykset. , mukaan lukien instituuttimme."

"Monet muut yritykset" ovat tutkimuskeskuksia Suomessa ja Portugalissa sekä norjalainen tutkimusyritys. Oslofjordiin Toften kaupungin lähelle rakennetun ja tänään vihittyjen pilottilaitos, jonka teho on 2–4 kilowattia, on suunniteltu testaamaan ja parantamaan innovatiivista tekniikkaa. Mutta Statkraftin johto luottaa siihen, että muutaman vuoden kuluttua se tulee osmoosin kaupalliseen käyttöön. Osmoottisen energiantuotannon globaaliksi kokonaispotentiaaliksi arvioidaan peräti 1600-1700 terawattituntia vuodessa – tämä on noin puolet koko Euroopan unionin energiankulutuksesta. Tällaisten laitosten tärkein etu on niiden ympäristöystävällisyys - ne eivät aiheuta melua eivätkä saastuta ilmakehää kasvihuonekaasupäästöillä. Lisäksi ne on helppo integroida olemassa olevaan infrastruktuuriin.

Ympäristöystävällisyys

Haluaisin erikseen huomauttaa tämän sähköntuotantomenetelmän ehdottoman ympäristöystävällisyyden. Ei jätettä, hapettavia säiliömateriaaleja, haitallisia höyryjä. IPS voidaan asentaa jopa kaupungin sisällä aiheuttamatta vahinkoa sen asukkaille.
IPS:n toiminta ei myöskään vaadi muita energialähteitä käynnistymään, eikä se ole riippuvainen ilmasto-olosuhteista. Kaikki tämä tekee IPS:stä lähes ihanteellisen tavan tuottaa sähköä.

Osmoosi-ilmiötä on käytetty teollisessa mittakaavassa yli 40 vuoden ajan. Vain tämä ei ole Abbot Nolletin klassinen eteenpäin suunnattu osmoosi, vaan niin kutsuttu käänteisosmoosi - keinotekoinen prosessi, jossa liuotinta tunkeutuu tiivisteestä laimeaan liuokseen luonnollisen osmoottisen paineen ylittävän paineen vaikutuksesta. Tätä tekniikkaa on käytetty suolanpoisto- ja puhdistuslaitoksissa 1970-luvun alusta lähtien. Suolainen merivesi pumpataan erityiselle kalvolle, ja sen huokosten läpi kulkeutuessaan siitä poistetaan merkittävä osa mineraalisuoloja sekä bakteereja ja jopa viruksia. Suolaisen tai saastuneen veden pumppaus vaatii suuria määriä energiaa, mutta peli on kynttilän arvoinen – planeetalla on monia alueita, joilla juomaveden puute on akuutti ongelma.

On vaikea uskoa, että pelkkä kahden liuoksen pitoisuuksien ero voi luoda vakavan voiman, mutta se on totta: osmoottinen paine voi nostaa meriveden pintaa 120 metriä.

Eri tieteelliset ryhmät ja yritykset ovat tehneet kokeita osmoottisen paineen muuntamiseksi sähköenergiaksi 1970-luvun alusta lähtien. Tämän prosessin periaate oli ilmeinen: kalvon huokosten läpi tunkeutuva tuoreen (joen) veden virtaus lisää painetta merivesisäiliössä, mikä mahdollistaa turbiinin pyörimisen. Murtovesi päästetään sitten mereen. Ainoa ongelma oli, että perinteiset kalvot PRO:lle (Pressure retarded osmosis) olivat liian kalliita, oikeita eivätkä tuottaneet vaadittua virtaustehoa. Asia sai alkunsa 1980-luvun lopulla, kun norjalaiset kemistit Thorleif Holt ja Thor Thorsen SINTEF-instituutista ottivat ratkaisun ongelmaan.

Kaavamaisissa kuvissa osmoottinen kalvo piirretään seinäksi. Itse asiassa se on rulla, joka on suljettu sylinterimäiseen runkoon. Sen monikerroksinen rakenne vuorottelee makean ja suolaisen veden kerroksia.

Loeb-kalvot vaativat kliinistä laatua huippusuorituskyvyn ylläpitämiseksi. Suolanpoistoaseman kalvomoduulin suunnittelu vaati ensisijaisen karkean suodattimen ja tehokkaan pumpun, joka poisti roskat kalvon työpinnalta.

