Osmosinė stotis. Osmosinė jėgainė: alternatyvi energija iš jūros vandens. Energija iš druskos: daugiau privalumų

Tarp dviejų rezervuarų yra speciali membrana, kuri leidžia vandeniui, bet ne druskos molekulėms. Į vieną jų pilamas gėlas vanduo, į kitą – sūrus. Kadangi tokia sistema siekia pusiausvyros, atrodo, kad sūresnis vanduo ištraukia gėlą vandenį iš rezervuaro. Jei generatorius yra pastatytas prieš membraną, perteklinis slėgis suksis jo ašmenis ir generuos elektros energiją.
Idėją, kaip dažnai nutinka, pasiūlė gyvoji gamta: tuo pačiu principu ląstelėse pernešamos medžiagos – tos pačios dalinai pralaidžios membranos užtikrina ląstelių elastingumą. Osmosinį slėgį žmonės jau seniai sėkmingai naudojo jūros vandens gėlinimui, tačiau iki šiol jis pirmą kartą buvo panaudotas elektros gamybai.
Šiuo metu prototipas pagamina apie 1 kW energijos. Artimiausiu metu šis skaičius gali padidėti iki 2-4 kW. Norint kalbėti apie gamybos pelningumą, reikia gauti apie 5 kW produkciją. Tačiau tai labai reali užduotis. Iki 2015 metų planuojama pastatyti didelę 25 MW galios stotį, kuri aprūpins 10 000 vidutinių namų ūkių. Ateityje tikimasi, kad IPS taps toks galingas, kad per metus galės pagaminti 1700 TW, tiek, kiek šiuo metu gamina pusė Europos. Pagrindinis uždavinys šiuo metu – rasti efektyvesnes membranas.
Žaidimas tikrai vertas žvakės. Osmosinių stočių privalumai yra akivaizdūs. Pirma, sūrus vanduo (paprastas jūros vanduo yra tinkamas stoties veiklai) yra neišsenkantis gamtos išteklius. Žemės paviršius 94% padengtas vandeniu, kurio 97% yra sūrus, todėl kuro tokioms stotims visada atsiras. Antra, UES organizavimui nereikia statyti specialių aikštelių: tinka bet kokios nenaudojamos esamų įmonių patalpos ar kiti biurų pastatai. Be to, IPS galima įrengti prie upių žiočių, kur gėlas vanduo teka į druskingą jūrą ar vandenyną – ir tokiu atveju net nereikia specialiai pripildyti rezervuarų vandeniu.

Gėlas vanduo + jūros vanduo = energijos šaltinis

Paprastai ten, kur upė įteka į jūrą, gėlas vanduo tiesiog susimaišo su sūriu vandeniu ir ten nėra slėgio, kuris galėtų pasitarnauti kaip energijos šaltinis. Profesorius Klausas-Viktoras Peinemannas iš Polimerų tyrimų instituto GKSS tyrimų centre Geesthachto miestelyje Šiaurės Vokietijoje įvardija sąlygas, kurios yra būtinos osmosiniam slėgiui atsirasti: „Jei jūros vanduo ir gėlas vanduo atskiriami filtru prieš maišymas - speciali membrana, kuri praleidžia vandenį, bet yra nepralaidi druskai, tada tirpalų polinkis į termodinaminę pusiausvyrą ir koncentracijų išlyginimas gali būti realizuojamas tik dėl to, kad vanduo prasiskverbs į druskos tirpalą, o druska nepatekti į gėlą vandenį“.

Jei taip atsitinka uždaroje talpykloje, iš jūros vandens susidaro perteklinis hidrostatinis slėgis, vadinamas osmosiniu slėgiu. Norint jį panaudoti energijos gamybai, toje vietoje, kur upė įteka į jūrą, reikia įrengti didelę talpyklą su dviem kameromis, atskirtomis viena nuo kitos pusiau pralaidžia membrana, leidžiančia vandeniui praeiti, o druskai nepratekėti. per. Viena kamera užpildyta sūriu vandeniu, kita - gėlu vandeniu. „Susidarantis osmosinis slėgis gali būti labai didelis, – pabrėžia profesorius Peinemanas. – Jis siekia maždaug 25 barus, o tai atitinka vandens slėgį krioklio papėdėje, krintančio iš 100 metrų aukščio.

Tokio didelio osmosinio slėgio vanduo tiekiamas į generatoriaus turbiną, kuri gamina elektrą.

