Подъем тумана - Mist lift

Пример генератора энергии потока тумана.
A: Вакуумный насос, поддерживающий низкое давление в конструкции. B: Вход, позволяющий теплой воде стекать с поверхности в турбину. C: Основание конструкции на 100 м ниже поверхности, где расположена турбина. D: Труба холодной воды, простирающаяся на глубину (обычно на глубину от 700 до 1000 метров). E: Место, где струи холодной воды разбрызгиваются вверх в сосуд.

В Подъем тумана, Поток тумана или же Паровой подъемник насос это газовый лифт техника подъема воды, используемая в виде Преобразование тепловой энергии океана (OTEC), куда падает вода для работы гидроэлектрической турбины. Вода перекачивается с уровня, на котором она падает, используя поднимающийся пар, который объединяется в многофазный поток.[1] Независимо от производства энергии, этот метод можно использовать просто как насос с тепловым приводом, используемый для подъема океанской воды с глубины для неуказанных целей.[2]

Операция

Как и в других схемах ОТЭК с открытым циклом, этот метод включает кипячение морской воды при низком атмосферном давлении. Схема может принимать множество форм, поэтому для иллюстрации будет описана конкретная форма, а в разделе ниже будут перечислены подробности альтернативных форм. Предпосылкой для подъема тумана является наличие значительного температурного градиента. Обычно температура теплой поверхностной воды ожидается около 25 ° C (77 ° F). Температура холодной воды с глубины должна быть около 5 ° C (41 ° F).[3][4] В общем наборе вариантов осуществления используется плавающее бетонное судно, большая часть которого погружена под воду. Большие объемы теплой поверхностной морской воды падают под действием силы тяжести со значительной высоты, например, со 100 метров (330 футов), для выработки электроэнергии из гидроэлектрическая турбина в основании конструкции. «Туманный лифт» получил свое название от газлифтной техники, используемой для откачки воды обратно из конструкции. Из-за частичного вакуума внутри конструкции теплая морская вода с поверхности закипает, создавая большие объемы поднимающегося пара. На высоте от 10 до 20 метров струи холодной морской воды разбрызгиваются вверх в пар, быстро сжимая его и тем самым создавая значительно более низкое давление наверху конструкции, чем у основания. Это приводит к тому, что многофазный пароводяной «туман» поднимается с большой скоростью к вершине конструкции, где он выходит.[1][5]

Детали вариаций

  • В наземных формах вода поднимается на башню, а вода падает, чтобы привести в движение турбину.[1]
  • Многофазный поток может преодолеть проблемы трения конструкции цилиндра, если струя холодной жидкости направляется вверх через центр цилиндра. Сжатый пар притягивается к центру цилиндра, уменьшая контакт между частями потока с более высокой плотностью и стенками цилиндра.[2]
  • Высота конструкции может сильно варьироваться, при этом большая высота коррелирует с большей выходной мощностью. Первоначальный патент Риджуэя призывал к сооружению высотой 50 метров (160 футов).
  • Подобно эрлифтным насосам, многофазный поток может принимать форму не только тумана, но и пенистой смеси пузырьков, как это предполагал Эрл Бек. [6]
  • Многофазные потоки с пузырьками имеют тенденцию лопать по мере подъема, снижая производительность насоса. Этот эффект можно уменьшить за счет использования вспенивающего агента, такого как моющее средство, предложенного Зенером и Фетковичем.[3][7]
  • Лифт можно разделить на две ступени, которые теоретически могут производить 800 киловатт холодной воды на кубический метр в секунду.[5]

Детали, распространенные в дизайне Риджуэя

  • Вакуумный насос поддерживает давление 2400 паскалей (0,35 фунта на квадратный дюйм) в основании конструкции.
  • Струи холодной воды создают более низкое давление 1200 паскалей (0,17 фунт / кв. Дюйм) в середине конструкции.
  • Входная вода фильтруется и деаэрированный для удаления газов с целью улучшения характеристик кипения.[4]
  • Капли тумана размером 200 микрометров могут подниматься на расстояние до 50 метров за счет собственных паров, образующихся при мигании.[8]