Holt ja Thorsen analysoineet lupaavimpien materiaalien ominaisuudet valitsivat halvan muunnetun polyeteenin. Heidän julkaisunsa tieteellisissä aikakauslehdissä herättivät Statcraftin asiantuntijoiden huomion, ja norjalaiset kemistit kutsuttiin jatkamaan työtään energiayhtiön alaisuudessa. Vuonna 2001 Statcraftin kalvoohjelma sai valtion avustuksen. Saaduilla varoilla rakennettiin Sunndalsjoriin kokeellinen osmoottinen laitteisto testaamaan kalvonäytteitä ja testaamaan teknologiaa kokonaisuutena. Sen aktiivinen pinta-ala oli hieman yli 200 m2.

Ero makean ja meriveden suolaisuuden (tieteellisesti sanottuna suolaisuusgradientin) välillä on osmoottisen voimalaitoksen toiminnan perusperiaate. Mitä suurempi se on, sitä suurempi on kalvon tilavuus ja virtausnopeus ja siten hydrauliturbiinin tuottaman energian määrä. Toftissa makea vesi virtaa painovoiman avulla kalvolle, osmoosin seurauksena meriveden paine toisella puolella kasvaa jyrkästi. Osmoosin voima on valtava - paine voi nostaa meriveden pintaa 120 metriä.

Seuraavaksi syntynyt laimennettu merivesi syöksyy paineenjakajan kautta turbiinin siipille ja heitetään niille kaiken energiansa jälkeen mereen. Paineenjakaja ottaa osan virtausenergiasta pyörittämällä merivettä pumppaavia pumppuja. Tällä tavalla on mahdollista lisätä merkittävästi aseman tehokkuutta. Rick Stover, teknologiajohtaja Energy Recoverysta, joka valmistaa tällaisia ​​laitteita suolanpoistolaitoksiin, arvioi jakelijoiden energiansiirtotehokkuuden olevan lähes 98 %. Täsmälleen samat suolanpoistolaitteet auttavat toimittamaan juomavettä asuinrakennuksiin.

Kuten Skillhagen huomauttaa, ihannetapauksessa osmoottiset voimalaitokset tulisi yhdistää suolanpoistolaitoksiin - jälkimmäisessä jäännösmeriveden suolapitoisuus on 10 kertaa suurempi kuin luonnollinen taso. Tällaisessa tandemissa energiantuotannon tehokkuus kasvaa vähintään kaksinkertaiseksi.

Rakennustyöt Toftessa alkoivat syksyllä 2008. Sódra Cellin sellutehtaan tontilta vuokrattiin tyhjä varasto. Ensimmäiseen kerrokseen asennettiin verkko- ja kvartsisuodattimien kaskadi joki- ja meriveden puhdistamiseen, ja toisessa kerroksessa oli konehuone. Saman vuoden joulukuussa kalvomoduulit ja paineenjakaja nostettiin ja asennettiin. Helmikuussa 2009 ryhmä sukeltajia laski kaksi rinnakkaista putkilinjaa lahden pohjalle - makeaa ja merivettä varten.

Merivesi kerätään Toftissa 35-50 metrin syvyyksistä - tässä kerroksessa sen suolapitoisuus on optimaalinen. Lisäksi se on siellä paljon puhtaampaa kuin pinnalla. Mutta tästä huolimatta aseman kalvot vaativat säännöllistä puhdistusta mikrohuokosia tukkivien orgaanisten jäämien poistamiseksi.

Huhtikuusta 2009 lähtien voimalaitos on ollut koekäytössä, ja marraskuussa se otettiin käyttöön prinsessa Mette-Maritin kevyellä kädellä. Skillhagen vakuuttaa, että Toften jälkeen Statcraftilla on muita samanlaisia, mutta edistyneempiä projekteja. Eikä vain Norjassa. Hänen mukaansa jalkapallokentän kokoinen maanalainen kompleksi pystyy syöttämään sähköä keskeytyksettä koko kaupunkiin, jossa on 15 000 yksittäistä kotia. Lisäksi, toisin kuin tuuliturbiinit, tällainen osmoottinen asennus on käytännössä äänetön, ei muuta tuttua maisemaa eikä vaikuta ihmisten terveyteen. Ja luonto itse huolehtii suola- ja makean veden varojen täydentämisestä.

