Słony kilowat: osmoza. Elektrownia osmotyczna: Zasada działania energii czystej słonej wody w elektrowni osmotycznej

Zjawisko osmozy jest wykorzystywane na skalę przemysłową od ponad 40 lat. Tyle, że nie jest to klasyczna osmoza do przodu Abbota Nolleta, ale tzw. odwrócona osmoza – sztuczny proces przenikania rozpuszczalnika ze stężonego do rozcieńczonego roztworu pod wpływem ciśnienia przewyższającego naturalne ciśnienie osmotyczne. Technologia ta jest stosowana w zakładach odsalania i oczyszczania od początku lat 70-tych. Słona woda morska pompowana jest na specjalną membranę i przechodząc przez jej pory pozbawiona jest znacznej części soli mineralnych, a także bakterii, a nawet wirusów. Pompowanie słonej lub zanieczyszczonej wody wymaga dużych ilości energii, ale gra jest warta świeczki – jest wiele regionów na planecie, gdzie niedobór wody pitnej jest dotkliwym problemem.

Trudno uwierzyć, że sama różnica w stężeniu dwóch roztworów może wywołać poważną siłę, ale to prawda: ciśnienie osmotyczne może podnieść poziom wody morskiej o 120 m.

Eksperymenty nad konwersją ciśnienia osmotycznego na energię elektryczną są prowadzone przez różne grupy naukowe i firmy od początku lat siedemdziesiątych XX wieku. Zasada tego procesu była oczywista: przepływ świeżej wody (rzecznej) przenikającej przez pory membrany zwiększa ciśnienie w zbiorniku wody morskiej, umożliwiając w ten sposób wirowanie turbiny. Odpady słonawej wody są następnie uwalniane do morza. Jedynym problemem było to, że klasyczne membrany do PRO (Pressure opóźniona osmoza) były zbyt drogie, kapryśne i nie zapewniały wymaganej siły przepływu. Sprawa wyszła na jaw pod koniec lat 80. XX wieku, kiedy norwescy chemicy Thorleif Holt i Thor Thorsen z Instytutu SINTEF zajęli się rozwiązaniem problemu.

Na schematycznych obrazach membrana osmotyczna jest narysowana jako ściana. W rzeczywistości jest to rolka zamknięta w cylindrycznym korpusie. Jego wielowarstwowa struktura składa się z warstw wody słodkiej i słonej.

Aby utrzymać najwyższą wydajność, membrany Loeba wymagały jakości klinicznej. Konstrukcja modułu membranowego stacji odsalania wymagała obecności głównego filtra zgrubnego i mocnej pompy, która usuwała zanieczyszczenia z powierzchni roboczej membrany.

Holt i Thorsen, po przeanalizowaniu właściwości najbardziej obiecujących materiałów, wybrali niedrogi modyfikowany polietylen. Ich publikacje w czasopismach naukowych przyciągnęły uwagę specjalistów ze Statcraft, a norwescy chemicy zostali zaproszeni do kontynuowania prac pod patronatem energetycznego koncernu. W 2001 roku program membranowy firmy Statcraft otrzymał dotację rządową. Korzystając z otrzymanych środków, w Sunndalsjor zbudowano eksperymentalną instalację osmotyczną do testowania próbek membran i testowania całej technologii. Powierzchnia czynna w nim wynosiła nieco ponad 200 m2.

Różnica pomiędzy zasoleniem (w ujęciu naukowym - gradientem zasolenia) wody słodkiej i morskiej jest podstawową zasadą działania elektrowni osmotycznej. Im jest ona większa, tym większa jest objętość i natężenie przepływu na membranie, a co za tym idzie, ilość energii wytwarzanej przez turbinę hydrauliczną. W Toft świeża woda spływa grawitacyjnie na membranę, w wyniku osmozy gwałtownie wzrasta ciśnienie wody morskiej po drugiej stronie. Siła osmozy jest kolosalna – ciśnienie może podnieść poziom wody morskiej o 120 m.

Następnie powstała rozcieńczona woda morska przepływa przez dystrybutor ciśnienia na łopatki turbiny i po oddaniu im całej energii jest wrzucana do morza. Rozdzielacz ciśnienia przejmuje część energii przepływu, wirując pompy pompujące wodę morską. W ten sposób możliwe jest znaczne zwiększenie wydajności stacji. Rick Stover, dyrektor ds. technologii w firmie Energy Recovery, która zajmuje się produkcją tego typu urządzeń dla zakładów odsalania, ocenia, że efektywność przesyłu energii dystrybutorów kształtuje się na poziomie bliskim 98%. Dokładnie te same urządzenia odsalające pomagają dostarczać wodę pitną do budynków mieszkalnych.