Svarbiausia yra tinkama membrana

Atrodytų, viskas paprasta. Todėl nenuostabu, kad idėja naudoti osmosą kaip energijos šaltinį kilo beveik prieš pusę amžiaus. Tačiau... „Viena iš pagrindinių kliūčių tuo metu buvo tinkamos kokybės membranų trūkumas, – sako profesorius Peinemanas. – Membranos buvo itin lėtos, todėl osmosinio elektros generatoriaus efektyvumas būtų labai žemas. per ateinančius 20-30 metų įvyko keli technologiniai proveržiai. Sužinojome Šiandien gaminame itin plonas membranas, o tai reiškia, kad jų pralaidumas tapo žymiai didesnis."
GKSS tyrimų centro specialistai svariai prisidėjo kuriant pačią membraną, kuri dabar leido praktiškai įgyvendinti osmosinę energijos gamybą, nors ir vis dar grynai eksperimentinę. Vienas iš kūrėjų Carstenas Blicke'as aiškina: "Membranos storis yra apie 0,1 mikrometro. Palyginimui, žmogaus plauko skersmuo yra nuo 50 iki 100 mikrometrų. Būtent ši plona plėvelė galiausiai atskiria jūros vandenį nuo gėlo."

Akivaizdu, kad tokia plona membrana pati negali atlaikyti didelio osmosinio slėgio. Todėl jis tepamas ant porėto, kempinę primenančio, bet itin patvaraus pagrindo. Apskritai tokia pertvara atrodo kaip blizgus popierius, o to, kad ant jos yra plėvelė, neįmanoma pastebėti plika akimi.

Ryškios perspektyvos

Bandomosios gamyklos statybai prireikė kelių milijonų eurų investicijų. Investuotojų, kurie buvo pasirengę rizikuoti, nors ir ne iš karto, bet vis tiek buvo rasti. Viena didžiausių Norvegijos energetikos įmonių ir Europos lyderė atsinaujinančių energijos išteklių naudojimo srityje „Statkraft“ savanoriškai finansavo novatorišką projektą. Profesorius Peinemanas prisimena: „Jie išgirdo apie šią technologiją, apsidžiaugė ir pasirašė su mumis bendradarbiavimo sutartį, Europos Sąjunga šiam projektui įgyvendinti skyrė 2 mln. eurų, likusias lėšas skyrė Statkraft ir nemažai kitų įmonių , įskaitant mūsų institutą.

„Kitos įmonės“ yra tyrimų centrai Suomijoje ir Portugalijoje, taip pat Norvegijos tyrimų įmonė. Bandomoji 2–4 kilovatų galios gamykla, pastatyta Oslofjorde netoli Tofte miesto ir šiandien atidaryta, skirta išbandyti ir tobulinti naujovišką technologiją. Tačiau „Statkraft“ vadovybė įsitikinusi, kad po kelerių metų ji pradės naudoti osmosą komerciniais tikslais. O bendras pasaulinis osmosinės energijos gamybos potencialas vertinamas ne mažiau kaip 1600-1700 teravatvalandžių per metus – tai yra maždaug pusė visos Europos Sąjungos energijos suvartojimo. Svarbiausias tokių įrenginių privalumas yra ekologiškumas – jie nekelia triukšmo ir neteršia atmosferos šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijomis. Be to, juos lengva integruoti į esamą infrastruktūrą.

Ekologiškumas

Atskirai norėčiau atkreipti dėmesį į absoliutų šio elektros gamybos būdo ekologiškumą. Jokių atliekų, oksiduojančių bako medžiagų, kenksmingų garų. IPS gali būti įdiegtas net mieste, nedarant žalos jo gyventojams.
Taip pat IPS veikimui pradėti nereikia kitų energijos šaltinių ir jis nepriklauso nuo klimato sąlygų. Dėl viso to IPS yra beveik idealus būdas gaminti elektrą.

Osmoso reiškinys pramoniniu mastu naudojamas daugiau nei 40 metų. Tik tai ne klasikinis priekinis Abbot Nollet osmosas, o vadinamasis atvirkštinis osmozė – dirbtinis tirpiklio prasiskverbimo iš koncentrato į praskiestą tirpalą procesas veikiant slėgiui, viršijančiam natūralų osmosinį slėgį. Ši technologija buvo naudojama gėlinimo ir valymo įrenginiuose nuo aštuntojo dešimtmečio pradžios. Sūrus jūros vanduo pumpuojamas ant specialios membranos ir, prasiskverbdamas per jo poras, netenka nemažos dalies mineralinių druskų, taip pat bakterijų ir net virusų. Siurbiant sūrų ar užterštą vandenį reikia daug energijos, tačiau žaidimas vertas žvakės – planetoje yra daug regionų, kur geriamojo vandens trūkumas yra opi problema.

Sunku patikėti, kad vien dviejų tirpalų koncentracijų skirtumas gali sukurti rimtą jėgą, tačiau tai tiesa: osmosinis slėgis jūros vandens lygį gali pakelti 120 m.

Nuo praėjusio amžiaus aštuntojo dešimtmečio pradžios įvairios mokslo grupės ir įmonės vykdė osmosinio slėgio pavertimo elektros energija eksperimentus. Šio proceso principas buvo akivaizdus: gėlo (upės) vandens srautas, prasiskverbęs pro membranos poras, padidina slėgį jūros vandens rezervuare, todėl turbina gali suktis. Tada sūrus vanduo išleidžiamas į jūrą. Vienintelė problema buvo ta, kad klasikinės PRO (Pressure retarded osmosis) membranos buvo per brangios, kaprizingos ir neužtikrino reikiamos srauto galios. Šis klausimas iškilo devintojo dešimtmečio pabaigoje, kai norvegų chemikai Thorleifas Holtas ir Thoras Thorsenas iš SINTEF instituto ėmėsi problemos sprendimo.

