Экология СПРАВОЧНИК

Как уже упоминалось, наилучшим показателем обладает турбина, выполненная в виде рабочего колеса с горизонтальной осью (импеллера, крыльчатки, вертушки) в насадке. Это объясняется тем, что такое рабочее колесо меньше возмущает поток, не так Сильно, как свободное, вовлекая жидкость во вращательное движение. Насадок как бы отделяет возмущенную часть потока от шевозмущенной и в то же время обеспечивает некоторую концентрацию энергии. Будучи выполненным в виде водоизмещающей конструкции, он может обеспечивать плавучесть всего сооружения, при этом в его полостях могут быть размещены необходимые .для обслуживания турбины и генератора материалы и инструменты (см. рис. 5.5,6), через эти полости можно проникать к основному оборудованию.

Далее

Если в предыдущих параграфах обсуждались технические решения, связанные лишь с частичным использованием энергии океанских течений, то здесь речь идет о таком направлении в океанском гидротехническом строительстве, которое предполагает серьезное вторжение в динамику океанских вод, влекущее за собой изменения в природе как отдельных регионов, так и планеты в целом.

Далее

Однако из сотен предложений, которыми богата мировая па тентная библиотека, приемлемыми для практической реализации оказываются лишь десятки. Причина этого, по словам Ж. Кон-станса в том, что многие технические идеи рождаются без учета основного фактора — специфики морской среды. До недавнегс времени от 70 до 90 % усилий в области разработки волновы> преобразователей тратились на техническую сторону проектов к только 10—30%—на изучение характеристик морского волнения. Сейчас, когда эйфория с новым «открытием» волновой энергии прошла, ситуация резко изменилась: оптимизация конструкций, доведение их до уровня, соответствующего промышленному внедрению, потребовали изменения акцентов [45]. В этом смысле отечественная волновая энергетика на сегодняшний день оказалась в выигрышном положении; начавшиеся у нас в последние годы разработки уже базируются на достаточно серьезном знании природы волнения.

Далее

При такой классификации под первый признак попадают раз личные типы активных устройств — буев, колеблющихся тел, пре образователей волнового движения в изменение воздушного дав ления и т. п. Под второй признак попадают также активные уст ройства, например поглощающие волновую энергию оболочки I устройства с колеблющимися и вращающимися элементами. Под третью — различные концентраторы энергии пассивного типа [79] Такая классификация также не позволяет выявить всего многообразия принципов и мало отличается от первой.

Далее

В настоящее время ведутся работы по устранению этих недостатков.Детальные лабораторные испытания модели плота в масштабе 1/100 показали, что его эффективность составляет около 45%. Это ниже, чем у «утки» Солтера (но плот привлекает другим достоинством: близость конструкции к традиционным судостроительным). Изготовление таких плотов не потребует создания новых промышленных предприятий и позволит поднять занятость в судостроительной промышленности.

Далее

Для того чтобы считать устройство точечным преобразователем, вовсе не важно, какой принцип лежит в основе его работы. Достаточно, чтобы длина и ширина устройства были значительно меньше длины волны и чтобы эффективность работы его либо принципиально не зависела от направления движения волн, либо устройство могло самостоятельно отслеживать изменение этого направления и переориентироваться в пространстве. Особенный интерес к точечным преобразователям связан с тем, что они не только могут обладать достаточно высокими КПД преобразования, использоваться как в одиночку, так и совместно, образуя целые энергосистемы, но и с тем, что они собирают энергию с участка фронта волны, превышающего их линейные размеры и могут применяться в качестве волнозащитных устройств.

Далее

Сопоставление результатов показало, что при большой длине1 волны четырехклапанная система, в воздушной камере которой поочередно используется подъем и опускание уровня воды, оказалась эффективнее двухклапанной, где на один генератор работают две камеры с различным направлением движения воды. Для обеспечения такого увеличения эффективности оказалось необходимым применить аккумуляторы давления, в качестве которых использовались бортовые отсеки плавучести. При коротких волнах эффективности систем были примерно одинаковы. В шести энергоблоках каждая турбина работала на свой генератор, развивавший мощность 125 кВт при частоте вращения 14 с-1. Вырабатываемая мощность гасилась на балластных сопротивлениях и: колебалась в соответствии с изменением давления воздуха.

