OTEC и декарбонизации атмосферы

Аватар пользователя Bruno

   Ранее сообщалось о том, что электрогенерация при помощи OTEC (ocean thermal energy conversion) может способствовать декарбонизации атмосферы, жертвуя при этом закислением океана. 

   Принцип декарбонизации атмосферы основан на т.наз. насосе растворимости - охлаждая поверхность океана (и получая электроэнергию), вы способствуете большей растворимости CO2 в воде (см. график на тизере). Главное - обеспечить теплообмен между слоями океана без их массообмена (что в ранних вариантах OTEC не учитывалось), поскольку холодная глубинная содержит больше растворённого СО2. Для выполнения этого условия предполагалось разместить конденсатор на глубине. Но это оказалось неверным техническим решением.

   Рассмотрим уже знакомую нам опытную установку японцев на о.Науру в более презентабельном виде для анализа мощностного баланса

   Несмотря на большую глубину конца (6~7ºС) холодного трубопровода, мощность подающего насоса ненамного (в 1,5 раза) больше мощности насоса, подающего тёплую воду с поверхности моря, при примерно одинаковых расходах воды. В этом нет ничего удивительного, если помнить что открытая труба, погруженная в резервуар с жидкостью, образует вместе с ним систему сообщающихся сосудов. И работа, потребная для поднятия жидкости с глубины резервуара на поверхность через трубу, определяется лишь её гидросопротивлением.

   В случае, если бы мы отказались от магистрали, подающей холодную воду на поверхность, а вместо этого опустили конденсатор на глубину, то нам бы пришлось подавать сжиженный хладагент в нагреватель противодействуя ещё и гидростатическому давлению, совершая работу A = mgh. Для данной установки расход паров хладагента составил 74 тонны в час или 20,5 кг/сек. Это означает, что только на преодоление гравитации была бы затрачена мощность 20,5*9,8*600 = 120 кВт (Дж/сек). А ещё и возросшие потери на гидросопротивление в контуре хладагента! Не говоря уж о технологически более сложной конструкции. 

   Как же быть? Как нам оставить глубинную воду, богатую углекислотой без контакта с поверхностью и атмосферой? Очень просто! Нужно просто продлить сбросный трубопровод отработанной глубинной воды на соответствующую его температуре глубину. Да, это увеличит его гидросопротивление и несколько понизит энергетическую эффективность схемы, но зато наконец-то можно будет получить углеродно-отрицательный (за счёт охлаждения поверхностной воды) вид электрогенерации.

   Чтобы оценить такой эффект, отвлечёмся от значений на схеме выше. Мы рассматривали именно их только потому, что данная ОТЕС подробно описана разнообразными техническими параметрами. Но она далеко несовершенна. Её режим работы имеет электроэнергетическую эффективность всего 14%. Хотя, когда японцы решили попробовать разогнать её посильнее, то полезная мощность составила 30 кВт при 120 кВт на генераторе. А это уже 25% электро-эффективности. 

   Но эффективность растёт и при использовании более теплоэффективных (хотя и более опасных для человека) промышленных хладагентов - например, аммиака (к тому же дешёвого) вместо фреона (японцы использовали его при испытаниях именно из гуманитарных соображений). Однако наиболее интенсивный рост энергетической эффективности возникает при росте масштаба установок - это справедливо для любого вида энергетики (кроме, пожалуй, фотовольтаики). Так и для ОТЕС - увеличение диаметра трубопроводов и объёма теплообменников снижает тепловые потери и удельные гидросопротивления, кпд турбины тоже растёт вместе с её размером и т.д.

   Так, для Науру японцы проектировали уже коммерческую установку с генераторной мощностью 2,5 МВт и полезной мощностью 1 МВт, т.е. 40% эффективности (это следует из сопоставлений данных, приведённых по ссылке выше). Однако, по каким-то причинам эта установка так и не была построена (видимо, по тем причинам, что богатые в то время папуасы и их правительство предпочли забить свой маленький остров автохламом, заиметь собственный небоскрёб в Сиднее и госвложения в иностранные бумаги вместо капитальных вложений и развития). 

   Тем не менее от этих данных и будем отталкиваться, т.к. других - нет (американцы тоже экспериментируют с мегаваттными ОТЕС на Гавайях, но подробные технические данные мне не встречались).

