Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Интересные факты, Интересные электротехнические новинки » Осмотическая электростанция: чистая энергия соленой воды
Количество просмотров: 51991
Комментарии к статье: 5


Осмотическая электростанция: чистая энергия соленой воды


Осмотическая электростанция: чистая энергия соленой водыСразу необходимо предупредить: в заголовке нет ошибки, о космической энергии, созвучной названию, рассказа не будет. Ее мы оставим эзотерикам и фантастам. А речь пойдет о привычном явлении, с которым мы в течение всей жизни сосуществуем рядом.

Многие ли знают, за счет каких процессов соки в деревьях поднимаются на значительную высоту? Для секвойи она составляет более 100 метров. Происходит эта транспортировка соков в зону фотосинтеза за счет работы физического эффекта – осмоса. Заключается он в простом явлении: в двух растворах разной концентрации, помещенных в сосуд с полупроницаемой (проницаемой только для молекул растворителя) мембраной, спустя некоторое время появляется разность уровней. В дословном переводе с греческого языка осмос – это толчок, давление.

А теперь от живой природы вернемся к технике. Если в сосуд с перегородкой поместить морскую и пресную воду, то за счет разной концентрации растворенных солей появляется осмотическое давление и уровень морской воды поднимется. Молекулы воды перемещаются из зоны высокой их концентрации в зону раствора, где примесей больше, а молекул воды меньше.

Перепад в уровнях воды дальше используется обычным образом: это знакомая работа гидроэлектростанций. Вопрос только состоит в том, насколько эффект осмоса пригоден для промышленного применения? Расчеты показывают, что при солености морской воды 35 г/литр за счет явления осмоса создается перепад давления 2 389 464 Паскаля или около 24 атмосфер. На практике это эквивалентно плотине высотой 240 метров.

Но кроме давления еще очень важной характеристикой является селективность мембран и их проницаемость. Ведь турбины вырабатывают энергию не от перепада давления, а благодаря расходу воды. Вот здесь, до недавнего времени, существовали очень серьезные трудности. Подходящая осмотическая мембрана должна выдерживать давление, превышающее в 20 раз давление в привычном водопроводе. При этом иметь высокую пористость, но задерживать молекулы солей. Сочетание противоречивых требований долго не позволяло использовать осмос в промышленных целях.

При решении задач опреснения воды была изобретена мембрана Лоэба, которая выдерживала колоссальное давление и задерживала минеральные соли и частицы до 5 микрон. Применить мембраны Лоэба для прямого осмоса (выработки электроэнергии) долго не удавалось, т.к. они были чрезвычайно дороги, капризны в эксплуатации и обладали низкой проницаемостью.

Прорыв в использовании осмотических мембран наступил в конце 80-х годов, когда норвежские ученые Хольт и Торсен предложили использовать модифицированную полиэтиленовую пленку на керамической основе. Совершенствование структуры дешевого полиэтилена позволило создать конструкцию спиральных мембран, пригодных для использования в производстве осмотической энергии. Для проверки технологии получения энергии от эффекта осмоса в 2009 году была построена и запущена первая в мире экспериментальная осмотическая электростанция.

Норвежская энергетическая компания Statkraft, получив государственный грант, и затратив более 20 млн. долларов, стала пионером в новом виде энергетики. Построенная осмотическая электростанция вырабатывает около 4 кВт мощности, которой хватает для работы ... двух электрических чайников. Но цели постройки станции гораздо серьезней: ведь отработка технологии и испытание в реальных условиях материалов для мембран открывают путь к созданию значительно более мощных сооружений.

Коммерческая привлекательность станций начинается с эффективности съема мощности более 5 Вт с квадратного метра мембран. На норвежской станции в Тофте это значение едва превышает 1 Вт/м2. Но уже сегодня испытываются мембраны с эффективностью 2,4 Вт/м2, а к 2015 году ожидается достижение рентабельного значения 5 Вт/м2.