Scheminiuose vaizduose osmosinė membrana nupiešta kaip siena. Tiesą sakant, tai yra ritinys, uždarytas cilindriniu korpusu. Jo daugiasluoksnė struktūra kaitalioja gėlo ir sūraus vandens sluoksnius.

Loeb membranoms reikėjo klinikinio laipsnio, kad būtų išlaikytas didžiausias našumas. Druskinimo stoties membraninio modulio konstrukcijai reikėjo pirminio šiurkštaus filtro ir galingo siurblio, kuris pašalino šiukšles nuo membranos darbinio paviršiaus.

Holtas ir Thorsenas, išanalizavę perspektyviausių medžiagų charakteristikas, pasirinko nebrangų modifikuotą polietileną. Jų publikacijos moksliniuose žurnaluose patraukė „Statcraft“ specialistų dėmesį, o Norvegijos chemikai buvo pakviesti tęsti darbą energetikos įmonės globoje. 2001 m. Statcraft membranų programa gavo valstybės dotaciją. Naudojant gautas lėšas, Sunndalsjore buvo pastatytas eksperimentinis osmosinis įrenginys, skirtas membranų pavyzdžiams ir visai technologijai išbandyti. Aktyvaus paviršiaus plotas jame buvo šiek tiek didesnis nei 200 m2.

Gėlo ir jūros vandens druskingumo (moksliškai kalbant – druskingumo gradiento) skirtumas yra pagrindinis osmosinės jėgainės veikimo principas. Kuo jis didesnis, tuo didesnis tūris ir srautas ant membranos, taigi ir hidraulinės turbinos generuojamos energijos kiekis. Tofte gėlas vanduo gravitacijos būdu teka ant membranos; dėl osmoso jūros vandens slėgis kitoje pusėje smarkiai padidėja. Osmoso galia kolosali – slėgis jūros vandens lygį gali pakelti 120 m.

Tada susidaręs atskiestas jūros vanduo per slėgio skirstytuvą veržiasi ant turbinos mentes ir, atidavęs joms visą savo energiją, išmetamas į jūrą. Slėgio skirstytuvas paima dalį srauto energijos, sukdamas siurblius, pumpuojančius jūros vandenį. Tokiu būdu galima ženkliai padidinti stoties efektyvumą. Rickas Stoveris, „Energy Recovery“, gaminančios tokius įrenginius gėlinimo gamykloms, vyriausiasis technologijų pareigūnas, apskaičiavo, kad skirstytuvų energijos perdavimo efektyvumas yra beveik 98%. Lygiai tokie patys gėlinimo įrenginiai padeda tiekti geriamąjį vandenį į gyvenamuosius namus.

Kaip pažymi Skillhagenas, idealiu atveju osmosines jėgaines reikėtų derinti su gėlinimo įrenginiais – likutinio jūros vandens druskingumas pastarosiose yra 10 kartų didesnis už natūralų lygį. Tokiame tandeme energijos gamybos efektyvumas padidės bent du kartus.

Statybos darbai Tofte prasidėjo 2008 m. rudenį. „Sódra Cell“ celiuliozės gamyklos vietoje buvo išnuomotas tuščias sandėlis. Pirmame aukšte buvo įrengta tinklinių ir kvarcinių filtrų kaskada upių ir jūros vandeniui valyti, o antrame – mašinų skyrius. Tų pačių metų gruodį buvo pakelti ir sumontuoti membraniniai moduliai ir slėgio skirstytuvas. 2009 m. vasarį narų grupė išilgai įlankos dugno nutiesė du lygiagrečius vamzdynus – gėlo ir jūros vandens.

Jūros vanduo Tofte surenkamas iš 35–50 m gylio – šiame sluoksnyje jo druskingumas yra optimalus. Be to, ten daug švariau nei prie paviršiaus. Tačiau nepaisant to, stoties membranas reikia reguliariai valyti, kad būtų pašalintos organinės liekanos, kurios užkemša mikroporas.

Nuo 2009 m. balandžio mėn. jėgainė veikė bandomuoju režimu, o lapkritį su lengva princesės Mette-Marit ranka buvo paleistas visas jos potencialas. „Skillhagen“ tikina, kad po „Tofte“ „Statcraft“ turės ir kitų panašių, tačiau pažangesnių projektų. Ir ne tik Norvegijoje. Pasak jo, futbolo aikštės dydžio požeminis kompleksas gali nepertraukiamai tiekti elektrą visam miestui, kuriame yra 15 000 individualių namų. Be to, skirtingai nei vėjo turbinos, toks osmosinis įrenginys yra praktiškai tylus, nekeičia pažįstamo kraštovaizdžio ir nedaro įtakos žmonių sveikatai. O druskų ir gėlo vandens atsargų papildymu pasirūpins pati gamta.