Jak zauważa Skillhagen, w idealnym przypadku elektrownie osmotyczne powinny być połączone z zakładami odsalania – w tej ostatniej zasolenie resztkowej wody morskiej jest 10-krotnie wyższe od poziomu naturalnego. W takim tandemie efektywność wytwarzania energii wzrośnie co najmniej dwukrotnie.

Prace budowlane w Tofte rozpoczęły się jesienią 2008 roku. Na terenie celulozowni Sódra Cell wynajęto pusty magazyn. Na pierwszym piętrze zainstalowano kaskadę filtrów siatkowych i kwarcowych do oczyszczania wody rzecznej i morskiej, a na drugim piętrze znajdowała się maszynownia. W grudniu tego samego roku podniesiono i zainstalowano moduły membranowe i dystrybutor ciśnienia. W lutym 2009 roku grupa nurków położyła wzdłuż dna zatoki dwa równoległe rurociągi – do wody słodkiej i morskiej.

Woda morska w Toft jest pobierana z głębokości od 35 do 50 m – w tej warstwie jej zasolenie jest optymalne. Poza tym jest tam znacznie czyściej niż na powierzchni. Mimo to membrany stacji wymagają regularnego czyszczenia, aby usunąć pozostałości organiczne zatykające mikropory.

Od kwietnia 2009 roku elektrownia działała w trybie próbnym, a w listopadzie lekką ręką księżnej Mette-Marit została uruchomiona w pełni. Skillhagen zapewnia, że po Tofte Statcraft będzie miał inne podobne, ale bardziej zaawansowane projekty. I nie tylko w Norwegii. Według niego podziemny kompleks wielkości boiska piłkarskiego jest w stanie nieprzerwanie dostarczać energię elektryczną do całego miasta, w którym znajduje się 15 000 indywidualnych domów. Co więcej, w przeciwieństwie do turbin wiatrowych, taka instalacja osmotyczna jest praktycznie bezgłośna, nie zmienia znanego krajobrazu i nie wpływa negatywnie na zdrowie człowieka. A sama natura zadba o uzupełnienie zapasów soli i słodkiej wody.

Uruchomiono pierwszą na świecie elektrownię, pozwalającą na pozyskiwanie energii z różnicy zasolenia wody morskiej i słodkiej. Instalacja została wybudowana przez norweską państwową firmę Statkraft w miejscowości Tofte koło Oslo.

Gigantyczna jednostka wytwarza energię elektryczną wykorzystując naturalne zjawisko osmozy, które pozwala komórkom naszego ciała nie tracić wilgoci, a roślinom utrzymać pozycję pionową.

Pozwól mi wyjaśnić. Jeśli oddzielimy półprzepuszczalną membraną dwa roztwory wodne o różnym stężeniu soli, wówczas cząsteczki wody będą miały tendencję do przemieszczania się do części, w której jest ich mniej, czyli tam, gdzie stężenie rozpuszczonych substancji jest wyższe. Proces ten prowadzi do zwiększenia objętości roztworu w jednej z komór.

Obecny zakład pilotażowy zlokalizowany jest przy ujściu rzeki wpływającej do Morza Północnego. Woda morska i rzeczna kierowana jest do komory oddzielonej membraną. W pomieszczeniu ze słoną wodą osmoza wytwarza ciśnienie odpowiadające słupowi wody o wysokości 120 metrów. Strumień trafia do turbiny, która obraca generator.

To prawda, jeśli odjąć energię trafiającą do pomp zasilających, okaże się, że jak dotąd norweski kolos wytwarza bardzo mało energii (2-4 kilowatów). Należy pamiętać, że nieco później planowane jest zwiększenie mocy do 10 kilowatów, a za 2-3 lata stworzenie kolejnej wersji testowej, która będzie generować do jednego megawata energii.

Ponadto podczas eksploatacji instalacji trzeba będzie rozwiązać wiele problemów. Konieczne będzie na przykład znalezienie sposobu na walkę z bakteriami zanieczyszczającymi filtry. Rzeczywiście, pomimo wstępnego oczyszczenia wody, szkodliwe mikroorganizmy mogą kolonizować wszystkie obszary systemu.