Проблемы дизайна

  • Если турбина возникает в процессе после того, как водяной туман поднимается, может быть большое количество микропузырьков, которые могут вызвать чрезмерное кавитация ротора турбины.[6]
  • Если используется погруженная конструкция, стоимость погружной камеры может составлять до 40 процентов стоимости установки из-за необходимой прочности и объема. Камера большого объема необходима для того, чтобы потоки с высокой скоростью поднимались без чрезмерного трения. Если конструкция большого объема и находится под водой на 100 метров, она должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать вес океана на этой глубине.[2]

Оценка стоимости

Mist Lift, использующий перепад температур, не требует больших насосов и теплообменников, как в других типах OTEC. В закрытых системах расходы на теплообменники представляют наибольшую стоимость для завода OTEC, поскольку для завода мощностью 100 МВт требуется 200 теплообменников размером с 20-футовые транспортные контейнеры.[9]

В 2010 году с Makai Ocean Engineering был заключен контракт на создание компьютерных моделей для оценки того, сможет ли электростанция Mist lift конкурировать с доминирующими подходами OTEC, применяемыми исследователями. По оценкам исследования, электростанция Mist lift может быть на 17–37% дешевле, чем установка замкнутого цикла.[10] В установках с погруженным потоком тумана около 40% затрат тратится на создание достаточно прочного сосуда высокого давления.[2]

Рекомендации

  1. ^ а б c Патент США 4441321, Риджуэй, Стюарт Л., "Компактный генератор энергии потока тумана", опубликовано 10 апреля 1984 г. 
  2. ^ а б c d Патент США 4603553, Риджуэй, Стюарт Л., "Баллистическая труба для холодной воды", опубликовано 11 декабря 1984 г. 
  3. ^ а б Зинер, Кларенс; Норьега, Хайме (май 1982), «Периодические взрывы по положительной обратной связи в поднимающемся столбе пены» (PDF), Труды Национальной академии наук, 79 (10): 3384–3386, Bibcode:1982PNAS ... 79.3384Z, Дои:10.1073 / pnas.79.10.3384, ЧВК  346420, PMID  16593192, получено 2 июня, 2012
  4. ^ а б Патент США 4216657, Риджуэй, Стюарт Л., "Процесс получения тепловой энергии океана в потоках тумана", опубликовано 12 августа 1980 г. 
  5. ^ а б Риджуэй, Стюарт Л. (19 апреля 2005 г.), Из газа? Заправьтесь с помощью Mist Lift Ocean Thermal Energy, Новости OTEC, архивировано с оригинал 26 декабря 2005 г., получено 13 февраля, 2011
  6. ^ а б Патент США 6202417, Бек, Эрл Дж., "Гидравлическая электростанция с температурным градиентом океана", опубликовано 20 марта 2001 г. 
  7. ^ Зинер, Кларенс; Феткович, Джон (25 июля 1975 г.), "Пенная солнечная морская электростанция", Наука, 189 (4199): 294–5, Bibcode:1975Научный ... 189..294Z, Дои:10.1126 / science.189.4199.294, PMID  17813708
  8. ^ Lee, C.K.B .; Риджуэй, Стюарт (май 1983), «Связь пара / капли и цикл туманообразования (OTEC)» (PDF), Журнал солнечной энергетики, 105 (2): 181–186, Дои:10.1115/1.3266363
  9. ^ Элдред, М .; Landherr, A .; Чен, И. (Июль 2010 г.), «Сравнение алюминиевых сплавов и производственных процессов на основе коррозионных характеристик для использования в теплообменниках OTEC», Конференция оффшорных технологий 2010 (OTC 2010), Curran Associates, Inc., Дои:10.4043 / 20702-MS, ISBN  9781617384264, получено 28 мая, 2010
  10. ^ Краткое описание награды Recovery.gov: Makai Ocean Engineering 1 июля - 30 сентября 2011 г., заархивировано из оригинал 14 декабря 2012 г., получено 2 июня, 2012

внешняя ссылка