Осмотическая электростанция в Тофте
Турбина на электростанции
Модули с мембранами на электростанции

Осмотическая электростанция в Тофте

Но есть обнадеживающая информация из исследовательского центра Франции. Работая с материалами на основе углеродных нанотрубок, ученые получили на образцах эффективность отбора энергии осмоса около 4000 Вт/м2. А это уже не просто рентабельно, а превышает эффективность практически всех традиционных источников энергии.

Еще более впечатляющие перспективы обещает применение графеновых пленок. Мембрана толщиной в один атомный слой становится полностью проницаема для молекул воды, задерживая при этом любые другие примеси. Эффективность такого материала может превышать 10 кВт/м2. В гонку по созданию мембран высокой эффективности включились ведущие корпорации Японии и Америки.

Если удастся в течении ближайшего десятилетия решить проблему мембран для осмотических станций, то новый источник энергии займет ведущее место в обеспечении человечества экологически чистыми энергоносителями. В отличие от энергии ветра и солнца, установки прямого осмоса могут работать круглые сутки и не зависят от погодных условий.

Мировой резерв энергии осмоса огромен - ежегодный сброс пресных речных вод составляет более 3700 кубических километров. Если удастся использовать только 10% этого объема, то можно вырабатывать более 1,5ТВт/часов электрической энергии, т.е. около 50% европейского потребления.

Но не только этот источник может помочь решить энергетическую проблему. При наличии высокоэффективных мембран можно использовать энергию глубин океана. Дело в том, что соленость воды зависит от температуры, а она на разных глубинах разная.

Используя температурные градиенты солености, можно не привязываться к устьям рек в строительстве станций, а просто размещать их в акватории океанов. Но это уже задача отдаленного будущего. Хотя практика показывает, что делать прогнозы в технике – это неблагодарное занятие. И будущее уже завтра может постучаться в нашу действительность.

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Интересные факты, Интересные электротехнические новинки

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 

О сайте Электрик Инфо и авторах статей



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • 5 необычных способов получения электрической энергии
  • Электрическая энергия из растений - зеленые электростанции
  • Датчики давления Honeywell
  • Светодиодные солевые светильники на основе морской воды
  • Реле давления РМ-5
  • Самая большая литиевая аккумуляторная батарея в мире
  • Альтернативные источники энергии
  • Водородные топливные элементы - ключевые технологии Panasonic
  • Ветряная электростанция дома: благо или блажь?
  • Термоядерная энергетика: состояние и перспективы
  • Категория: Интересные факты, Интересные электротехнические новинки

    Электрическая энергия

      Комментарии:

    #1 написал: Олег+ |

    А можно еще раз поподробнее механику процесса объяснить? А то я как та бабушка, котрой подробно рассказали о принципе работы парового двигателя на паровозе, а потом она и говорит: "Все понятно, сынок, понятно. Ты только скажи, куда лошадь впрягают?"  Допустим, очистные сооружения сбрасывают сточные воды после очистки в море, т.е. имеем два источника воды разной солености, причем морская вода присутствует как бы в статике, а пресная сбрасывается постоянно. Ну и что? Допустим, организовали еще один водоем с мембраной посредине, в одной половине - пресная вода, в другой - яное дело - соленая... Ну и что? Неужели увидим, что уровень воды в половине с соленой водой повышается? Вроде становится понятно, что разность уровней уже можно использовать. Но все равно, прокомментируйте.

      Комментарии:

    #2 написал: Евген |

    Интересная идея...
    Однако вопрос - зачем городить огород из мембран, для подъема соленой воды в устье реки? Вызывает сомнение, что потенциальная энергия объема соленой воды, поднятой осмосом будет существенно превышать энергию стока реки в устье....
    Почему выгоднее создавать перепад осмосом, когда он и так имеется - пресная вода течет в море из реки. ..... Осмос-технология предлагает загородить пресную воду мембраной, через которую эта же самая вода будет проникать в соленую.... ну и подниматься на некоторый уровень вверх.... За счет чего получается положительный энергетический баланс в системе с мембраной, по сравнению с прямым использованием энергии стока заданного объема воды?