„Na pewno pojawią się trudności” – mówi Stein Erik Skilhagen, szef nowego przedsięwzięcia. „Nie jesteśmy jeszcze w stanie przewidzieć, które z nich”. Ale od czegoś trzeba zacząć.

Schematy ilustrujące zjawisko osmozy i konstrukcję nowej stacji. Więcej o technologii i początkach jej rozwoju można przeczytać w tym dokumencie PDF (ilustracje pochodzą z University of Miami, Statkraft).

„Potencjał tej technologii jest bardzo duży” – dodał minister energii Terje Riis-Johansen podczas ceremonii otwarcia.

Według szacunków firmy Statkraft, która projektuje i tworzy instalacje wytwarzające energię odnawialną, światowy roczny potencjał energii osmotycznej wynosi 1600-1700 terawatogodzin. A to nie jest ani więcej, ani mniej – 10% całkowitego światowego zużycia energii (i 50% zużycia energii w Europie).

Wiele dużych miast położonych jest w pobliżu ujść rzek, więc dlaczego nie miałyby mieć podobnych elektrowni? Co więcej, taką maszynę można nawet wbudować w piwnicę biurowca.

Pomiędzy dwoma zbiornikami umieszczona jest specjalna membrana, która umożliwia przepływ wody, ale nie cząsteczek soli. Do jednego z nich wlewa się świeżą wodę, do drugiego słoną. Ponieważ taki system dąży do równowagi, bardziej słona woda wydaje się wyciągać świeżą wodę ze zbiornika. Jeśli generator zostanie umieszczony przed membraną, nadciśnienie będzie obracać jego łopatki i wytwarzać prąd.
Pomysł, jak to często bywa, podsunęła żywa natura: na tej samej zasadzie transport substancji odbywa się w komórkach – te same częściowo przepuszczalne błony zapewniają elastyczność komórek. Ciśnienie osmotyczne od dawna jest z powodzeniem wykorzystywane przez człowieka do odsalania wody morskiej, jednak dotychczas po raz pierwszy zostało wykorzystane do wytwarzania energii elektrycznej.
W chwili obecnej prototyp wytwarza około 1 kW energii. W najbliższej przyszłości liczba ta może wzrosnąć do 2-4 kW. Aby mówić o opłacalności produkcji, należy uzyskać produkcję o mocy około 5 kW. Jest to jednak bardzo realne zadanie. Do 2015 roku planowana jest budowa dużej stacji o mocy 25 MW, która zasili 10 000 przeciętnych gospodarstw domowych. Oczekuje się, że w przyszłości IPS staną się na tyle potężne, że będą w stanie wygenerować 1700 TW rocznie, czyli tyle, ile produkuje obecnie połowa Europy. Głównym zadaniem w tej chwili jest znalezienie bardziej wydajnych membran.
Gra zdecydowanie warta świeczki. Zalety stacji osmotycznych są oczywiste. Po pierwsze, woda słona (do pracy stacji nadaje się zwykła woda morska) jest niewyczerpanym zasobem naturalnym. Powierzchnia Ziemi w 94% pokryta jest wodą, z czego 97% jest słona, dlatego na takich stacjach zawsze będzie paliwo. Po drugie, organizacja JES nie wymaga budowy specjalnych placów: odpowiednie są wszelkie niewykorzystane pomieszczenia istniejących przedsiębiorstw lub innych budynków biurowych. Ponadto IPS można instalować przy ujściach rzek, gdzie słodka woda wpływa do słonego morza lub oceanu – i w tym przypadku nie ma nawet potrzeby specjalnego napełniania zbiorników wodą.

Woda słodka + woda morska = źródło energii

Zwykle tam, gdzie rzeka wpływa do morza, woda słodka po prostu miesza się ze słoną i nie ma tam ciśnienia, które mogłoby służyć jako źródło energii. Profesor Klaus-Viktor Peinemann z Instytutu Badań nad Polimerami w Centrum Badawczym GKSS w miejscowości Geesthacht w północnych Niemczech tak wymienia warunki niezbędne do wystąpienia ciśnienia osmotycznego: „Jeśli woda morska i woda słodka zostaną oddzielone filtrem przed mieszanie - specjalna membrana, która przepuszcza wodę, ale jest nieprzepuszczalna dla soli, wtedy tendencja roztworów do równowagi termodynamicznej i wyrównywania stężeń może zostać zrealizowana tylko dzięki temu, że woda przeniknie do roztworu soli, a sól będzie nie wchodź do słodkiej wody.”