Toistaiseksi maailmassa on vain yksi toimiva prototyyppi osmoottisesta voimalaitoksesta. Mutta tulevaisuudessa niitä tulee olemaan satoja.

Osmoottisen voimalaitoksen toimintaperiaate

Voimalaitoksen toiminta perustuu osmoottiseen vaikutukseen, joka on erityisesti suunniteltujen kalvojen ominaisuus päästää vain tietyt hiukkaset läpi. Asennetaan esimerkiksi kalvo kahden astian väliin ja kaadetaan tislattua vettä toiseen ja suolaliuosta toiseen. Vesimolekyylit kulkevat kalvon läpi vapaasti, mutta suolahiukkaset eivät. Ja koska tällaisessa tilanteessa nesteet pyrkivät tasapainottumaan, pian makea vesi leviää painovoiman vaikutuksesta molempiin astioihin.

Jos ero liuosten koostumuksessa on erittäin suuri, nesteen virtaus kalvon läpi on melko voimakasta. Asettamalla hydrauliturbiinin sen tielle voidaan tuottaa sähköä. Tämä on osmoottisen voimalaitoksen yksinkertaisin rakenne. Tällä hetkellä optimaaliset raaka-aineet sille ovat suolainen merivesi ja makea jokivesi - uusiutuvat energialähteet.

Tämäntyyppinen kokeellinen voimalaitos rakennettiin vuonna 2009 Norjan Oslon kaupungin lähelle. Sen tuottavuus on alhainen - 4 kW tai 1 W per 1 neliömetriä. kalvot. Lähitulevaisuudessa tämä luku nostetaan 5 W:iin 1 neliömetriä kohti. Vuoteen 2015 mennessä norjalaiset aikovat rakentaa kaupallisen osmoottisen voimalaitoksen, jonka teho on noin 25 MW.

Tämän energialähteen käyttömahdollisuudet

IPS:n tärkein etu muihin voimalaitoksiin verrattuna on sen erittäin halpojen raaka-aineiden käyttö. Itse asiassa se on ilmainen, koska 92-93% planeetan pinnasta on suolaisen veden peitossa ja makeaa vettä on helppo saada samalla osmoottisen paineen menetelmällä toisessa asennuksessa. Asentamalla voimalaitoksen mereen laskevan joen suulle, kaikki raaka-aineiden saantiin liittyvät ongelmat voidaan ratkaista yhdellä iskulla. Ilmasto-olosuhteet IPS:n toiminnalle eivät ole tärkeitä - niin kauan kuin vesi virtaa, asennus toimii.

Tässä tapauksessa myrkyllisiä aineita ei synny - ulostulossa muodostuu sama suolavesi. IPS on ehdottoman ympäristöystävällinen ja se voidaan asentaa asuinalueiden läheisyyteen. Voimalaitos ei vahingoita luontoa, eikä sen rakentamista varten tarvitse tukkia jokia padoilla, kuten vesivoimaloissa. Ja voimalaitoksen alhainen hyötysuhde kompensoituu helposti tällaisten laitosten massiivisella mittakaavalla.

Otsikossa ei ole virhettä, ei "avaruudesta", vaan nimenomaan "osmoosista"

Joka päivä olemme vakuuttuneita siitä, että ympärillämme on paljon odottamattomimpia uusiutuvan energian lähteitä. Auringon, tuulen, virtausten ja vuorovesien lisäksi sähköntuotantoon voidaan käyttää suolalla - tai pikemminkin sen tuottaman makean ja meriveden välisen eron - toimivia generaattoreita. Tätä eroa kutsutaan suolaisuusgradientiksi, ja osmoosiilmiön ansiosta sillä voidaan saada aikaan ylimääräinen nestepaine, joka muunnetaan sähköksi tavanomaisilla turbiineilla.

On olemassa useita tunnettuja tapoja muuttaa suolaisuusgradientin energia sähköksi. Tänä päivänä lupaavin on muunnos osmoosilla, minkä vuoksi suolaisuusgradientin energiaa kutsutaan usein osmoosienergiaksi. Mutta muut tavat muuntaa suolaisuusgradientin energiaa ovat pohjimmiltaan mahdollisia.