   Целесообразно также между сбросными трубопроводами разместить дополнительный теплообменник. Для энергетической эффективности ОТЕС он смысла иметь не будет, но, в целях атмо-декарбонизации позволит охладить поверхностную воду за счёт глубинной ещё больше, до минимальной разницы между ними. Допустим, до разницы 20 и 16ºС соответственно. Теплообменник, конечно, добавит гидросопротивления насосам, но зато несколько сократит их в возвратном трубопроводе глубинной воды, так 16ºС соответствует примерно 300 м. глубины в тропическом океане. А охладив поверхностную воду с 30 до 20ºС мы повышаем её способность принять 0,3 гр. СО2 на каждый килограмм воды (см. график в тизере). 

  Прикинув "на пальцах" (просто лень удлинять повествование эскизными расчётами), принял что дополнительные, "декарбонизирующие" гидросопротивления снизят эффективность проектированной японцами ОТЕС с 40 до 30%, т.е. при 2,5 МВт на генераторе будет 0,75 МВт полезной нагрузки. За час через эту ОТЕС проходит 26400 кубометров поверхностной воды. Охладив её на 10 градусов, она сможет растворить в себе дополнительно 8 тонн атмосферного СО2, при выработке 0,75 МВт*ч. Или 10,5 тонн на каждый МВт*ч полезной электроэнергии. Или 92 килотонны СО2 на каждый мегаватт полезной мощности за год непрерывной работы.

   Много это или мало? Чтобы было много, то и таких ОТЕС должно быть много. А мест, где их можно построить на суше - мало (требуется крутой подводный склон в тропиках). Поэтому, чтобы ОТЕС было много, они должны быть плавучими (такие прожекты - тоже не новинка). А это, помимо больших капзатрат (хотя корпус можно делать из бетона), ещё и невозможность использовать электроэнергию с генератора непосредственно сетью потребителей. Для этого нужно запасать энергию, например, в виде электролизного водорода и потом транспортировать его на берег. Т.е. МВт*ч, полученный на ОТЕС  на суше будет гораздо меньше - в зависимости от способа утилизации. Но и антиуглеродный след этого МВт*часа будет столь же выше.

   Раз уж мы говорим о декарбонизации, нельзя не отметить некоторые дополнительные полезные свойства плавучих ОТЕС. Вода в море солёная и для её электролиза её нужно разделить обратным осмосом. Из пресной воды получается чистый водород, а из водного концентрата NaCl в специальном электролизёре получается водород, хлор и 33%-ая щёлочь NaOH (каустик).

   

   В настоящее время хлор так и получают - электролизом. Водород можно запасать в матерчатых дирижаблях и с ними же транспортировать ёмкости с хлором на берег (пустые баллоны и дирижабли возвращать на плавстанцию обычным транспортом). Хлор - полезный в народном хозяйстве газ - применяется от хлорирования воды до производства ПВХ. Избытков хлора не может быть, его всегда можно безопасно и с пользой утилизировать в подземном выщелачивании при добыче этим способом благородных металлов.

  А вот каустик пригодится на самой ОТЕС. Известно, что гидротехнические объекты страдают от обрастания, особенно в тропических морях. Поэтому для ОТЕС использовались полиэтиленовые трубы. Если рабочие поверхности теплообменников делать из меди (или покрывать ею), то они будут устойчивы к беспозвоночным-обрастателям. А вот обрастание бурыми водорослями медь предотвратить не может. Вот тут и пригодится каустик (в быту - "Крот"), запасы которого периодически будут пропускаются через водные трубопроводы. Мало того, NaOH попав в океан раскислит некоторую часть воды, прореагировав с растворённым СО2 в гидрокарбонат натрия! 

    Как видите, природа оставила манёвр для того, чтобы надеяться не только лишь на ветряки с панелями и верить не только в осуществление термояда. Можно получать устойчивый энергопоток, заодно декарбонизируя атмосферу (тем самым, оставляя возможность умеренного сжигания ископаемого топлива) за счёт ускоренного закисления океана и (частично) отложения гидрокарбонатов. Но зелёные бесы активно продвигают тезис о биоразнообразии и недопустимости изменения pH океана (с начала 19 века он понизился с 8,25 до 8,14). Но, имхо, их кукловоды лукавят и отлично понимают, что это меньшее зло, чем иные альтернативы. Просто пока ещё не выстроена глобальная цепочка углеродных налогов и распределения субсидий на зелёную генерацию. Вот когда выстроят, тогда закисление океана объявят не столь страшным и окажется что углеродно-отрицательные ОТЕС вполне конкурентоспособны в отношении углеродно-нейтральных ветряков.

Авторство: 
Авторская работа / переводика
Комментарий автора: 

Интересное дополнение из англопедии.