Jeśli dzieje się to w zamkniętym zbiorniku, wówczas z wody morskiej powstaje nadmierne ciśnienie hydrostatyczne, zwane ciśnieniem osmotycznym. Aby wykorzystać go do produkcji energii, w miejscu ujścia rzeki do morza należy zainstalować duży zbiornik z dwiema komorami, oddzielonymi od siebie półprzepuszczalną membraną, która pozwala na przepływ wody i nie przedostawanie się soli Poprzez. Jedna komora wypełniona jest wodą słoną, druga słodką. „Wynikające z tego ciśnienie osmotyczne może być bardzo wysokie” – podkreśla profesor Peineman. „Osiąga około 25 barów, co odpowiada ciśnieniu wody u podnóża wodospadu spadającego z wysokości 100 metrów”.

Woda pod tak wysokim ciśnieniem osmotycznym dostarczana jest do turbiny generatora, która wytwarza energię elektryczną.

Najważniejsze jest odpowiednia membrana

Wydawać by się mogło, że wszystko jest proste. Nic więc dziwnego, że pomysł wykorzystania osmozy jako źródła energii narodził się niemal pół wieku temu. Ale... „Jedną z głównych przeszkód w tamtym czasie był brak membran odpowiedniej jakości” – mówi profesor Peineman. „Membrany były niezwykle powolne, więc wydajność osmotycznego generatora elektrycznego była bardzo niska. Ale w przez kolejne 20-30 lat nastąpiło kilka przełomów technologicznych. Dowiedzieliśmy się, że dziś produkujemy niezwykle cienkie membrany, co oznacza, że ich wydajność wzrosła znacznie.”
Specjaliści z Centrum Badawczego GKSS wnieśli znaczący wkład w opracowanie samej membrany, która obecnie umożliwiła wdrożenie w praktyce wytwarzania energii osmotycznej – choć nadal ma ona charakter czysto eksperymentalny. Jeden z twórców, Carsten Blicke, wyjaśnia: "Grubość membrany wynosi około 0,1 mikrometra. Dla porównania ludzki włos ma średnicę od 50 do 100 mikrometrów. To właśnie ten cienki film ostatecznie oddziela wodę morską od świeżej."

Oczywiste jest, że tak cienka membrana sama w sobie nie jest w stanie wytrzymać wysokiego ciśnienia osmotycznego. Dlatego nakłada się go na porowate, przypominające gąbkę, ale niezwykle trwałe podłoże. Ogólnie rzecz biorąc, taka przegroda wygląda jak błyszczący papier, a faktu, że jest na niej folia, nie da się zauważyć gołym okiem.

Jasne perspektywy

Budowa zakładu pilotażowego wymagała inwestycji o wartości kilku milionów euro. Wciąż jednak znajdowali się inwestorzy, którzy byli gotowi podjąć ryzyko, choć nie od razu. Statkraft, jedna z największych firm energetycznych w Norwegii i europejski lider w wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii, zgłosiła się na ochotnika do sfinansowania innowacyjnego projektu. Profesor Peineman wspomina: „Słyszeli o tej technologii, byli zachwyceni i podpisali z nami umowę o współpracy. Na realizację tego projektu Unia Europejska przeznaczyła 2 miliony euro, resztę środków włożył Statkraft i szereg innych firm w tym nasz Instytut.”

„Wiele innych firm” to centra badawcze w Finlandii i Portugalii, a także norweska firma badawcza. Instalacja pilotażowa o mocy od 2 do 4 kilowatów, zbudowana w Oslofjord w pobliżu miasta Tofte i otwarta dzisiaj, ma na celu testowanie i doskonalenie innowacyjnej technologii. Kierownictwo Statkraft jest jednak przekonane, że za kilka lat dojdzie do komercyjnego zastosowania osmozy. Natomiast całkowity światowy potencjał produkcji energii osmotycznej szacuje się na nie mniej niż 1600-1700 terawatogodzin rocznie – to w przybliżeniu połowa zużycia energii w całej Unii Europejskiej. Najważniejszą zaletą takich instalacji jest ich przyjazność dla środowiska - nie hałasują i nie zanieczyszczają atmosfery emisjami gazów cieplarnianych. Ponadto można je łatwo zintegrować z istniejącą infrastrukturą.