Osmoosi-ilmiö on seuraava. Jos otat puoliläpäisevän kalvon (kalvon) ja asetat sen väliseinään mihin tahansa astiaan makean ja suolaisen veden väliin, silloin osmoottiset voimat alkavat pumpata makeaa vettä suolaveteen. Makeavesimolekyylit kulkevat erotuskalvon läpi suolavedellä täytettyyn astian toiseen puoliskoon, ja kalvo ei päästä suolamolekyylejä ensimmäiseen puoliskoon makean veden kanssa. Tämän ominaisuuden vuoksi kalvoa kutsutaan puoliläpäiseväksi. Tämän prosessin aikana vapautuva energia ilmenee lisääntyneenä paineena, joka syntyy astian osassa, jossa on suolavettä. Tämä on osmoottinen paine (kutsutaan joskus osmoottiseksi vesiputoukseksi). Osmoottisen paineen maksimiarvo on liuoksen (eli suolaisen veden) ja liuottimen (ts. makean veden) välinen paine-ero, jossa osmoosi pysähtyy, mikä johtuu yhtäläisten paineiden muodostumisesta puoliläpäisevän kalvon molemmille puolille. . Tästä aiheutuva kohonnut paine astian suolavedessä tasapainottaa osmoottisia voimia, jotka pakottivat makean veden molekyylit puoliläpäisevän kalvon läpi suolaveteen.

Osmoosi-ilmiö on ollut tiedossa pitkään. Sen havaitsi ensimmäisenä A. Podlo vuonna 1748, mutta yksityiskohtainen tutkimus alkoi yli vuosisataa myöhemmin. Vuonna 1877 W. Pfeffer mittasi ensimmäisen kerran osmoottisen paineen tutkiessaan ruokosokerin vesiliuoksia. Vuonna 1887 Van't Hoff perusti Pfefferin kokeiden tietojen perusteella lain, joka määrittää osmoottisen paineen liuenneen aineen pitoisuudesta ja lämpötilasta riippuen. Hän osoitti, että liuoksen osmoottinen paine on numeerisesti yhtä suuri kuin paine, jonka liuenneen aineen molekyylit aiheuttaisivat, jos ne olisivat kaasumaisessa tilassa samassa lämpötilassa ja pitoisuudessa.

Osmoottisen energian saamiseksi on oltava lähde, jonka suolapitoisuus on alhainen, lähellä enemmän tai vähemmän väkevää liuosta. Maailman valtameren olosuhteissa tällaisia ​​lähteitä ovat siihen virtaavien jokien suut.

Osmoottisesta paineesta laskettu suolaisuusgradienttienergia ei ole Carnotin sykliin liittyvien tehokkuusrajoitusten alainen; Tämä on yksi tämäntyyppisen energian positiivisista piirteistä. Kysymys kuuluu, kuinka se parhaiten muuntaa sähköksi.

Norjassa avattiin äskettäin maailman ensimmäinen osmoosiilmiötä sähköntuotantoon käyttävä voimalaitos. Voimalaitoksen nykyinen prototyyppi, joka käyttää toiminnassaan vain suolaa ja makeaa vettä, tuottaa 2-4 kilowattia, mutta tulevaisuudessa tämä määrä kasvaa merkittävästi.Norjalaisen Statkraftin rakentama asema käyttää energian tuottamiseen Osmoosi-ilmiö, eli liuosten liikkuminen kalvon läpi puolelle korkeampaa suolapitoisuutta. Koska suolojen pitoisuus tavallisessa merivedessä on korkeampi kuin makeassa vedessä, kalvolla erotetun makean ja suolaisen veden väliin kehittyy osmoosiilmiö, ja vesivirran liike saa turbiinin toimimaan ja tuottamaan energiaa. jo lanseeratusta prototyypistä on pieni ja kahdesta neljään kilowattituntia. Kuten projektipäällikkö Stein Eric Skilhagen selitti, yrityksellä ei ollut tavoitetta rakentaa välittömästi teollisen mittakaavan voimalaitos, vaan tärkeämpää oli osoittaa, että tätä teknologiaa voidaan periaatteessa käyttää energia-alalla. Ympäristöliikkeiden aktivistit ehdottivat ensimmäisen kerran osmoosiilmiön käyttöä sähkön tuottamiseen jo vuonna 1992, toteaa Statkraftin verkkosivusto. Insinöörien laskelmien mukaan nykyään on mahdollista rakentaa osmoottinen voimalaitos, jonka teho on 1700 kilowattia tunnissa. Samaan aikaan, toisin kuin muilla vaihtoehtoisia energialähteitä - aurinkoa tai tuulta - käyttävillä asemilla, säällä ei ole vaikutusta aseman toimintatapaan. Olemassa olevan prototyypin teho riittää tuottamaan sähköä vain kahvinkeittimeen, mutta vuoteen 2015 mennessä Statkraft toivoo rakentavansa voimalaitoksen, joka toimittaa sähköä 10 tuhannen yksityiskodin kylään.