Kol kas pasaulyje yra tik vienas veikiantis osmosinės jėgainės prototipas. Tačiau ateityje jų bus šimtai.

Osmosinės jėgainės veikimo principas

Jėgainės veikimas pagrįstas osmosiniu efektu – specialiai sukurtų membranų savybe leisti pro ją prasiskverbti tik tam tikroms dalelėms. Pavyzdžiui, tarp dviejų talpyklų įrengkime membraną ir į vieną iš jų supilkime distiliuotą vandenį, o į kitą – druskos tirpalą. Vandens molekulės laisvai praeis pro membraną, bet druskos dalelės – ne. Ir kadangi tokioje situacijoje skysčiai bus linkę į pusiausvyrą, greitai gėlas vanduo gravitacijos būdu pasklis į abi talpas.

Jei tirpalų sudėties skirtumas yra labai didelis, skysčio srautas per membraną bus gana stiprus. Jos kelyje pastačius hidraulinę turbiną, galima generuoti elektros energiją. Tai paprasčiausias osmosinės elektrinės dizainas. Šiuo metu jam optimalios žaliavos yra sūrus jūros vanduo ir gėlas upės vanduo – atsinaujinantys energijos šaltiniai.

Tokio tipo eksperimentinė elektrinė buvo pastatyta 2009 metais netoli Norvegijos miesto Oslo. Jo našumas mažas – 4 kW arba 1 W 1 kv.m. membranos. Artimiausiu metu šis skaičius bus padidintas iki 5 W 1 kv.m. Iki 2015 metų norvegai ketina pastatyti komercinę apie 25 MW galios osmosinę elektrinę.

Šio energijos šaltinio panaudojimo perspektyvos

Pagrindinis IPS pranašumas prieš kitų tipų jėgaines yra itin pigių žaliavų naudojimas. Tiesą sakant, tai nemokama, nes 92–93% planetos paviršiaus padengta sūriu vandeniu, o gėlo vandens lengva gauti naudojant tą patį osmosinio slėgio metodą kitame įrenginyje. Į jūrą įtekančios upės žiotyse įrengus elektrinę, visas žaliavų tiekimo problemas galima išspręsti vienu ypu. Klimato sąlygos IPS veikimui nėra svarbios – kol teka vanduo, vyksta montavimas.

Tokiu atveju nesusidaro nuodingos medžiagos – išėjimo vietoje susidaro tas pats sūrus vanduo. IPS yra visiškai nekenksmingas aplinkai ir gali būti montuojamas arti gyvenamųjų rajonų. Jėgainė nekenkia laukinei gamtai, o jos statybai nereikia užtvankų užtverti upių, kaip tai daroma su hidroelektrinėmis. O žemą elektrinės efektyvumą nesunkiai kompensuoja didžiulis tokių įrenginių mastas.

Pavadinime nėra klaidos, ne iš "kosmoso", o būtent iš "osmoso"

Kasdien įsitikiname, kad mus supa daugybė pačių netikėčiausių atsinaujinančios energijos šaltinių. Be Saulės, vėjo, srovių ir potvynių, elektros energijai gaminti gali būti naudojami generatoriai, varomi druska – tiksliau, jos sukuriamu skirtumu tarp gėlo ir jūros vandens. Šis skirtumas vadinamas druskingumo gradientu ir dėl osmoso reiškinio jį galima panaudoti pertekliniam skysčio slėgiui gauti, kurį įprastos turbinos paverčia elektra.

Yra keletas žinomų būdų, kaip druskingumo gradiento energiją paversti elektra. Perspektyviausia šiandien yra transformacija naudojant osmosą, todėl druskingumo gradiento energija dažnai vadinama osmoso energija. Tačiau iš esmės galimi ir kiti druskingumo gradiento energijos konvertavimo būdai.

Osmoso reiškinys yra toks. Jei paimsite pusiau pralaidžią membraną (membraną) ir įdėsite ją kaip pertvarą į bet kurį indą tarp gėlo ir sūraus vandens, tada osmosinės jėgos ims pumpuoti gėlą vandenį į sūrų vandenį. Gėlo vandens molekulės per atskyrimo membraną pateks į antrąją indo pusę, užpildytą sūriu vandeniu, o membrana neleis druskos molekulėms patekti į pirmąją pusę su gėlu vandeniu. Dėl šios savybės membrana vadinama pusiau pralaidžia. Šio proceso metu išsiskirianti energija pasireiškia padidėjusiu slėgiu, atsirandančiu indo dalyje su sūriu vandeniu. Tai yra osmosinis slėgis (kartais vadinamas osmosiniu kriokliu). Didžiausia osmosinio slėgio vertė yra slėgio skirtumas tarp tirpalo (t. y. sūraus vandens) ir tirpiklio (t. y. gėlo vandens), kuriam esant sustoja osmosas, atsirandantis dėl vienodo slėgio susidarymo abiejose pusiau laidžios membranos pusėse. . Dėl to padidėjęs slėgis sūraus vandens pusėje indo subalansuoja osmosines jėgas, kurios privertė gėlo vandens molekules per pusiau pralaidžią membraną į sūrų vandenį.