Przyjazność dla środowiska

Osobno chciałbym zwrócić uwagę na absolutną przyjazność dla środowiska tej metody wytwarzania energii elektrycznej. Żadnych odpadów, utleniających materiałów w zbiornikach i szkodliwych oparów. IPS można zainstalować nawet na terenie miasta, nie powodując przy tym szkód dla jego mieszkańców.
Ponadto działanie IPS nie wymaga do uruchomienia innych źródeł energii i nie jest uzależnione od warunków klimatycznych. Wszystko to sprawia, że IPS jest niemal idealnym sposobem na wytwarzanie energii elektrycznej.

Jak dotąd na świecie istnieje tylko jeden działający prototyp elektrowni osmotycznej. Ale w przyszłości będzie ich setki.

Zasada działania elektrowni osmotycznej

Działanie elektrowni opiera się na efekcie osmotycznym – właściwości specjalnie zaprojektowanych membran pozwalających na przenikanie tylko określonych cząstek. Załóżmy na przykład membranę pomiędzy dwoma pojemnikami i do jednego z nich wlejmy wodę destylowaną, a do drugiego roztwór soli. Cząsteczki wody będą swobodnie przechodzić przez membranę, ale cząsteczki soli nie. A ponieważ w takiej sytuacji ciecze będą dążyć do równowagi, wkrótce świeża woda pod wpływem grawitacji przedostanie się do obu pojemników.

Jeśli różnica w składzie roztworów jest bardzo duża, wówczas przepływ cieczy przez membranę będzie dość silny. Umieszczając na swojej drodze turbinę hydrauliczną, można wytwarzać energię elektryczną. To najprostsza konstrukcja elektrowni osmotycznej. W tej chwili optymalnymi surowcami do tego są słona woda morska i słodka woda rzeczna – odnawialne źródła energii.

Eksperymentalna elektrownia tego typu powstała w 2009 roku w pobliżu norweskiego miasta Oslo. Jego wydajność jest niska - 4 kW lub 1 W na 1 m2. membrany. W najbliższej przyszłości liczba ta wzrośnie do 5 W na 1 mkw. Do 2015 roku Norwegowie zamierzają wybudować komercyjną elektrownię osmotyczną o mocy około 25 MW.

Perspektywy wykorzystania tego źródła energii

Główną przewagą IPS nad innymi typami elektrowni jest wykorzystanie wyjątkowo tanich surowców. Tak naprawdę jest to bezpłatne, gdyż 92-93% powierzchni planety pokrywa słona woda, a świeżą wodę można łatwo pozyskać tą samą metodą ciśnienia osmotycznego w innej instalacji. Instalując elektrownię u ujścia rzeki wpadającej do morza, wszystkie problemy z dostawami surowców można rozwiązać za jednym zamachem. Warunki klimatyczne pracy IPS nie są istotne – dopóki woda przepływa, instalacja działa.

W tym przypadku nie powstają żadne substancje toksyczne - na wyjściu powstaje ta sama słona woda. IPS jest całkowicie przyjazny dla środowiska i może być instalowany w pobliżu obszarów mieszkalnych. Elektrownia nie szkodzi dzikiej przyrodzie, a do jej budowy nie ma potrzeby blokowania rzek tamami, jak ma to miejsce w przypadku elektrowni wodnych. A niską sprawność elektrowni łatwo rekompensuje masowa skala takich instalacji.

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

Utrzymywanie

Głównym kierunkiem energetyki alternatywnej jest poszukiwanie i wykorzystanie alternatywnych (nietradycyjnych) źródeł energii. Źródła energii to „naturalnie występujące substancje i procesy, które pozwalają człowiekowi uzyskać energię niezbędną do życia”. Alternatywnym źródłem energii jest surowiec odnawialny, który zastępuje tradycyjne źródła energii wykorzystujące ropę naftową, wydobywany gaz ziemny i węgiel, które podczas spalania uwalniają do atmosfery dwutlenek węgla, co przyczynia się do nasilenia efektu cieplarnianego i globalnego ocieplenia. Powodem poszukiwania alternatywnych źródeł energii jest potrzeba jej pozyskiwania z energii odnawialnych lub praktycznie niewyczerpanych zasobów i zjawisk naturalnych. Można również wziąć pod uwagę przyjazność dla środowiska i opłacalność.