Edessä olevien haasteiden joukossa on energiatehokkaampien kalvojen etsiminen. Hurumin asemalla 60 km Oslosta etelään käytettävien osalta tämä luku on 1 W/m2. Jonkin ajan kuluttua Statkraft lisää tehoa 2-3 W:iin, mutta kannattavan tason saavuttamiseksi on saavutettava 5 W.

Lähetä hyvä työsi tietokanta on yksinkertainen. Käytä alla olevaa lomaketta

Opiskelijat, jatko-opiskelijat, nuoret tutkijat, jotka käyttävät tietopohjaa opinnoissaan ja työssään, ovat sinulle erittäin kiitollisia.

Lähetetty http://www.allbest.ru/

Ylläpito

Vaihtoehtoisen energian pääsuunta on vaihtoehtoisten (ei-perinteisten) energialähteiden etsiminen ja käyttö. Energialähteet ovat "luonnollisesti esiintyviä aineita ja prosesseja, joiden avulla ihminen voi saada olemassaoloon tarvittavan energian". Vaihtoehtoinen energialähde on uusiutuva luonnonvara, joka korvaa perinteiset öljyllä, tuotetulla maakaasulla ja hiilellä toimivat energialähteet, jotka palaessaan vapauttavat ilmakehään hiilidioksidia, mikä edistää kasvihuoneilmiön kasvua ja ilmaston lämpenemistä. Syynä vaihtoehtoisten energialähteiden etsimiseen on tarve saada sitä uusiutuvien tai käytännössä ehtymättömien luonnonvarojen ja ilmiöiden energiasta. Myös ympäristöystävällisyys ja kustannustehokkuus voidaan ottaa huomioon.

Vuonna 2010 vaihtoehtoisen energian (ei sisällä vesivoimaa) osuus kaikesta ihmiskunnan kuluttamasta energiasta oli 4,9 %. Sisältää lämmityksen ja vedenlämmityksen (biomassa, aurinko- ja maalämpövesilämmitys ja -lämmitys) 3,3 %; biopolttoaine 0,7 %; sähköntuotanto (tuuli-, aurinko-, geoterminen voimalaitokset ja biomassa lämpövoimalassa) 0,9 % Uusiutuvien (vaihtoehtoisten) energialähteiden osuus maailman sähköntuotannosta on vain noin 5 % vuonna 2010. Toukokuussa 2009 Yhdysvalloissa 13 % sähköstä oli tuotetaan uusiutuvista energialähteistä. Sähköstä 9,4 % tuotettiin vesivoimalaitoksilla, noin 1,8 % tuulivoimalla, 1,3 % biomassalla, 0,4 % geotermisillä lähteillä ja 0,3 % aurinkoenergialla. Australiassa vuonna 2009 8 % sähköstä tuotettiin uusiutuvista lähteistä.

Nykyään energia-ihmiset tarvitsevat yhä enemmän energiaa, kun he keksivät yhä enemmän uusia energiaa vaativia keksintöjä.

Energia sai alkunsa miljoonia vuosia sitten, kun ihmiset oppivat tekemään tulta: metsästivät tulella, saivat valoa ja lämpöä, ja se toimi ilon ja optimismin lähteenä useiden vuosien ajan. Puhun esseessäni mahdollisesta ympäristöystävällisestä energianlähteestä, jota ihmiset eivät saastuttaisi ympäröivää maailmaa.

1. Perustelut

Miksi valitsen osmoottisen voimalaitoksen vaihtoehtoiseksi energiantuotantomuodoksi?

Tärkein etu on sen ympäristöystävällisyys - ei ole melua eikä saastuta ilmakehää kasvihuonekaasupäästöillä; - tarjotaan jatkuva uusiutuva energialähde pienin kausivaihteluin; - olemassa oleva infrastruktuuri on helppo toteuttaa; Osmoottista voimalaitosta voidaan käyttää vain suistoissa, joissa makea vesi virtaa suolaveteen. Osmoosi-ilmiö on laajalle levinnyt luonnossa, jolloin kasvit voivat imeä kosteutta lehtiensä kautta, ja sitä käytetään yleisesti suolanpoistoprosessissa.