Хоть американцы и не любят раскрывать технические подробности своих разработок, зато не стесняются давать экономические расчёты. Так, Гавайский институт подсчитал в 2010-м году стоимость ОТЕС-киловатт*часа:

для станции мощностью 1,4 МВт она составит 94 цента;

для станции 10 МВт - 44 цента;

для станции 100 МВт - 18 центов.

Стоимость, конечно, высока. Но она быстро регрессирует с ростом мощности ОТЕС, что логично - чай не панельки какие, у которых эффективность от масштаба никак не зависит.

Хотя, конечно, ОТЕС мощностью 100 МВт должна быть весьма циклопических размеров. Но, в то же время, самый циклопический ветряк имеет мощность еле-еле 10 МВт.

Комментарий редакции раздела Аналитика

Не убежден в корректности выкладок, но для обсуждения ок.

Комментарий редакции раздела Фельетон

Самураям, для начала, АЭС надо бы научиться разбирать.  А потом подпевать "декарбонизации".

Комментарии

Аватар пользователя Провинциал.
Провинциал.(2 года 1 месяц)

Подавать в конденсатор турбины морскую воду это безумие, в случае нарушение герметичности конденсатора мы испортим весь конденсат, содержание в питательной воде солей жёсткости регламентировано. Здесь с речной водой проблем не мало,  с морской проблем будет на порядок больше.

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

Во внешнем мире использование морской воды на ТЭС - не редкость. Соответствующие марки стали для трубок в конденсаторах используют.

Аватар пользователя Escander
Escander(2 года 7 месяцев)

Если вода стала холоднее и способна больше СО2 расстворить это никак не гарантирует, что расстворит. СО2 нужно ещё откуда то взяться. Каустик не торт для экологии, если что.

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

В атмосфере давно уже избыток СО2. Именно поэтому в доиндустриальную эпоху океан сам немного нетто-выделял СО2 (тот, что реками с материка смывало), а теперь активно нетто-поглощает - гораздо больше, чем нетто-поглощают леса планеты.

Аватар пользователя Huch
Huch(8 лет 8 месяцев)

чем нетто-поглощают леса планеты.

нет поглощения никакого. все что выросло и запасая углерод поглотило CO2 потом упадет, сгниет/сгорит и выделит CO2. на длительных сроках баланс строго нулевой. исключения - торфяные болота и океаны

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

В годовых выражениях пока есть нетто-поглощение. Но когда-нибудь, наверное, прекратится. Как скоро? Это зависит от нас - насколько аккуратно будем обращаться с лесами, лесоматериалами и пустошами. 

Аватар пользователя Huch
Huch(8 лет 8 месяцев)

если площади лесов, средняя плотность посадок и толщина стволов не растут, то поглощения быть не может даже в моменте... на какое-то время пиломатериалы, используемые в строительстве, и произведенная из  древесины бумага, тоже отложат процесс выделения углекислого газа в атмосферу, но зато сейчас догнивают дома построенные лет 50-100 назад

Аватар пользователя pppppppo_98
pppppppo_98(3 года 10 месяцев)

крме болот - карбонатны обломки и карбонат ионы выносятся с стоком рек в океан, и там на шельфе захоранивается - это второй сток углекислоты в биосфере суши

 

кстати есть еще и третий... но в зоне тропиков и медленный , но неумалимый... биологические кислоты перерабатываются снова до карбоенатов бактериями-аэробами в потоке детритов, затем карбонатные воды дренируют через трещины материнских пород латеритов, и участвуют в преобразовании силикатов в нерастоворимые карбонаты (то что называется выветривание - это процесс более чем все живое сделал атмосферу такой какой мы ее знаем сейчас -в хадее это было на 90 с хером процетнов углекислота при давлении в  десятки атмосфер)

Аватар пользователя Escander
Escander(2 года 7 месяцев)

 Какие у вас основания считать что сейчас егт избыток? Даже в конце криптозоя его было порядка 10% и это было нормально, а сейчас 0,03% и все зеленеющие на голову несут ахинею.

Аватар пользователя VDF
VDF(4 года 9 месяцев)

Так и лесов-то мало осталось... Пустыни растут.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в систематической дезинформации, пример - https://aftershock.news/?q=node/843533 ***
Аватар пользователя Escander
Escander(2 года 7 месяцев)

Я вижу утверждение но не вижу никакого обоснования. Пока вам лишь так хотелось-бы.

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

Это стандартное мнение МГЭИК.

Вот углеродный баланс, публикуемый ими (данные в среднем за 1990-е годы, средний уровень выбросов сжигаемого топлива 6,4 Гт углерода в год соответствует 1996-1997, в последние годы выбросы по 10 Гт в расчёте на углерод или 37 Гт СО2).