W 2010 roku energia alternatywna (bez energii wodnej) stanowiła 4,9% całej energii zużywanej przez ludzkość. W tym na ogrzewanie i podgrzewanie wody (biomasa, ogrzewanie i ogrzewanie wody słonecznej i geotermalnej) 3,3%; biopaliwo 0,7%; produkcja energii elektrycznej (elektrownie wiatrowe, słoneczne, geotermalne i biomasa w TPP) 0,9% Odnawialne (alternatywne) źródła energii stanowią zaledwie około 5% światowej produkcji energii elektrycznej w 2010 r. W maju 2009 r. 13% energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych zostało wyprodukowane produkowane z odnawialnych źródeł energii. 9,4% energii elektrycznej wytworzono w elektrowniach wodnych, około 1,8% uzyskano z energii wiatru, 1,3% z biomasy, 0,4% ze źródeł geotermalnych i 0,3% z energii słonecznej. W Australii w 2009 roku 8% energii elektrycznej zostało wytworzone ze źródeł odnawialnych.

W dzisiejszych czasach ludzie zajmujący się energią potrzebują coraz więcej energii, ponieważ wymyślają coraz więcej nowych wynalazków wymagających energii.

Energia powstała wiele milionów lat temu, kiedy ludzie nauczyli się rozpalać ogień: polowali za pomocą ognia, otrzymywali światło i ciepło, które przez wiele lat było źródłem radości i optymizmu. W moim eseju będę mówił o możliwym, przyjaznym dla środowiska źródle energii, którego ludzie nie zanieczyszczaliby otaczającego świata.

1. Racjonalne uzasadnienie

Dlaczego jako alternatywną formę produkcji energii wybieram elektrownię osmotyczną?

Główną zaletą jest przyjazność dla środowiska - nie wytwarza hałasu i nie zanieczyszcza atmosfery emisją gazów cieplarnianych; - zapewnione jest ciągłe odnawialne źródło energii, z niewielkimi wahaniami sezonowymi; - łatwość wdrożenia istniejącej infrastruktury; Elektrownię osmotyczną można stosować wyłącznie w ujściach rzek, gdzie woda słodka wpływa do wody słonej. Zjawisko osmozy jest szeroko rozpowszechnione w przyrodzie, umożliwia roślinom pobieranie wilgoci przez liście i jest powszechnie stosowane w procesie odsalania.

2. Efektywność użytkowania

Elektrownia osmotyczna to elektrownia stacjonarna działająca na zasadzie dyfuzji cieczy (osmozy).

Pierwszą i jedyną w tej chwili elektrownię osmotyczną na świecie firma Statkraft wybudowała w norweskiej miejscowości Tofte, na terenie celulozowo-papierniczej „Södra Cell Tofte”. Budowa elektrowni kosztowała 20 milionów dolarów i wymagała 10 lat badań i rozwoju technologii. Elektrownia ta nadal wytwarza bardzo mało energii: około 2-4 kilowatów. W dalszej kolejności planowane jest zwiększenie produkcji energii do 10 kilowatów.

Elektrownia ma obecnie charakter eksperymentalny, ale po pomyślnym zakończeniu testów elektrownia zostanie uruchomiona do użytku komercyjnego.

Wydawać by się mogło, że wszystko jest proste. Nic więc dziwnego, że pomysł wykorzystania osmozy jako źródła energii narodził się niemal pół wieku temu. Ale... „Jedną z głównych przeszkód był brak membran odpowiedniej jakości” – stwierdził profesor Payneman. „Membrany były niezwykle powolne, więc wydajność osmotycznego generatora elektrycznego byłaby bardzo niska. Ale w Przez kolejne 20-30 lat doszło do kilku przełomów technologicznych.Dzisiaj nauczyliśmy się produkować niezwykle cienkie membrany, co oznacza, że ich wydajność znacznie wzrosła.” Specjaliści z Centrum Badawczego GKSS wnieśli znaczący wkład w opracowanie samej membrany, która obecnie umożliwiła wdrożenie w praktyce wytwarzania energii osmotycznej – choć nadal ma ona charakter czysto eksperymentalny. A wynika z tego, że efektywność tej energii, choć niewielka, jest łatwo rekompensowana masą skali takich instalacji.