2. Käytön tehokkuus

Osmoottinen voimalaitos on nestediffuusio (osmoosi) periaatteeseen perustuva kiinteä voimalaitos.

Maailman ensimmäisen ja tällä hetkellä ainoan osmoottisen voimalaitoksen rakensi Statkraft norjalaiseen Toften kaupunkiin, sellu- ja paperitehtaan "Södra Cell Tofte" alueelle. Voimalan rakentaminen maksoi 20 miljoonaa dollaria, ja se sisälsi 10 vuotta tutkimusta ja teknologian kehittämistä. Tämä voimalaitos tuottaa edelleen hyvin vähän energiaa: noin 2-4 kilowattia. Myöhemmin energiantuotannon on tarkoitus nostaa 10 kilowattiin.

Tällä hetkellä voimalaitos on kokeellinen, mutta jos testit saadaan onnistuneesti päätökseen, asema otetaan kaupalliseen käyttöön.

Vaikuttaa siltä, ​​​​että kaikki on yksinkertaista. Siksi ei ole yllättävää, että ajatus osmoosin käyttämisestä energialähteenä syntyi melkein puoli vuosisataa sitten. Mutta... "Yksi suurimmista esteistä oli oikeanlaatuisten kalvojen puute", professori Payneman sanoi tästä. "Membraanit olivat erittäin hitaita, joten osmoottisen sähkögeneraattorin hyötysuhde olisi hyvin alhainen. Seuraavan 20-30 vuoden aikana tapahtui useita teknologisia läpimurtoja. Olemme oppineet tänään valmistamaan erittäin ohuita kalvoja, mikä tarkoittaa, että niiden suorituskyky on kasvanut merkittävästi." GKSS-tutkimuskeskuksen asiantuntijat osallistuivat merkittävästi juuri sen kalvon kehittämiseen, joka on nyt mahdollistanut osmoottisen energian tuotannon toteuttamisen käytännössä - vaikkakin vielä puhtaasti kokeellisena. Ja tästä seuraa, että tämän energian tehokkuus, vaikka se on pieni, kompensoituu helposti tällaisten laitosten massiivisella mittakaavalla.

osmoottinen voimalaitos vaihtoehtoinen energia

3. Teknologiat

Joten missä joet virtaavat meriin ja valtameriin, naapurustossamme on valtavat makean ja suolaisen veden lähteet - tämä on ihanteellinen paikka osmoottisten voimaloiden rakentamiseen. Miten saada energiaa? Yksinkertaisin tapa on laittaa vesi säiliöön, joka on jaettu kahteen osastoon puoliläpäisevällä kalvolla.

Merivesi syötetään yhteen osastoon ja makea vesi toiseen. Meren ja makean veden erilaisten suolojen pitoisuuksien vuoksi tuoreosastosta peräisin olevat vesimolekyylit, jotka yrittävät tasoittaa suolapitoisuutta, kulkeutuvat kalvon läpi meriosastoon. Tämän prosessin seurauksena merivesiosastoon muodostuu ylipainetta, jota käytetään puolestaan ​​sähköä tuottavan hydrauliturbiinin pyörittämiseen.

On myös tarpeen korostaa osmaattisen sähkön etuja ja haittoja.

Edut:

Toisin kuin tuuli ja aurinko, ne tarjoavat jatkuvan uusiutuvan energian lähteen vähäisellä vuodenaikojen vaihtelulla.

Kasvihuoneilmiötä ei ole.

Virheet:

Nykyisen kalvon ilmaisin on 1 W/mI. Mittari, joka tekee asemista kannattavia, on 5 W/m². Maailmassa on useita samankaltaisia ​​kalvoja valmistavia yrityksiä (General Electric, Dow Chemical, Hydranautics, Toray Industries), mutta osmoottisen aseman laitteiden on oltava paljon ohuempia kuin nykyisin valmistetut.

Osmoottista voimalaitosta voidaan käyttää vain suistoissa, joissa makea vesi virtaa suolaveteen.