Osmoso reiškinys buvo žinomas ilgą laiką. Pirmą kartą jį pastebėjo A. Podlo 1748 m., tačiau išsamus tyrimas prasidėjo daugiau nei po šimtmečio. 1877 metais W. Pfefferis pirmą kartą išmatavo osmosinį slėgį, tyrinėdamas vandeninius cukranendrių cukraus tirpalus. 1887 metais Vant Hoffas, remdamasis Pfefferio eksperimentų duomenimis, nustatė dėsnį, kuris nustato osmosinį slėgį priklausomai nuo ištirpusios medžiagos koncentracijos ir temperatūros. Jis parodė, kad tirpalo osmosinis slėgis skaitine prasme yra lygus slėgiui, kurį veiktų ištirpusios medžiagos molekulės, jei jos būtų dujinėje būsenoje esant tokiai pačiai temperatūrai ir koncentracijai.

Norint gauti osmosinę energiją, šalia daugiau ar mažiau koncentruoto tirpalo būtina turėti mažos druskos koncentracijos šaltinį. Pasaulio vandenyno sąlygomis tokie šaltiniai yra į jį įtekančių upių žiotys.

Druskingumo gradiento energijai, apskaičiuotai pagal osmosinį slėgį, netaikomi efektyvumo apribojimai, susiję su Carnot ciklu; Tai viena iš teigiamų šios energijos rūšies savybių. Kyla klausimas, kaip geriausia jį paversti elektra.

Neseniai Norvegijoje atidaryta pirmoji pasaulyje elektrinė, naudojanti osmoso reiškinį elektrai gaminti. Savo veikloje naudodamas tik druską ir gėlą vandenį, dabartinis elektrinės prototipas gamins 2-4 kilovatus, tačiau ateityje šis rodiklis gerokai padidės.Energijai gaminti Norvegijos įmonės „Statkraft“ pastatyta stotis naudoja 2-4 kilovatus. osmoso reiškinys, tai yra tirpalų judėjimas per membraną į šoną, didesnė druskos koncentracija. Kadangi druskų koncentracija paprastame jūros vandenyje yra didesnė nei gėlame vandenyje, tarp gėlo ir sūraus vandens, atskirto membrana, išsivysto osmoso reiškinys, o vandens srauto judėjimas priverčia veikti turbiną, generuojančią energiją. jau paleisto prototipo yra nedidelis ir siekia nuo dviejų iki keturių kilovatvalandžių. Kaip paaiškino projekto vadovas Steinas Ericas Skilhagenas, įmonė neturėjo tikslo nedelsiant statyti pramoninio masto elektrinę, svarbiau buvo parodyti, kad ši technologija iš esmės gali būti naudojama energetikos sektoriuje. „Statkraft“ tinklalapyje rašoma, kad osmoso reiškinį panaudoti elektros gamybai pirmą kartą pasiūlė aplinkosaugos judėjimų aktyvistai 1992 m. Inžinierių skaičiavimais, šiandien galima pastatyti 1700 kilovatų per valandą galios osmosinę elektrinę. Tuo pačiu metu, skirtingai nei kitose stotyse, kuriose naudojami alternatyvūs energijos šaltiniai – saulės ar vėjo, orai neturės jokios įtakos stoties veikimo režimui. Esamo prototipo galios pakanka elektros energijos tiekti tik kavos virimo aparatui, tačiau iki 2015 metų „Statkraft“ tikisi pastatyti elektrinę, kuri aprūpins elektra 10 tūkstančių privačių namų kaimą.

Vienas iš būsimų iššūkių yra energiją taupančių membranų paieška. Tiems, kurie naudojami stotyje Hurum, 60 km į pietus nuo Oslo, šis skaičius yra 1 W/m2. Po kurio laiko Statkraft padidins galią iki 2-3 W, tačiau norint pasiekti pelningą lygį būtina pasiekti 5 W.

Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Paskelbta http://www.allbest.ru/

Priežiūra

Pagrindinė alternatyvios energijos kryptis – alternatyvių (netradicinių) energijos šaltinių paieška ir naudojimas. Energijos šaltiniai yra „natūraliai atsirandančios medžiagos ir procesai, leidžiantys žmogui gauti egzistavimui reikalingos energijos“. Alternatyvus energijos šaltinis – atsinaujinantis išteklius, jis pakeičia tradicinius energijos šaltinius, naudojamus nafta, pagamintomis gamtinėmis dujomis ir anglimi, kurios degdamos į atmosferą išskiria anglies dvideginį, kuris prisideda prie šiltnamio efekto augimo ir visuotinio atšilimo. Alternatyvių energijos šaltinių paieškos priežastis – būtinybė ją gauti iš atsinaujinančių arba praktiškai neišsenkančių gamtos išteklių ir reiškinių energijos. Taip pat gali būti atsižvelgta į ekologiškumą ir ekonomiškumą.