Далее

В § 6.4 такой тип преобразователя уже упоминался. Здесь речь пойдет прежде всего о наиболее известном устройстве — так называемом насосе Айзекса, схема которого приведена на рис. 6.16. Достоинства такого насоса — его простота, независимость работы от направления прихода волн, широкий спектральный диапазон волнения. Основной недостаток, по словам самого Дж. Айзекса,— возможность эффективной эксплуатации лишь на достаточно больших глубинах, т. е. вдали от берега. Впрочем, этот недостаток обращается в достоинство, когда речь идет о необходимости снабжать энергией автономный удаленный от берега объект либо подавать на морскую ферму глубинные воды.

Далее

Уже разработан проект «дамбы-атолла» диаметром до 100 и высотой до 30 м с водоводом диаметром до 18 м. Около десяти лет ведутся лабораторные испытания на модели, выполненной в масштабе 1 : 100. В ближайшее время фирма «Локхид» намечает создать модель вдвое большего размера. Первая модель рассчитана на получение полезной мощности от 20 до 40 кВт. Реальную установку планируется снабдить турбиной мощностью до нескольких мегаватт. Выпускаемый из турбины поток будет проходить через диффузор для снижения остаточного напора. Для предотвращения обрастания купола, направляющих лопаток и диффузора предлагается снабдить их открылками из синтетического материала, постоянное движение которых в потоке будет препятствовать прикреплению организмов-обрастателей к выполненным из бетона элементам концентратора.

Далее

Оценивая в общем состояние развития этого вида энергетической технологии можно присоединиться к авторам, выражающим сомнение в возможности создания сколь-нибудь крупных соле-ностных установок в ближайшее время [45, 63]. Однако учитывая возможный прогресс химии полимеров и энергетического машиностроения в области создания теплообменных аппаратов и турбин низкого давления в связи со строительством ОТЭС, нельзя сбрасывать этот вид ресурсов со счета.

Далее

Интересно попытаться оценить полезную мощность, которую можно извлечь в процессе разбавления раствора с помощью различных типов преобразователей.

Далее

Использование разности давлений паров над растворами различной концентрации приводит к почти тем же проблемам, что и в конструкциях ОТЭС с открытым рабочим циклом. Причем основная — необходимость в тихоходных турбинах с большими площадями рабочих сечений. Правда, разность давлений паров в случае использования подогретых растворов может быть значительно увеличена. Так, если при 40 °С перепад составляет всего 2,7-Ю3 Па, то уже при 70 °С (температура, сравнительно легко достигаемая за счет использования, например, солнечной энергии даже в средних широтах)—8,1 -103 Па.

Далее

Важная особенность ионообменных мембран — снижение величины проводимости при значительном повышении концентрации растворов. Анионы и катионы в порах электрически взаимодействуют с ионами электролита, образуя двойные электрические слои. При определенных (достаточно малых) концентрациях поры: в мембранах заполнены только ионами, несущими заряд, противоположный фиксированным на стенках пор анионам и катионам. Ионы противоположного знака отсутствуют, а электрический: контакт между растворами происходит только за счет перемещение ионов одного знака. При высоких концентрациях в полостях пор» оказывается электронейтральная смесь катионов и анионов и мембрана становится простой диафрагмой, потенциал на которой определяется только различием в подвижностях ионов электролита [17]. Для учета влияния подвижности ионов в предыдущее выражение необходимо добавить множитель вида (тк—та) где тн и Та — числа переноса однозарядных катионов и анионов зависящие в общем случае от концентрации электролитов, контактирующих с мембраной, знака фиксированных ионов и структуры мембраны. Для катионообменной мембраны — в разбавленных растворах — тн- 1, та-Ю, для анионообменной — наоборот. Соответственно изменяется и знак разности потенциалов.

Далее

Солнечный пруд — это концентратор солнечной энергии, в котором накопление тепла происходит не во всем объеме воды а лишь за счет повышения температуры в глубинном слое, отличающемся повышенной концентрацией солей. Температура воды в таком слое может подниматься до 100 °С, оставаясь на-поверхности сравнительно невысокой.

Далее

Правда, вышесказанное относится к достаточно отдаленному будущему: на пути развития биотехнологии много сложных научных, технических и социальных проблем. В настоящее время основное внимание уделяется развитию и совершенствованию традиционных методов использования биомассы в энергетике, из которых, увы, самый распространенный пока — сжигание древесины. Дело в том, что запасы древесины в мире достаточно велики: в древесной массе запасено примерно столько же энергии, сколько содержится в разведанных залежах каменного угля. Ежегодно только растения планеты связывают путем фотосинтеза примерно 8-1010 т углерода, и ежегодно наращивается биомасса, содержащая около 3 • 1021 Дж, что почти в 10 раз превышает современное потребление всех видов энергии в мире [31]. Теплота сгорания древесины, например, всего в 2 раза ниже такого же показателя лучших сортов моторного топлива (соответственно примерно 20 МДж/кг по сравнению с 40 МДж/кг). В современном мире в энергетике используются в среднем лишь 2 % общего годового прироста древесины, в некоторых странах, в Финляндии например, древесное топливо в общем балансе составляет до 15%. В США потребление древесного топлива с 2% от общего количества топлива в 1977 г. возросло к 1982 г. до 4 %.

