ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Преобразование энергии ветровых волн и зыби Классификация преобразователей из "Энергия океана" Примем среднюю соленость поды океана ЗЗ ,, т. о. 35000 г/м , = 1,65, ii=8 Д/к/моль К, Г=300 К. Осмотическое давление такого раствора 389 464 Па, т. е. примерно 24 атм. Следовательно, в условиях средней солености океана возможно образование осмотического водопада высотой около 240 м. Полупроницаемая мембрана как бы создает для раствора водохранилище, подпертое плотиной высотой 240 м. Точнее, она сама играет одновременно роль такой плотины н насоса, накачивающего воду. При более высокой концентрации растворенной соли осмотическое давление будет еще выше. Например, для залива Кара-Богаз-Гол, соленость воды которого достигает. ЮО осмотическое давление будет примерно в 8,5 раз выше - - более 200 атм. Высокие значения осмотического давления открывают перспективы получения с его помощью значпте.11 ьной энергии. [c.24] Для получения осмотической энергии необходимо иметь вблизи более или менее концентрированного раствора источник с малой концентрацией соли. В условиях Мирового океана такими источниками являются устья впадающих в него рек. [c.24] Энергия градиента солености, рассчитанная по осмотическому давлению, не подвергается ограничениям по КПД, связанным с циклом Карно в этом заключается одиа из полоа ительных особенностей этого вида энергии. Вопрос состоит в том, как лучше преобразовать ее в электроэнергию. [c.24] При указанных данных для проницаемости пограничных слоев получаем значение П=5-10 смУс, что соответствует максимальному расходу растворителя 5 мл/с через 1 Г м поверхности полупроницаемой мембраны. [c.25] Кукуджанов К. В., Шувалов Д. В. Экспериментальная установка для преобразования энергии осмотического давления. — В кн. Тр. Всесоюз. студ. конф. XV КоРОле ,сцие чтения. М. ВИНИТИ, 1984, Л. 6650. . [c.25] Анализ выражения для мощности осмотической уста ковки показывает, что максимальная мощность достигается при P = кJ2. [c.26] Экспериментальная установка состоит из короткого металлического цилиндра диаметром около 200 мм, к обоим торцам которого прижаты две полупроницаемые мембраны из ацетатной целлюлозы. Сборка выполнена с помощью металлических щечек и стяжных шпилек, в щечках имеются многочисленные отверстия для пропуска воды к мембранам. В стенко цилиндра есть выпускное отверстие диаметром 2 мм, плотно закрытое пробкой. Перед опытом в цилиндр заливалась вода соленостью 35 / о и цилиндр помещался в бак с водопроводной водой. Под влиянием осмотического давления пресная вода из бака проникает через мембраны внутрь цилиндра и там повышается давление, в результате чего щечки цилиндра получают упругую деформацию. Через заданное время пробка вынимается и вода под давлением фонтанирует из цилиндра. По высоте фонтана и времени выдержки определяется расход, давление и вычислялась мощность установки. [c.26] Максимальное значение мощности достигало 7,4 Вт в пересчете на 1 м площади мембраны при расходе 4,4 мл/с через 1 ее поверхности. Пропускная способность мембраны, полученная опытным путем, близка к максимально возможной теоретически. Следует отметить, что использованные ацетатцеллюлозные мембраны значительно дешевле и долговечнее ионообменных. [c.26] Известны и другие способы преобразования энергии градиента солености в электрическую энергию, например, диалитическая батарея Вайнштейна и Лейтца, испытывавшаяся при разности солености в 32 / 1 . Батарея может производить 0,338 Вт с 1 м пары катион- и анионобмен-ных мембран при нагрузке 8,9 Ом. Выделяемая батареей мощность мала, мембраны дороги и недолговечны, поэтому устройства такого типа для преобразования энергии градиента солености едва ли можно считать перспективными. [c.26] Имеются сообщения о разработке и других установок для преобразования энергии градиента солености. Гра-циент солености. весьма привлекательный источник энергии Мирового океана, отличающийся значительными достоинствами, его практическое использование связано г нахождением оптимального способа преобразования. [c.27] Академик В. В. Шулейкин в свое время отметил три основных направления, по которым шла конструкторская мысль в использовании энергии поверхностных волн. С тех пор прошло достаточно много времени и появились новые способы использования энергии волн. Список авторских свидетельств и патентов на способы и устройства для преобразования энергии волн насчитывает ныне более 2000 наименований. [c.28] В наши дни для преобразования энергии волн в электрическую энергию используются семь волновых эффектов изменение уровня воды, продольные 1юлебания жидкости, пространственная скорость жидкости, изменение наклона свободной поверхности, переменное изгибание вслед за свободной поверхностью, гидродинамическое давление, переменное гидростатическое давление Значительное число устройств, действуюш их на основе перечисленных эффектов, функционирует но нолупериод-ному циклу с восстановлением исходного состояния силой тяжести. [c.28] Можно добавить некоторые другие физические явления, могуш,не получить или уже имеющие важное значение при использовании энергии волн. Например, инерционные преобразователи. Сила инерции с успехом используется в гидравлических преобразователях энергии волн. [c.28] Все многочисленные устройства для преобразования энергии поверхностных волн в электрическую энергию, основанные на использовании самых различных физических свойств (эффектов) поверхностных волн, можно разделить на четыре группы (рис. 1). Римской цифрой I обозначено прямое преобразование энергии волн в электрическую энергию. Устройство этой простейшей схемы состоит из одного генератора электрической энергии 1. [c.28] Волны непосредственно отдают ему свою энергию. Если генератор будет обладать достаточно высоким КПД, то такая схема — идеальный случай преобразования. [c.29] Но можно ли создать подобный электрический генератор Принципиально — молшо. Например, на основе пьезоэлектрического эффекта. Как известно, он заключается в возникнопении электрических зарядов при упругой деформации в определенных направлениях пьезоэлектрических веществ. Классический пример таких веществ — кристаллы пьезокварца. И некоторые другие вещества, общее количество их более 1200. При давлении на них в определенном направлении (или растяжении) на плоскостях кристаллов выделяются электрические заряды. Механическая работа непосредственно превращается в электрическую энергию. Казалось бы, чего лучше. [c.29] Пьезоэффект широко применяется при изменении давления в двигателях внутреннего сгорания, стволах артиллерийских орудий, подшипниках вагонных осей. За более чем столетний срок со дня открытия пьезоэлектричества история его ирименения но знает случаев, когда бы преобразователи па его основе оказались непригодными для измерительной техники. Применялись они с успехом и для измерения силы удара морских волн и для реи1ения многих других задач, в том числе в акустике, инфра-и ультразвуковой технике и пр. [c.29] Однако энергетических установок, использующих пьезоэффект для выработки электрической энергии, не существует. Одна из главных причин — ничтожно малая мощность пьезоэлектрических источников, связанная с малым значением пьезоэлектрического модуля Если еще учесть очень низкую частоту колебаний поверхностных волн, на этом пути пока ие приходится рассчитывать на получение практически важных результатов. Немного электрической энергии будет выделяться в момент удара гребней волн о пьезопреобразователь, а в остальное время напряжения практически не будет. [c.30] Вернуться к основной статье