4. Näkymät

IPS:n tärkein etu muihin voimalaitoksiin verrattuna on sen erittäin halpojen raaka-aineiden käyttö. Itse asiassa se on ilmainen, koska 92-93% planeetan pinnasta on suolaisen veden peitossa ja makeaa vettä on helppo saada samalla osmoottisen paineen menetelmällä toisessa asennuksessa. Asentamalla voimalaitoksen mereen laskevan joen suulle, kaikki raaka-aineiden saantiin liittyvät ongelmat voidaan ratkaista yhdellä iskulla. Ilmasto-olosuhteet IPS:n toiminnalle eivät ole tärkeitä - niin kauan kuin vesi virtaa, asennus toimii.

Tässä tapauksessa myrkyllisiä aineita ei synny - ulostulossa muodostuu sama suolavesi. IPS on ehdottoman ympäristöystävällinen ja se voidaan asentaa asuinalueiden läheisyyteen. Voimalaitos ei vahingoita luontoa, eikä sen rakentamista varten tarvitse tukkia jokia padoilla, kuten vesivoimaloissa.

Käyttömahdollisuudet Venäjällä. Joet ovat Venäjän vesirahaston perusta. Noin 12% maa-alasta miehittävä Venäjä erottuu hyvin kehittyneestä jokiverkostosta sekä ainutlaatuisesta vesirannikosta, jonka pituus on noin 60 tuhatta km. Venäjän joet kuuluvat kolmen valtameren altaisiin: arktiseen, Tyynenmereen ja Atlantin valtamereen. Siten Venäjällä on valtava potentiaali osmoottisen energian kehittämisessä, kiinnostus tätä uusiutuvaa energiaa kohtaan kasvaa, ja tutkijat ympäri maailmaa yhdistävät voimansa kehittääkseen sitä.

Kanadalainen Hydro-Québec, maailman suurin vesivoiman tuottaja, tekee yhteistyötä Statkraftin kanssa PRO-teknologian seuraavan vaiheen tutkimuksessa. Lisäksi se tutkii mahdollisuutta luoda osmoottisia asemia Kanadan rannikolle.

Japanissa Tokion teknologiainstituutti on avannut tutkimuskeskuksen osmoottisen energian tutkimukseen. Hänen työntekijöidensä mukaan Japanin jokien energiapotentiaali - jos se toteutetaan rakentamalla osmoottisia asemia, joissa joet virtaavat mereen - mahdollistaa 5-6 ydinvoimalan korvaamisen.

Johtopäätös

Energian rooli sivilisaation ylläpidossa ja kehittämisessä on erittäin suuri. Nyky-yhteiskunnassa on vaikea löytää vähintään yhtä ihmisen toiminnan aluetta, joka ei vaatisi - suoraan tai epäsuorasti - enemmän energiaa kuin ihmisen lihakset pystyvät tarjoamaan. Energiankulutus on tärkeä elintason mittari. Noihin aikoihin, kun ihminen sai ruokaa keräämällä metsähedelmiä ja metsästämällä eläimiä, hän tarvitsi noin 8 MJ energiaa päivässä. Tulipalon hallitsemisen jälkeen tämä arvo nousi 16 MJ:iin: primitiivisessä maatalousyhteiskunnassa se oli 50 MJ ja kehittyneemmässä - 100 MJ.

Sivilisaation kehitysprosessissa perinteiset energialähteet korvattiin monta kertaa uusilla, edistyneemmillä, ei siksi, että vanha lähde olisi loppunut.

Tehokkain energialähde on ydinvoima - energian johtaja. Uraanivarat eivät ole niin suuria hiilivaroihin verrattuna. Mutta painoyksikköä kohti se sisältää miljoonia kertoja enemmän energiaa kuin hiili. Ydinvoimalaitoksella sähköä tuottaessa uskotaan, että rahaa ja työvoimaa on käytettävä satatuhatta kertaa vähemmän kuin energiaa otettaessa kivihiilestä. Ja ydinpolttoaine korvaa öljyn ja hiilen... Näin on aina ollut: seuraava energialähde oli myös tehokkaampi. Se oli niin sanotusti "militantti" energialinja. Tulevaisuudessa energian intensiivisen kehityksen myötä ilmaan tulee hajallaan olevia energialähteitä, jotka eivät ole liian tehokkaita, mutta korkeatehoisia, ympäristöystävällisiä ja helppokäyttöisiä. Esimerkiksi nopea aloitus sähkökemialliseen energiaan, jota myöhemmin ilmeisesti täydennetään aurinkoenergialla. Energia kerää, imeytyy ja imee nopeasti kaikki uusimmat ideat, keksinnöt ja tieteelliset saavutukset. Tämä on ymmärrettävää: energia liittyy kirjaimellisesti kaikkeen, ja kaikki vetää energiaa ja riippuu siitä. Siksi energiakemia, vetyenergia, avaruusvoimalat, antimateriaan sinetöity energia, kvarkit, "mustat aukot", tyhjiö - nämä ovat vain kirkkaimpia virstanpylväitä, vetoja, yksittäisiä linjoja skenaariosta, jota kirjoitetaan silmiemme edessä ja jotka voivat kutsutaan Tomorrow Energyksi.