Далее

Приведенная выше реакция отражает основную суть фото« теза, предельно упрощая описание самого явления. На сам< деле, фотосинтез — более сложная совокупность фото- и элект химических процессов, детальные механизмы которых во мног< еще не установлены. В процессе многоступенчатой реакц в клетке образуется целый набор органических веществ, необ) димых для обеспечения жизнедеятельности. Схематично основн этапы фотосинтеза отражает рис. 8.3. Выделены две характерн фазы процесса — световая, на которой происходит, в основнс преобразование энергии, и темновая, где наиболее важно п вращение вещества. В световой фазе в хлоропласте «работаю две фотосинтетических системы — ФС-1 и ФС-2, особенно чув вительные к красному участку спектра солнечного излучен с длиной волны в диапазоне 0,65—0,70 мкм. Процесс преобра: вания солнечной энергии идет следующим образом. Пер] начально в системе ФС-2 кванты света возбуждают хлорофи СЫ-а, который теряет электроны и становится активным ката; затором биофотолиза — реакции разложения воды на молеку кислорода, два иона водорода и два электрона. Молекулы киа рода свободно, как уже отмечалось, проникают в среду через к. точные мембраны, а ионы водорода — протоны и электроны ] пользуются при последующих энергетических превращениях: < разовании высокоэнергетического аденозинтрифосфата (АТФ) универсального во всей живой природе аккумулирующего и тр; спортирующ его энергию вещества, и для восстановления мо. кулы никотинамидаденинд (НАДФ)до НАДФ-Н2 путем присое; нения к первой молекуле двух протонов (Н). Но чтобы эл< троны, полученные с помощью фотосистемы ФС-2, могли вып< нить задачу по образованию АТФ, им недостает энергии. Ее поставляет другая фотосинтетическая система — ФС-1, сод жащая еще одну разновидность хлорофилла—хлорофилл-в СЫ В качестве переносчиков электронов в клеточных процессах у> ствует ряд специфических белков, объединенных в электрон] транспортную цепь.

Далее

См., например, «Основы общей биологии». М., 1982, 437 с.Сравнение энергетических возможностей переработки водорослей и сухопутных культур (табл. 8.1) убедительно говорит в пользу водорослей. Выход энергии из биомассы водорослей даже при скромных значениях продуктивности (урожайности) при любом виде переработки существенно превышает эффект, который может быть получен с помощью сельскохозяйственных культур.

Далее

Эксперимент не был завершен (не удалось получить уроя культурного келпа), но он способствовал продолжению работ по зданию установок уже с искусственной подкормкой водорослей счет подъема богатых биогенными солями глубинных вод (п стая подкормка удобрениями с поверхности не дала бы нужш эффекта из-за ухудшения прозрачности воды, а ведь водоросл нужен еще и свет!).

Далее

Один из путей, которым может пойти в будущем энергетиче ская биотехнология, — развитие методов получения водорода с пс мощью живых организмов — бактерий и водорослей — или с пс мощью субклеточных частиц этих организмов. Работы в этом на правлении и у нас в стране, и за рубежом ведутся уже более по лувека.

Далее

При этом бактерии выступали в роли переносчиков электронов внутреннем участке электрической цепи.Кислород присутствует, таким образом, и у катода, и у анода, но только с различным парциальным давлением.

Далее

В случае широкомасштабного развития океанской энергетики человечеству придется иметь дело с новым типом воздействия на среду. Пожалуй, основной особенностью этого воздействия будет его наиболее сильное проявление в области, формирующей и поддерживающей на границе гидросферы и атмосферы те климатические условия, которые обеспечивают жизнь на планете.

Далее

И удаленные в море, и размещенные на побережье ВЭУ представляют опасность для пернатых, особенно в случае их установки на путях миграции. Определена вероятность соударения птиц с лопастями при пролете через плоскость, ометаемую турбиной быстроходной ВЭУ, со скоростью 4 и 15 м/с, оцениваемая в 26 и 6 % соответственно. Таким образом, наибольшей опасности подвергаются крупные перелетные птицы.