2010 m. alternatyvioji energija (neįskaitant hidroenergijos) sudarė 4,9% visos žmonijos suvartojamos energijos. Įskaitant šildymui ir vandens šildymui (biomasės, saulės ir geoterminio vandens šildymui ir šildymui) 3,3 %; biokuras 0,7%; elektros gamyba (vėjo, saulės, geoterminės elektrinės ir biomasė TPP) 0,9%.Atsinaujinantys (alternatyvūs) energijos šaltiniai sudaro tik apie 5% pasaulio elektros gamybos 2010 m. 2009 m. gegužės mėn. pagaminti iš atsinaujinančių energijos šaltinių. 9,4% elektros buvo pagaminta iš hidroelektrinių, apie 1,8% gauta iš vėjo energijos, 1,3% iš biomasės, 0,4% iš geoterminių šaltinių ir 0,3% iš saulės energijos. 2009 metais Australijoje 8% elektros buvo pagaminta iš atsinaujinančių šaltinių.

Šiais laikais energijos žmonėms reikia vis daugiau energijos, nes jie sugalvoja vis daugiau išradimų, kuriems reikia energijos.

Energija atsirado prieš daugybę milijonų metų, kai žmonės išmoko kurti ugnį: medžiojo su ugnimi, gaudavo šviesos ir šilumos, o tai ilgus metus teikė džiaugsmą ir optimizmą. Savo esė kalbėsiu apie galimą aplinkai nekenksmingą energijos šaltinį, kurio žmonės neterštų aplinkinio pasaulio.

1. Loginis pagrindas

Kodėl aš renkuosi osmosinę elektrinę kaip alternatyvią energijos gamybos formą?

Pagrindinis privalumas yra ekologiškumas – nėra triukšmo ir neteršia atmosferos šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijomis; - tiekiamas nuolatinis atsinaujinantis energijos šaltinis su nedideliais sezoniniais svyravimais; - lengvai diegiama esama infrastruktūra; Osmosinė jėgainė gali būti naudojama tik estuarijose, kur gėlas vanduo teka į sūrų vandenį. Osmoso reiškinys yra plačiai paplitęs gamtoje, leidžiantis augalams sugerti drėgmę per lapus, ir dažniausiai naudojamas gėlinimo procese.

2. Naudojimo efektyvumas

Osmosinė jėgainė – stacionari elektrinė, veikianti skysčių difuzijos (osmoso) principu.

Pirmąją ir šiuo metu vienintelę pasaulyje osmosinę elektrinę Statkraft pastatė Norvegijos Tofte mieste, celiuliozės ir popieriaus gamyklos „Södra Cell Tofte“ teritorijoje. Jėgainės statyba kainavo 20 mln. Ši elektrinė vis dar gamina labai mažai energijos: maždaug 2–4 kilovatus. Vėliau energijos gamybą planuojama padidinti iki 10 kilovatų.

Šiuo metu jėgainė yra eksperimentinė, tačiau sėkmingai užbaigus bandymus stotis bus pradėta naudoti komerciniais tikslais.

Atrodytų, viskas paprasta. Todėl nenuostabu, kad idėja naudoti osmosą kaip energijos šaltinį kilo beveik prieš pusę amžiaus. Tačiau... „Viena iš pagrindinių kliūčių buvo tinkamos kokybės membranų trūkumas, – apie tai kalbėjo profesorius Payneman. – Membranos buvo itin lėtos, todėl osmosinio elektros generatoriaus efektyvumas būtų labai žemas. Per ateinančius 20-30 metų įvyko keli technologiniai proveržiai. Šiandien išmokome gaminti itin plonas membranas, o tai reiškia, kad jų pralaidumas tapo žymiai didesnis. GKSS tyrimų centro specialistai svariai prisidėjo kuriant pačią membraną, kuri dabar leido praktiškai įgyvendinti osmosinę energijos gamybą, nors ir vis dar grynai eksperimentinę. Ir iš to išplaukia, kad šios energijos efektyvumas, nors ir mažas, lengvai kompensuojamas didžiuliu tokių įrenginių mastu.

osmosinės elektrinės alternatyvioji energija

3. Technologijos

Taigi ten, kur upės įteka į jūras ir vandenynus, kaimynystėje turime didžiulius tiek gėlo, tiek sūraus vandens šaltinius – tai ideali vieta osmosinių elektrinių statybai. Kaip pasisemti energijos? Paprasčiausias būdas yra supilti vandenį į rezervuarą, kuris pusiau pralaidžia membrana yra padalintas į du skyrius.

