Использование энергии биомассы

К биомассе относят различные органические отходы промышленного, сельскохозяйственного и бытового происхождения.

Переработка биомассы в топливо осуществляется в специальных устройствах с образованием газообразного топлива (биогаза) или жидкого топлива. Применяются установки для термохимической обработки твёрдых органических отходов с образованием горючего газа. Создаются специальные котлы для экологически чистого сжигания бытового мусора и других отходов.

В некоторых странах для получения тепла используют быстрорастущие породы деревьев, плантации которых обновляются с периодом в 5-6 лет.

В 1992 г. в России были разработаны биоэнергетические установки (БЭУ) для средних ферм с использованием биогаза для обогрева домов и теплого водоснабжения животноводческих хозяйств. Наибольшие успехи в переработке отходов животноводства и сельскохозяйственного производства достигнуты в Китае.

Энергия мирового океана

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 10²⁶ Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 10¹⁸ Дж. Однако пока что люди умеют утилизировать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор кажется малоперспективной. Аналогичная ситуация с использованием энергии волн. Местами волны 1 м береговой линии океана в среднем имеют мощность более 10 кВт, но сегодня волнение используется в основном для сигнализации бакенов.

Наиболее очевидным и привлекательным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). Первая приливная электростанция мощностью 635 кВт была построена в 1913 г. в Англии. Через 20 лет в США было начато строительство мощной ПЭС, но вскоре было прекращено из-за очевидной невыгодности. И только в 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13 метров была пущена в работу ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой выработкой 540 тыс. кВт·ч электроэнергии. Принципиальная схема приливной электростанции показана на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2. Схема ПЭС:

1 – плотина; 2 – бассейн; 3 – обратимый гидроагрегат;

4 – наибольший уровень прилива; 5 – уровень отлива.

Годом позже дала первый ток Кислогубская ПЭС, «маленькая станция, родившая большие надежды». Особенность её в том, что она плавучая и строилась на берегу в доке близ Мурманска. На место постоянной работы доставляется по воде. Предложенная и опробованная новая технология строительства ПЭС значительно снижает её удельную стоимость. На этой основе было выбрано место на побережье Баренцева моря в Мезенском заливе для сооружения мощной ПЭС на 6 млн. кВт. Однако проект так и остался в планах.

Заметное внимание уделяется «океанотермической энергоконверсии» (ОТЭК), т.е. получению электроэнергии за счёт разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами (рисунок 7.3). В качестве рабочего тела в замкнутом цикле турбины могут использоваться такие легкоиспаряющиеся жидкости как пропан, фреон или аммоний. В какой-то мере аналогичными, но более далёкими представляются перспективы получения электроэнергии за счёт различия между солёной и пресной, например морской и речной водой.

Уже немало инженерного искусства вложено в макеты генераторов электроэнергии, работающих за счёт морского волнения, причём обсуждаются перспективы электростанций с мощностями на многие тысячи киловатт. Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды Японии. В течение многих лет бакены-свистки береговой охраны США действуют благодаря волновым колебаниям. Сегодня вряд ли существует прибрежный район, где не было бы своего собственного изобретателя, работающего над созданием устройства, использующего энергию волн.

Океан может служить основным источников водородной энергетики. Водород – один из наиболее распространённых элементов во Вселенной. В океане он содержится в каждой капле воды. Формула воды Н₂О означает, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Извлечённый из воды водород можно сжигать как топливо и использовать не только для того, чтобы приводить в движение различные транспортные средства, но и для получения электроэнергии.

Рисунок 7.3. Схема ОТЭК:

1 – насос тёплой воды; 2 – насос холодной воды; 3 – теплообменник;

4 – конденсатор; 5 – турбина; 6 – насос; 7 – генератор.

Всё большее число химиков и инженеров с энтузиазмом относится к «водородной энергетике» будущего, так как полученный водород достаточно удобно хранить: в виде сжатого газа в танкерах или сжиженном виде в криогенных контейнерах при температуре –203 ^оС. Его можно хранить и в твёрдом виде после соединения с железо-титановым сплавом или с магнием для образования металлических гидридов. После этого их можно легко транспортировать и использовать по мере необходимости.

Таким образом, в океане, который составляет 71% поверхности планеты, потенциально имеются различные виды энергии – энергия волн и приливов; энергия химических связей газов, питательных веществ, солей и других минералов; скрытая энергия водорода, находящаяся в молекулах воды; энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана; удивительная по запасам энергия, которую можно получать, используя разницу температур воды океана на поверхности и в глубине, и их можно преобразовать в стандартные виды топлива.

Энергетические системы