      Комментарии:

    #3 написал: Яков |

    Осмотическая электростанция берёт под контроль смешивание солёной и пресной воды, тем самым извлекает энергию из увеличивающейся энтропии жидкостей. Смешивание проходит в резервуаре, который разделен на два отсека полупроницаемой мембраной. В один отсек подается морская вода, а в другой пресная. За счёт разной концентрации солей в морской и пресной воде, молекулы воды из пресного отсека, стремясь выровнять концентрацию соли, переходят через мембрану в морской отсек. В результате этого процесса в отсеке с морской водой формируется избыточное давление, которое в свою очередь используется для вращения гидротурбины вырабатывающей электроэнергию.

      Комментарии:

    #4 написал: Андрей |

    Хотелось бы увидеть ссылочку на обнадеживающую информацию, где говорится 4 КВТ на м^2. Ну и хотелось бы знать, как они собираются чистить мембраны, которые в морской воде будут забиваться всякими примесями мгновенно.

      Комментарии:

    #5 написал: Даниил |

    Осмос - это давление, создаваемое проникновением растворителя (например, воды) через полупроницаемую мембрану в раствор, в котором концентрация веществ (молекул или ионов) выше, чем в проникающем растворителе. Процесс проникновения растворителя продолжается до тех пор, пока по обеим сторонам мембраны не будет достигнута одинаковая концентрация веществ. Таким образом, раствор изначально разбавлен более высокой концентрацией растворенных веществ. В принципе это диффузионный процесс, при котором вещества проходят через барьер до тех пор, пока концентрации веществ по обе стороны барьера не выровняются, за исключением того, что в этом случае барьер проницаем как для растворителя, так и для растворенных веществ. И неважно, жидкости это или газы. Однако если барьер проницаем только для растворителя, то он полупроницаем, растворенные вещества через него не проходят, а проходит только растворитель до тех пор, пока концентрации по обе стороны барьера не выровняются. Использование энергии осмотического давления было предметом рассмотрения при строительстве электростанций на Мертвом море еще в 1998 г., когда производство чистой воды методом обратного осмоса составило до 2 млн м3 в сутки и производство электроэнергии 48 000 кВт. Объекты чистой воды оценивались в 190 миллионов долларов, а производство электроэнергии – в 4000 долларов за установленный кВт. В 2006 г. в США был оформлен патент на использование осмотической энергии, охватывающий ряд вариантов полупроницаемых мембран. Самой большой проблемой является размер и проницаемость мембраны, которую следует решить, соединив множество мембранных модулей. Мембранные модули обратного осмоса были разработаны в 80-х годах прошлого века и используются для технической очистки воды в энергетике, пищевой промышленности и других областях.

    Кстати, осмотическое давление является одной из основных сил, влияющих на живые клетки, поскольку цитоплазматическая мембрана полупроницаема. Даже у одноклеточных организмов некоторые пульсирующие вакуоли функционируют как насосы, откачивающие лишнюю воду обратно в окружающую среду, у растений чистая вода поступает в цитоплазму через цитоплазматическую мембрану и осмотическое давление (потенциал) тем выше, чем выше концентрация осмотически активных веществ. Поскольку растительные клетки имеют твердую клеточную стенку, проникающая вода не может ее расширить, создавая силу против клеточной стенки, называемую тургором. Тургор отдельных клеток обеспечивает поддержку клеток растения и при отсутствии воды он снижается и растение увядает. У животных поддерживается точная концентрация ионов в жидкостях организма (так называемых внеклеточных), что отдельные клетки не повреждаются избыточным водоснабжением или, наоборот, чрезмерной потерей воды. Поэтому инъекционные препараты применяют в так называемом изотоническом растворе.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.