Į vieną skyrių tiekiamas jūros vanduo, į kitą – gėlas. Dėl skirtingų druskų koncentracijų jūroje ir gėlame vandenyje vandens molekulės iš šviežio skyriaus, bandydamos suvienodinti druskos koncentraciją, per membraną patenka į jūros skyrių. Dėl šio proceso jūros vandens skyriuje susidaro perteklinis slėgis, kuris savo ruožtu naudojamas sukasi elektrą gaminančią hidraulinę turbiną.

Taip pat būtina pabrėžti osmatinės elektros privalumus ir trūkumus.

Privalumai:

Skirtingai nuo vėjo ir saulės, jie yra nuolatinis atsinaujinantis energijos šaltinis, o sezoniniai pokyčiai yra nedideli.

Šiltnamio efekto nėra.

Trūkumai:

Dabartinės membranos indikatorius yra 1 W/mI. Rodiklis, dėl kurio stotys bus pelningos, yra 5 W/m². Pasaulyje yra keletas įmonių, gaminančių panašias membranas (General Electric, Dow Chemical, Hydranautics, Toray Industries), tačiau osmosinei stočiai skirti įrenginiai turi būti daug plonesni nei šiuo metu gaminami.

Osmosinė jėgainė gali būti naudojama tik estuarijose, kur gėlas vanduo teka į sūrų vandenį.

4. Perspektyvos

Pagrindinis IPS pranašumas prieš kitų tipų jėgaines yra itin pigių žaliavų naudojimas. Tiesą sakant, tai nemokama, nes 92–93% planetos paviršiaus padengta sūriu vandeniu, o gėlo vandens lengva gauti naudojant tą patį osmosinio slėgio metodą kitame įrenginyje. Į jūrą įtekančios upės žiotyse įrengus elektrinę, visas žaliavų tiekimo problemas galima išspręsti vienu ypu. Klimato sąlygos IPS veikimui nėra svarbios – kol teka vanduo, vyksta montavimas.

Tokiu atveju nesusidaro nuodingos medžiagos – išėjimo vietoje susidaro tas pats sūrus vanduo. IPS yra visiškai nekenksmingas aplinkai ir gali būti montuojamas arti gyvenamųjų rajonų. Jėgainė nekenkia laukinei gamtai, o jos statybai nereikia užtvankų užtverti upių, kaip tai daroma su hidroelektrinėmis.

Naudojimo Rusijoje perspektyvos. Upės yra Rusijos vandens fondo pagrindas. Rusija, užimanti apie 12% sausumos ploto, išsiskiria gerai išvystytu upių tinklu, taip pat unikalia vandens pakrante, kurios ilgis siekia apie 60 tūkst. Rusijos upės priklauso trijų vandenynų baseinams: Arkties, Ramiojo ir Atlanto. Taigi Rusija turi milžinišką potencialą plėtojant osmosinę energiją, susidomėjimas šiuo atsinaujinančios energijos šaltiniu auga, o pasaulio mokslininkai vienija jėgas jam plėtoti.

Kanados „Hydro-Québec“, didžiausia pasaulyje hidroelektrinių gamintoja, bendradarbiauja su „Statkraft“, tirdama kitą PRO technologijos etapą. Be to, ji tiria galimybę Kanados pakrantėje sukurti osmosines stotis.

Japonijoje Tokijo technologijos institutas atidarė osmosinės energijos tyrimų centrą. Pasak jo darbuotojų, Japonijos upių energetinis potencialas – jei realizuojamas statant osmosines stotis, kuriose upės įteka į jūrą – leidžia pakeisti 5-6 atomines elektrines.

Išvada

Energijos vaidmuo palaikant ir toliau plėtojant civilizaciją yra labai didelis. Šiuolaikinėje visuomenėje sunku rasti bent vieną žmogaus veiklos sritį, kuriai nereikėtų – tiesiogiai ar netiesiogiai – daugiau energijos, nei gali suteikti žmogaus raumenys. Energijos suvartojimas yra svarbus gyvenimo lygio rodiklis. Tais laikais, kai žmogus maisto gaudavo rinkdamas miško gėrybes ir medžiodamas žvėris, jam per dieną prireikdavo apie 8 MJ energijos. Įvaldžius ugnį, ši vertė padidėjo iki 16 MJ: primityvioje žemės ūkio visuomenėje ji buvo 50 MJ, o labiau išsivysčiusioje - 100 MJ.

Civilizacijos raidos procese tradiciniai energijos šaltiniai daug kartų buvo pakeisti naujais, pažangesniais ne todėl, kad senasis šaltinis buvo išsekęs.