Energia alternatywna elektrowni osmotycznej

3. Technologie

Zatem tam, gdzie rzeki wpływają do mórz i oceanów, w okolicy mamy ogromne źródła zarówno słodkiej, jak i słonej wody – jest to idealne miejsce na budowę elektrowni osmotycznych. Jak zdobyć energię? Najprostszym sposobem jest umieszczenie wody w zbiorniku, który jest podzielony na dwie części półprzepuszczalną membraną.

Do jednego przedziału doprowadzana jest woda morska, do drugiego słodka. Ze względu na różne stężenia soli w wodzie morskiej i słodkiej, cząsteczki wody z przedziału świeżego, próbując wyrównać stężenie soli, przedostają się przez membranę do przedziału morskiego. W wyniku tego procesu w przedziale wody morskiej powstaje nadciśnienie, które z kolei wykorzystywane jest do obracania turbiny hydraulicznej wytwarzającej energię elektryczną.

Należy także podkreślić zalety i wady elektryczności osmatycznej.

Zalety:

W przeciwieństwie do energii wiatrowej i słonecznej, zapewniają one ciągłe odnawialne źródło energii, charakteryzujące się niewielkimi wahaniami sezonowymi.

Nie ma efektu cieplarnianego.

Wady:

Obecna membrana ma wskaźnik 1 W/mI. Wskaźnikiem, który sprawi, że stacje będą opłacalne, jest 5 W/m². Na świecie jest kilka firm produkujących podobne membrany (General Electric, Dow Chemical, Hydranautics, Toray Industries), jednak urządzenia do stacji osmotycznej muszą być znacznie cieńsze od obecnie produkowanych.

Elektrownię osmotyczną można stosować wyłącznie w ujściach rzek, gdzie woda słodka wpływa do wody słonej.

4. Horyzont

Perspektywy zastosowania w Rosji. Rzeki są podstawą rosyjskiego funduszu wodnego. Zajmująca około 12% powierzchni lądowej Rosja wyróżnia się dobrze rozwiniętą siecią rzeczną, a także unikalnym wybrzeżem wodnym o długości około 60 tys. km. Rzeki Rosji należą do basenów trzech oceanów: Arktyki, Pacyfiku i Atlantyku. Tym samym Rosja ma ogromny potencjał w rozwoju energii osmotycznej, zainteresowanie tym źródłem energii odnawialnej rośnie, a naukowcy z całego świata łączą siły, aby je rozwijać.

Kanadyjska firma Hydro-Québec, największy na świecie producent energii wodnej, współpracuje ze Statkraft w zakresie badań nad kolejną fazą technologii PRO. Ponadto bada możliwość utworzenia stacji osmotycznych wzdłuż kanadyjskiego wybrzeża.

W Japonii Tokijski Instytut Technologii otworzył centrum badawcze zajmujące się badaniem energii osmotycznej. Według jego pracowników potencjał energetyczny japońskich rzek – jeśli zostanie zrealizowany poprzez budowę stacji osmotycznych, w których rzeki wpływają do morza – pozwoli na zastąpienie 5-6 elektrowni jądrowych.

Wniosek

Rola energii w utrzymaniu i dalszym rozwoju cywilizacji jest bardzo duża. We współczesnym społeczeństwie trudno znaleźć choć jeden obszar aktywności człowieka, który nie wymagałby – bezpośrednio lub pośrednio – większej ilości energii, niż są w stanie zapewnić ludzkie mięśnie. Zużycie energii jest ważnym wskaźnikiem poziomu życia. W tamtych czasach człowiek zdobywający pożywienie ze zbierania owoców leśnych i polowania na zwierzęta potrzebował dziennie około 8 MJ energii. Po opanowaniu ognia wartość ta wzrosła do 16 MJ: w prymitywnym społeczeństwie rolniczym było to 50 MJ, a w bardziej rozwiniętym - 100 MJ.

W procesie rozwoju cywilizacji tradycyjne źródła energii były wielokrotnie zastępowane nowymi, bardziej zaawansowanymi, nie dlatego, że stare źródło się wyczerpało.

