Для преобразования энергии перепада температур в океане предлагается несколько типов устройств. Наибольший интерес представляет преобразование тепловой энергии в электрическую с помощью термодинамического цикла, рабочим телом в котором служит жидкость с низкой температурой кипения (аммиак, изобутан, пропан, фреоны и др.). Схемы надводной и подводной океанических тепловых электростанций (ОТЭС), работающих по термодинамическому циклу Ренкина, представлены на рис. 7.1.
| б) |
| а) |
Рис. 7.1. Схемы океанических тепловых электростанций:
а – под водой, б – над водой: 1 – турбогенератор; 2 – испаритель;
3 – насос рабочей жидкости; 4 – конденсатор; 5 – насос забора
теплой воды; 6 – насос забора холодной воды
Рабочее тело, циркулируя по замкнутой схеме, отбирает тепло от горячей воды в испарителе и в паровой фазе приводит в действие турбину, связанную с генератором. После турбины пар конденсируется в охлаждаемом холодной водой конденсаторе. Отработанная теплая и холодная вода сбрасывается в океан [3].
Строительство и эксплуатация ОТЭС связаны с рядом проблем. Из-за низкого КПД цикла, для получения значительной мощности, требуются большие расходы теплой и холодной воды, а так же рабочего тела. Поэтому порядка 50 % мощности станции будет затрачено на работу насосов.
Сложной технической задачей является транспортировка и сборка труб большого диаметра для подъема на поверхность холодной воды с большой глубины.
Испаритель и конденсатор должны иметь очень большие поверхности теплообмена, а, следовательно, внушительные размеры. Поверхности трубок теплообменников подвержены биообрастанию, что приводит к ухудшению теплообмена. Поэтому требуется механическая или химическая очистка трубок теплообменников.
Ориентировочно промышленная ОТЭС мощностью 40 МВт должна иметь водоизмещение примерно 70 тыс. т, диаметр трубопровода холодной воды 10 м и рабочую поверхность теплообменников около 45 тыс. м2 [2].
Для передачи электроэнергии потребуются дорогостоящие подводные кабели. Изготовление такого кабеля длиной ~50 км вполне осуществимо. Электроэнергию крупных ОТЭС размещенных в сотнях километрах от берега и потребителей можно использовать на борту станции для производства химических веществ (например, водорода).
Создание экономически оправданных ОТЭС требует некоторой доработки теплообменников и турбин и не нуждается в новых устройствах. Главные недостатки ОТЭС – большая стоимость и размеры.
Предварительные исследования влияния ОТЭС на окружающую среду показали, что оно будет минимальным. К отрицательному воздействию ОТЭС на окружающую среду можно отнести:
1) возможную утечку в океан рабочего тела, а также веществ, используемых для промывки теплообменных аппаратов;
2) возможное выделение углекислого газа из холодной воды, поднимаемой на поверхность, из-за снижения давления и повышения температуры;
3) местное изменение циркуляции вод и биологическое воздействие на район океана.