Бродянский В.М. От твердой воды до жидкого гелия (история холода)

Использование природного холода для выработки электроэнергии

Не менее интересные возможности открывает использование природного холода для выработки электроэнергии в северных районах (где она особенно дорога). Решение задачи основано, в конечном счете, на идее, высказанной очень давно проф. Д'Арсонвалем в статье, появившейся во французском журнале "Revue Scientifique" ("Научные известия") в сентябре 1881 г. Эта статья в то время не произвела особого впечатления и была забыта, так же как и последующие проработки начала ХХ в., сделанные в США, Германии и Италии.

Сущность идеи заключалась в использовании существующие в природных условиях разностей температур для работы паросилового цикла, приводящего в движение электрогенератор. Такие разности температур характерны для морей как в тропических условиях, так и в Арктике и Антарктике; в средним широтах таких условий нет. Только в 1926 г. Парижская академия наук получила сообщение, подписанное Ж. Клодом [Ж. Клод, создатель первого работающего детандера, о работах которого по ожижению воздуха упоминалось в гл. 4; Д'Арсонваль был одним из его старших друзей.] и П. Бушеро, об экспериментальной проверке идеи Д'Арсонваля и намерении авторов осуществить ее на практике. Они писали: "Как известно, морская вода имеет на глубине 1000 м температуру 4-5°С. С другой стороны, известно, что температура поверхности тропических морей в основном колеблется от 26 до 30°С. Исходя из этих двух фактов, модно набросать грандиозный план использования тепла морей...

...Использовать глубинные воды на первый взгляд кажется затруднительным. Но эти затруднения легко побороть, так как достаточно опустить до желаемой глубины хорошо изолированную трубу; тогда холодная вода поднимется по этой трубе..."

Ж. Клод после нескольких неудачных попыток, связанных с трудностями при погружении длинной трубы в море, добился на Кубинском побережье частичного успеха. В октябре 1930 г., после погружения трубы на 600 м, используя воду с температурой 14 и 28°С, удалось создать паровой цикл и получить мощность 26 кВт.

На эти опыты Клод и Бушеро потратили из собственных средств около 1 млн долл. [После успехов в создании детандера, описанных в гл. 5, Ж. Клод создал крупную фирму "Air Liquid" по выпуску воздухоразделительных установок и получению продуктов разделения (кислорода, азота и инертных газов), существующую до сих пор. ] Дальнейшие опыты, вследствие ряда неудач, связанных с трудностями погружения трубы на большую глубину, были оставлены.

Однако идея Д'Арсонваля возродилась уже в послевоенные годы, только в другом, полярном ("холодном") варианте. В нем температуры распределялись наоборот: вода подо льдом значительно теплее холодного воздуха над ним. Даруемая природой разность температур при этом будет значительно больше. На северном побережье России средняя зимняя температура воздуха составляет (с ноября по март) от -25 до 30°С, а воды от -1 до 3°С. Нет также необходимости качать воду из глубины - достаточно опустить трубу под лед.

Предложено много вариантов схем таких электростанций. Наиболее приемлемая из них показана схематически на рис. 6.12.

Рабочее тело (такое же, как в холодильной установке - аммиак, экологически чистый фреон или углеводород, сконденсированный посредством холодного воздуха) стекает из конденсатора в насос, откуда подается в испаритель. Здесь под высоким давлением, создаваемым насосом, он испаряется, нагреваемый относительно "теплой" морской водой, Пар высокого давления поступает а турбину. Работа турбины передается электрогенератору, вырабатывающему электроэнергию, отдаваемую потребителю. Часть этой энергии отдается питательному насосу, перекачивающему жидкость. Отработанный пар низкого давления возвращается, а конденсатор, и цикл замыкается. Если в такой схеме использовать, например, аммиак, то его давление в испарителе составит примерно 0,45 МПа, а в конденсаторе - 0,17 МПа. Это отношение давлений вполне обеспечивает работу турбины.

Рис. 6.12. Принципиальная схема электростанции, работающей на разности температур холодного воздуха и "теплой" воды подо льдом: 1 - турбина с электрогенератором; 2 - насос; 3 - конденсатор; 4 - испаритель

Нетрудно видеть, что при этом повторяется классическая схема тепловой электростанции, работающей на водяном паре. Разница состоит только в том, что испарение рабочего тела производится не горячими дымовыми газами, а "теплой" морской водой, а его конденсация - уже не водой, а холодным воздухом. Электростанции такого типа очень перспективны. В зимнее время они могут полностью заменить электростанции работающие на дорогом дизельном топливе. К сожалению, работам по созданию, совершенствованию внедрению таких электростанций (так же, как и других нетрадиционных источников энергии) в России не уделяется достаточного внимания.

Следующая страница: Перспективы и трудности использования холода