Galingiausias energijos šaltinis yra branduolinis – energetikos lyderis. Urano atsargos, palyginti su anglies atsargomis, nėra tokios didelės. Tačiau svorio vienete yra milijonus kartų daugiau energijos nei anglis. Gaminant elektrą atominėje elektrinėje, manoma, kad reikia išleisti šimtą tūkstančių kartų mažiau pinigų ir darbo jėgos nei išgaunant energiją iš anglies. O branduolinis kuras keičia naftą ir anglį... Visada taip buvo: kitas energijos šaltinis taip pat buvo galingesnis. Tai buvo, taip sakant, „karinga“ energijos linija. Ateityje, intensyviai plėtojant energetiką, atsiras ne per daug galingų, bet didelio efektyvumo, ekologiškų, lengvai naudojamų išsklaidytų energijos šaltinių. Pavyzdžiui, greitas startas prie elektrocheminės energijos, kurią vėliau, matyt, papildys saulės energija. Energija labai greitai kaupiasi, įsisavina, pasisavina visas naujausias idėjas, išradimus, mokslo pasiekimus. Tai suprantama: energija yra susijusi su viskuo, o viskas traukiasi į energiją ir nuo jos priklauso. Todėl energetinė chemija, vandenilio energija, kosminės elektrinės, antimedžiagoje uždaryta energija, kvarkai, „juodosios skylės“, vakuumas – tai tik ryškiausios gairės, potėpiai, atskiros scenarijaus, kuris rašomas prieš akis ir kuris gali vadinasi rytojaus energija.

Apibendrinant galima daryti išvadą, kad alternatyvių energijos panaudojimo formų yra nesuskaičiuojama, jei tam turi būti sukurti efektyvūs ir ekonomiški metodai. Svarbiausia yra vykdyti energijos plėtrą teisinga kryptimi.

Paskelbta Allbest.ru

Panašūs dokumentai

Klasikinių energijos šaltinių rūšys. Pagrindinės priežastys, rodančios greito perėjimo prie alternatyvių energijos šaltinių svarbą. Žaibas kaip perkūnijos bangų šaltinis. Privalumai ir trūkumai, žaibo elektrinės veikimo principas.

kursinis darbas, pridėtas 2016-05-20


Pagrindinės alternatyvios energijos rūšys. Bioenergija, vėjo energija, saulės energija, potvyniai, atoslūgiai, vandenynai. Daug žadantys energijos gavimo būdai. Kinijoje, Indijoje ir JAV vėjo jėgainių suminis pajėgumas. Alternatyvios energijos dalis Rusijoje.

pristatymas, pridėtas 2016-05-25


Tipiški energijos šaltiniai. Šiuolaikinės energetikos problemos. Gautos ir pagamintos energijos „grynumas“ kaip alternatyvios energijos pranašumas. Alternatyvių energijos šaltinių plėtros kryptys. Vandenilis kaip energijos šaltinis, jo gamybos būdai.

santrauka, pridėta 2016-05-30


Pagrindiniai geoterminės energijos privalumai ir trūkumai. Pasaulinis geoterminės energijos potencialas ir jo panaudojimo perspektyvos. Geoterminė šilumos tiekimo sistema, geoterminių elektrinių statyba. Geoterminės energijos paklausa.

testas, pridėtas 2011-10-31


Geoterminės energijos raidos ir geoterminės energijos pavertimo elektros ir šilumos energija istorija. Geoterminių elektrinių pagamintos elektros energijos kaina. Alternatyvios energijos panaudojimo perspektyvos ir įrenginių efektyvumas.

santrauka, pridėta 2008-07-09


Energijos vystymosi ir egzistavimo problemos. Alternatyvių energijos šaltinių rūšys ir jų plėtra. Geoterminės energijos šaltiniai ir panaudojimo būdai. Geoterminės elektrinės veikimo principas. Bendra GeoPP ir jos komponentų schema.

kursinis darbas, pridėtas 2016-05-06


Alternatyvios energijos tipologija. Atsinaujinanti energija arabų šalyse. Branduolinė energija ir jos atsargos arabų šalyse. Perėjimas prie alternatyvių energijos šaltinių naudojimo. Pasiekti rezultatai alternatyviosios energetikos srityje.

testas, pridėtas 2017-08-01


Esami energijos šaltiniai. Elektrinių tipai. Energijos vystymosi ir egzistavimo problemos. Alternatyvių energijos šaltinių apžvalga. Potvynių ir atoslūgių jėgainių konstrukcija ir veikimo principas. Energijos skaičiavimas. Efektyvumo nustatymas.

kursinis darbas, pridėtas 2016-04-23


Pagrindinė informacija apie alternatyvią energiją. Vakuuminių kolektorių privalumai ir trūkumai. Priklausomybės nuo energijos tiekimo mažinimas. Fokusuojančių kolektorių taikymas. Aplinkai nekenksmingos saulės energijos naudojimo pranašumai.

santrauka, pridėta 2015-03-21


Šiuolaikinės energetikos raidos ir jos problemų apžvalga. Bendrosios alternatyvių energijos šaltinių charakteristikos, jų panaudojimo galimybės, privalumai ir trūkumai. Šiuo metu netradicinei energijos gamybai naudojami projektai.