Yhteenvetona voidaan todeta, että vaihtoehtoisia energiankäyttömuotoja on lukemattomia edellyttäen, että tähän tarkoitukseen on kehitettävä tehokkaita ja taloudellisia menetelmiä. Pääasia on viedä energiakehitys oikeaan suuntaan.

Lähetetty osoitteessa Allbest.ru

Samanlaisia ​​asiakirjoja

Klassisten energialähteiden tyypit. Tärkeimmät syyt osoittavat nopean siirtymisen tärkeyden vaihtoehtoisiin energialähteisiin. Salama ukkosmyrskyjen lähteenä. Edut ja haitat, salamavoimalan toimintaperiaate.

kurssityö, lisätty 20.5.2016


Vaihtoehtoisen energian päätyypit. Bioenergia, tuulienergia, aurinkoenergia, vuorovesi, valtameret. Lupaavia tapoja saada energiaa. Tuulivoimaloiden kumulatiivinen kapasiteetti Kiinassa, Intiassa ja Yhdysvalloissa. Vaihtoehtoisen energian osuus Venäjällä.

esitys, lisätty 25.5.2016


Tyypillisiä energianlähteitä. Nykyajan energian ongelmat. Vaihtoehtoisen energian etuna vastaanotetun ja tuotetun energian "puhtaus". Ohjeet vaihtoehtoisten energialähteiden kehittämiseen. Vety energianlähteenä, sen tuotantomenetelmät.

tiivistelmä, lisätty 30.5.2016


Geotermisen energian tärkeimmät edut ja haitat. Geotermisen energian maailmanpotentiaali ja sen käyttömahdollisuudet. Maalämpöjärjestelmä, maalämpövoimaloiden rakentaminen. Geotermisen energian kysyntä.

testi, lisätty 31.10.2011


Geotermisen energian kehityksen ja geotermisen energian muuntamisen sähkö- ja lämpöenergiaksi historia. Geotermisten voimaloiden tuottaman sähkön hinta. Vaihtoehtoisen energian käytön näkymät ja laitosten tehokkuus.

tiivistelmä, lisätty 7.9.2008


Energian kehityksen ja olemassaolon ongelmat. Vaihtoehtoisten energialähteiden tyypit ja niiden kehitys. Geotermisen energian lähteet ja käyttötavat. Maalämpövoimalaitoksen toimintaperiaate. Yleinen kaavio GeoPP:stä ja sen komponenteista.

kurssityö, lisätty 6.5.2016


Vaihtoehtoisen energian typologia. Uusiutuva energia arabimaissa. Ydinenergia ja sen varat arabimaissa. Siirtyminen vaihtoehtoisten energialähteiden käyttöön. Saavutettuja tuloksia vaihtoehtoisen energian alalla.

testi, lisätty 1.8.2017


Olemassa olevat energialähteet. Voimalaitostyypit. Energian kehityksen ja olemassaolon ongelmat. Katsaus vaihtoehtoisista energialähteistä. Vuorovesivoimaloiden suunnittelu ja toimintaperiaate. Energialaskenta. Tehokkuuden määrittäminen.

kurssityö, lisätty 23.4.2016


Perustietoa vaihtoehtoisesta energiasta. Tyhjiöjakotukkien edut ja haitat. Vähentää riippuvuutta energiahuollosta. Tarkennuskeräinten käyttö. Ympäristöystävällisen aurinkoenergian käytön edut.

tiivistelmä, lisätty 21.3.2015


Katsaus nykyajan energian kehitykseen ja sen ongelmiin. Vaihtoehtoisten energialähteiden yleiset ominaisuudet, niiden käyttömahdollisuudet, edut ja haitat. Epäperinteiseen energiantuotantoon tällä hetkellä käytetty kehitys.