Використання в Україні енергії морів

Модель хвильового плота випробувано науковцями Київського політехнічного інституту в 70-х роках минулого століття на Чорному морі. Вона мала довжину 12 м, діаметр поплавків - 0,4 м; на хвилях висотою 0,4-0,6 м і довжиною 10-15 м установка розвивала потужність 150 Вт.

Заслуговує на увагу проект використання глибинного сірководню Чорного моря для отримання електричної енергії [4]. Згідно з проектом берегова або плавуча електростанція буде використовувати енергоносій у вигляді сірководню, який на глибині під тиском знаходиться у розчиненому стані, а при підйомі води і зменшенні тиску сірководень виділяється у вільному стані. Цей горючий газ можна використовувати в парогенераторі або газовій турбіні, в результаті чого можна отримати електричну енергію, а вихідні сполуки сірки найдуть застосування в інших галузях.

Акумулювання енергії є однією з найважливіших проблем, коли йдеться про експлуатацію енергетичних систем на основі поновлювальних джерел енергії.

Акумулювати енергію необхідно через енергетичну нестабільність характеристик поновлювальних джерел і споживачів протягом року, у деяких випадках навіть протягом доби.

При застосуванні акумуляторів в енергосистемах на основі поновлювальних джерел енергії виконуються такі основні функції:

- забезпечення безперебійного енергопостачання споживачам за рахунок накопичення надмірної енергії та подальшого її використання в період відсутності або недостачі;

- забезпечення оптимального режиму роботи джерел енергії та споживачів за рахунок згладжування коливань в енергомережі;

- підвищення потенціалу енергії до необхідного при накопиченні низькопотенціальної енергії;

- перетворення енергії одного виду в інший відповідно до потреб споживача.

Як акумулятори енергії поновлювальних джерел можна використати [1]:

- електрохімічні акумулятори;

- теплові акумулятори;

- акумулятори на основі зворотних фазових переходів;

- акумулятори на основі зворотних хімічних реакцій;

- акумулятори, що працюють при переробці палива за рахунок його збагачування;

- акумулятори, що працюють на основі водню.

Використання електрохімічних акумуляторів є доцільним у комплексі із сонячними та вітровими установками різної потужності. Вони необхідні в установках невеликої потужності, оскільки при безпосередній роботі поновлювального джерела для споживача неможливо отримати електроенергію необхідної якості.

Дослідження показали, що найбільш ефективними для систем із вітроу станов ками та сонячними фотобатареями є лугові нікель- кадмієві акумулятори, які можна використовувати навіть при незначних (5 %) зарядних струмах.

У Німеччині проводяться роботи зі створення герметичних нікель-водневих акумуляторів із водневим електродом на основі гідратів металів. Вони екологічно чистіші й енергоємніші порівняно з нікель-кадмієвими.

Економічна ефективність теплового акумулятора за інших рівних умов визначається масою та об'ємом теплоакумулюючого матеріалу, необхідного для забезпечення заданих параметрів процесу.

Акумулювання фізичного тепла є найбільш застосовуваним. Досить низька теплоємність акумулятора має компенсуватися використанням великих об'ємів теплоакумулюючих матеріалів. Як акумулятори використовують теплоізольовані резервуари води.

Акумулятори, які використовують теплові ефекти зворотних фазових переходів, характеризуються більш високою густиною енергії тіла при невеликому об'ємі теплоакумулюючого матеріалу і мають практично постійну температуру розряду.

Теплоакумулятори з фазовим переходом поділяються на

о # о

низькотемпературні (до 120 С), середньотемпературні (120-400 С) та

о

високотемпературні (400-1000 С). Основні їхні параметри наведено в таблиці 4.9.1 [2].

Таблиця 4.9.1 - Основні параметри теплоакумуляторів із фазовим переходом Т еплоакумулюючі матеріали Діапазон температури плавлення, °С Об’ємна густина акумульованої енергії, МДж/м Гідрати солей та їхні суміші 30-50 200400 Органічні сполуки 30-60 150-200 Солі 140-1000 300-1900 Метали та їхні сплави 270-1000 540-3000 Луги 300-500 1280

В теплоакумуляторах є конструктивна сумісність акумулятора та його оболонки.

Акумулятори, що працюють із використанням ефекту зворотних хімічних реакцій, характеризуються ще вищою густиною енергії, порівняно з вищерозглянутими акумуляторами, однак вони мають більш високу ціну за рахунок використання відносно дорогих хімічних сполук, а також виділяють гази в процесі хімічних реакцій.

В таблиці 4.9.2 наведено зворотні хімічні реакції деяких речовин, які можуть бути використані в хімічних акумуляторах енергії [2].

Таблиця 4.9.2-Основні параметри деяких хімічних акумуляторів Хімічні сполуки Температура, °С Густина енергії, що акумулюється, ГДж/м3 Са(ОН)2 СаО + Н20 525 2,21 S03 S02 + 0,502 650 0,51 Ва02 <-» ВаО + 0,502 825 2,36 СаС03 <-» СаО + С02 860 4,82

Коли є залишкова енергія поновлювальних джерел, то її можна використовувати для збагачення природного палива під час його переробки, тобто акумулювати енергію в паливі. Ефективність такого акумулювання можна розглянути на прикладі переробки вугілля.

При звичайному спалюванні вугілля маємо

С + 02 = СО2 + 393,5 кДж/кг, тобто кожний кілограм вугілля при спалюванні виділяє 393,5 кДж теплової енергії.

Якщо обробити вугілля водяною парою, то отримаємо С + Н20 = СО + Н2 -131,3 кДж/кг.

Це означає, що замість вуглецю як енергоносія отримаємо енергоносії у вигляді оксиду вуглецю та водню, а витрата енергії

131,3 кДж/кг станеться за рахунок енергії поновлювальних джерел.

При спалюванні отриманих енергоносіїв будемо мати:

СО + 0,502 = СО2 + 283 кДж/кг;

Н2 + 0,502 = Н20 + 241,8 кДж/кг.

Отже, маємо сумарну теплову енергію 524,8 кДж/кг, що, порівняно зі звичайним спалюванням вугілля (395,5 кДж/кг), дасть збагачення палива на 33,3 %.

При обробці вугілля вуглекислим газом маємо

С + С02 =2СО-172,5 кДж/кг.

При спалюванні отриманого оксиду вуглецю будемо мати 2СО + 02 = 2С02 + 566 кДж/кг, це означає, що отримаємо збагачення вугілля на 43,8 %.

Акумулювання енергії на основі водню (рисунок 4.9.1) має великі перспективи. З енергетичної точки зору, водень - це альтернатива нафті та природному газу, при цьому:

- запаси водню в складі води практично невичерпні;

- теплота згорання водню в кілька разів вища, ніж у природних газів;

- водень як паливо може бути використаний для отримання теплової та електричної енергії, а також у двигунах різного виду;

- водень-екологічно чисте паливо.

н2 електро­ ліз ер 02

теплота на опалення та гаряче водопостачання

н20 електроенергія від поновлювального

Рисунок 4.9.1 - Акумуляція енергії ПДЕ на основі водню

Система акумулювання на основі водню забезпечує:

-стабільне енергопостачання споживачів;

-розв'язання проблем зберігання водню і його використання з метою отримання теплової та електричної енергії;

-отримання палива з оптимальними характеристиками.