Najpotężniejszym źródłem energii jest energia jądrowa - lider energii. Zasoby uranu w porównaniu z zasobami węgla nie są tak duże. Ale na jednostkę masy zawiera miliony razy więcej energii niż węgiel. Uważa się, że przy wytwarzaniu prądu w elektrowni jądrowej trzeba wydać sto tysięcy razy mniej pieniędzy i pracy niż przy wydobywaniu energii z węgla. A paliwo nuklearne zastępuje ropę i węgiel... Zawsze tak było: kolejne źródło energii też było potężniejsze. Była to, że tak powiem, „wojownicza” linia energii. W przyszłości, wraz z intensywnym rozwojem energetyki, pojawią się rozproszone źródła energii, które nie są zbyt mocne, ale charakteryzują się dużą wydajnością, są przyjazne dla środowiska i łatwe w użyciu. Na przykład szybki start w energię elektrochemiczną, która później najwyraźniej zostanie uzupełniona energią słoneczną. Energia bardzo szybko gromadzi się, przyswaja i pochłania wszelkie najnowsze pomysły, wynalazki i osiągnięcia nauki. Jest to zrozumiałe: energia jest połączona dosłownie ze wszystkim, a wszystko jest przyciągane do energii i od niej zależy. Zatem chemia energetyczna, energia wodorowa, elektrownie kosmiczne, energia zamknięta w antymaterii, kwarki, „czarne dziury”, próżnia – to tylko najjaśniejsze kamienie milowe, udary, poszczególne linie scenariusza, który pisze się na naszych oczach i który może nosić nazwę Tomorrow Energy.

Podsumowując, można stwierdzić, że alternatywnych form wykorzystania energii jest niezliczona ilość, pod warunkiem opracowania w tym celu efektywnych i ekonomicznych metod. Najważniejsze jest, aby rozwój energetyki przebiegał we właściwym kierunku.

Opublikowano na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Rodzaje klasycznych źródeł energii. Główne powody wskazujące na znaczenie szybkiego przejścia na alternatywne źródła energii. Piorun jako źródło gwałtownych burz. Zalety i wady, zasada działania elektrowni piorunowej.

praca na kursie, dodano 20.05.2016

Główne rodzaje energii alternatywnej. Bioenergia, energia wiatru, energia słoneczna, pływy, oceany. Obiecujące sposoby pozyskiwania energii. Łączna moc elektrowni wiatrowych w Chinach, Indiach i USA. Udział energii alternatywnej w Rosji.

prezentacja, dodano 25.05.2016

Typowe źródła energii. Problemy współczesnej energetyki. „Czystość” energii otrzymywanej i wytwarzanej jako zaleta energii alternatywnej. Kierunki rozwoju alternatywnych źródeł energii. Wodór jako źródło energii, metody jego wytwarzania.

streszczenie, dodano 30.05.2016

Główne zalety i wady energii geotermalnej. Światowy potencjał energii geotermalnej i perspektywy jej wykorzystania. System zaopatrzenia w ciepło geotermalne, budowa elektrowni geotermalnych. Zapotrzebowanie na energię geotermalną.

test, dodano 31.10.2011

Historia rozwoju energii geotermalnej i przetwarzania energii geotermalnej na energię elektryczną i cieplną. Koszt energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowniach geotermalnych. Perspektywy wykorzystania alternatywnych źródeł energii i efektywność instalacji.

streszczenie, dodano 09.07.2008

Problemy rozwoju i istnienia energii. Rodzaje alternatywnych źródeł energii i ich rozwój. Źródła i metody wykorzystania energii geotermalnej. Zasada działania elektrowni geotermalnej. Ogólny schemat ideowy GeoPP i jego komponentów.

praca na kursie, dodano 05.06.2016

Typologia energii alternatywnych. Energia odnawialna w krajach arabskich. Energia jądrowa i jej zasoby w krajach arabskich. Przejście na wykorzystanie alternatywnych źródeł energii. Osiągnięte wyniki w obszarze energetyki alternatywnej.

test, dodano 01.08.2017

Istniejące źródła energii. Rodzaje elektrowni. Problemy rozwoju i istnienia energii. Przegląd alternatywnych źródeł energii. Budowa i zasada działania elektrowni pływowych. Obliczanie energii. Określenie efektywności.

praca na kursie, dodano 23.04.2016

Podstawowe informacje o alternatywnych źródłach energii. Zalety i wady kolektorów próżniowych. Zmniejszenie zależności od dostaw energii. Zastosowanie kolektorów skupiających. Korzyści z wykorzystania przyjaznej dla środowiska energii słonecznej.

streszczenie, dodano 21.03.2015

Przegląd rozwoju współczesnej energetyki i jej problemów. Ogólna charakterystyka alternatywnych źródeł energii, możliwości ich wykorzystania, zalety i wady. Zabudowa wykorzystywana obecnie do nietradycyjnej produkcji energii.