Далее

Плотины ПЭС как бы выделяют в районе постройки две подобласти— внутреннюю (бассейн-аккумулятор) и внешнюю (подпитывающее этот бассейн море). Влияние на среду в обеих подобластях проявляется по-разному, но все вносимые возмущения связаны так или иначе с конкретной географией побережья и дна, особенностями распространения приливных волн, размещением плотин станций и их мощностью, определяющей размеры бассейнов. Для внутренних подобластей не последнюю роль играет и режим эксплуатации станции.

Далее

При величине плеча 40 м и диаметре поплавка 8м с его по мощью можно будет развить момент около 16 ГН-м. В то ж< время для поворота клапана требуется «всего» около 15 ГН-м Суммарное давление на закрытый клапан около 500 МН, а этс определяет удерживающее усилие в опорах, когда все устройствс находится на плаву. В случае шторма центральное крыло сможет подниматься из воды с помощью гидропривода.

Далее

Этому воздействию подвержены все типы океанских энергопреобразователей, размещенные на поверхности и в толще вод Оно проявляется в обрастании сооружений водными организмами и связанной с обрастанием коррозии — естественных процессах посредством которых океан как бы ассимилирует инородные объекты. Скорость обрастания сильно зависит от природных условий. На севере Атлантики, в Белом и Баренцевом морях она составляет от 2 до 5 кг/м2 в год, в теплых Азовском, Каспийском, Средиземном, Черном и Японском — от 40 до 100 кг/м2 в год. Толщина обрастаний может достигать 10 см.

Далее

Не будем подробно останавливаться на анализе таблицы, предоставляя это читателю. Заметим только, что сейчас пожалуй больше всего данных по экологическому воздействию имеется по преобразователям энергии ветра и приливов, образцы которых находятся уже в стадии эксплуатации достаточно длительное время.

Далее

Сам кабель — только часть проблемы обеспечения передачи электроэнергии. Необходимо создать надежные системы подключения кабелей к платформам, устройства соединения отрезков кабелей в подводном положении. На рис. 10.2 показаны возможные варианты установки соединительных кабелей в толще воды. Варианты отличаются длинами кабелей, возможными перемещениями платформ, определяемыми устройством якорных систем, допустимыми амплитудами колебаний платформ.

Далее

Развитие технологии получения сверхпрочных материалов позволило создать сверхбыстроходный маховик, плотность запасенной энергии у которого в 15 раз выше, чем у обычного стального. У последнего она ограничивается пределом прочности, устанавливающем максимальную скорость вращения. Маховик сверхбыстро-ходного накопителя присоединяется непосредственно к ротору бесступенчато регулируемого генератора на магнитном подвесе. Этот блок играет роль либо мотора (при заряде), либо генератора (при разрядке накопителя).Тело такого маховика состоит из радиально расположенных сверхпрочных нитевидных кристаллов, объединенных в отдельные стержни, и не имеет привычного обода. Во время вращения кристаллы испытывают только растягивающие напряжения. Разрушение некоторой части их при экстремальных перегрузках не приводит к разбалансировке колеса, и аварии не происходит.

Далее

Трудно рассчитывать, что гидридные аккумуляторы водородг найдут применение в системной энергетике. Их наиболее вероят ное место — обеспечение непрерывной работы сравнительно не больших энергетических установок.

Далее

Вообще, идея строительства плавучих заводов родилась задолго до начала работ по океанской энергетике. Первыми такими заводами были, пожалуй, плавучие судоремонтные мастерские, перегонявшиеся в места строительства новых портов, затем появились рыбоперерабатывающие плавбазы, плавучие электростанции (сначала дизельные, а потом и атомные). Сейчас во всем мире строятся плавучие заводы по переработке нефти и газа, по выпуску минеральных удобрений и других химических веществ, по производству пресной воды. Привлекает к таким заводам их мобильность, отсутствие необходимости выделения земель, возможность постройки в промышленно развитых зонах, а эксплуатация практически без выполнения работ нулевого цикла в любом районе Мирового океана. Есть у них и другие достоинства, среди которых можно отметить, например, большую безопасность для населения в случае аварий, если речь идет о производстве вредных веществ, меньшую стоимость, если для строительства используются отслужившие срок танкеры. Например, на танкере дедвейтом 1700 т может быть размещена опреснительная установка производительностью около 6000 т/сут, а 60-тысячник позволяет вместить опреснитель производительностью 200 000 т/сут.

Далее