Цифры без стрелок (в прямоугольниках) - содержание углерода в различных природных резервуарах, со стрелками - годовые потоки между ними. Черным цветом - естественные, доиндустриальные значения. Красным цветом - антропогенные изменения.

Доиндустриальное нетто-выделение из океана в атмосферу составляло 0,6 Гт, антропогенное изменение - нетто-поглощение океаном из атмосферы - 2,2 Гт. Итого нетто-поглощение 1,6 Гт углерода из атмосферы в океан.

Доиндустриальное нетто-поглощение лесов - 0,4 Гт. Антропогенное изменение (в основном - вследствие насыщения атмосферы) - нетто-поглощение 1 Гт. Итого нетто-поглощение - 1,4 Гт углерода (5,1 Гт СО2) лесами из атмосферы. Т.е. океан отреагировал на увеличение СО2 в атмосфере гораздо сильнее, чем леса ещё в 90-е.

Аватар пользователя Escander
Escander(2 года 7 месяцев)

Да что-ж ты такой упёртый! До индустриальные это не естественные, а доиндустриальные. Вы старательно подменяете понятия и апеллируете к данным групп заведомо заинтересованных в одной точке зрения.

Аватар пользователя Александр Хуршудов

Что-то повеяло вечным двигателем.... Третьего рода.

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

Если вы о том, что суммарные температуры входов и выходов теплообменников на первом рисунке не изменяются, то вы верно подметили.

Но расчёты показывают, что там изменения должны бы всего 0,06 К на пару концов или 0,03 К на каждый (столь большие объёмы воды и столь малая мощность у этой установки) потому и незаметно при отображённой точности измерений.

При более крупных и более совершенных установках точности в десятые доли градуса уже должно хватать, чтобы видеть суммарное температурное уменьшение на выходах.

Аватар пользователя Escander
Escander(2 года 7 месяцев)

на разности температур можно делать э/э но вот тут градиент слишком низок. Про холодный термояд тоже долго впаривали и вот только пару лет как перестали бред нести.

Аватар пользователя Александр Хуршудов

Согласен. 

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

но вот тут гра­ди­ент слиш­ком низок

Сразу видно человека, который не гнал самогон "под вакуумом" )))

Аватар пользователя atorn
atorn(3 года 4 месяца)

Водород можно запасать в матерчатых дирижаблях

А как там с утечками водорода сквозь материалы? Какие реальные потери добытого в процентах, есть у кого-либо данные?

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

У водорода проблемы с утечками при высоких давлениях. При низких (до 3-4 атм.) особых проблем нет. КПД электролиза воды обычно принимается 70-80%.

Аватар пользователя Провинциал.

 При низких (до 3-4 атм.) особых проблем нет. 

В том то и дело что есть. В генераторах где охлаждение статора и ротора производиться водородом давление около 3 кг*см2, производиться  подпитка водородом из за утечек водорода каждую смену.  

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

Там утечки не сквозь материал, а через сальники в примыкании ротора к статору. Это другое ))) Так и масло бывает утекает, не то что водород.

Аватар пользователя Huch
Huch(8 лет 8 месяцев)

А охладив поверхностную воду с 30 до 20ºС мы...

убивать таких охлаждателей надо еще до их рождения. во время эль-ниньо и ла-нинья на полградуса только температура поверхностной воды в тихом океане меняется, а влияние на весь земной шар оказывается...

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

Во-о-от! Их (эльо и лаю) можно, наверное, и уравновесить, когда-нибудь, когда наберёмся разностороннего ВИЭ-опыта. 

А ещё интересно наблюдать как внутри вида, кое-кто из человечества проповедует трансгуманизм и социальный дарвинизм. Но как только заходит речь о межвидовой эволюции - так они сразу в кусты. Станьте уж для начала веганами, а потом только птичку жалейте.

Аватар пользователя юрчён
юрчён(8 лет 7 месяцев)

Хочу открыть организацию по карбонизации атмосферы, для повышения уровня растительности в  природе, где получать гранты ?

Ай да   ! кто со мной ?!

Аватар пользователя atorn
atorn(3 года 4 месяца)

Выгодополучатель - природа, значит и гранты - там получать)

Аватар пользователя юрчён
юрчён(8 лет 7 месяцев)

Логично.

Никто в мире вообще не заботится об  природе. Только всякие губители изводят природу, как эти декарбонизаторы.

 

Аватар пользователя pppppppo_98
pppppppo_98(3 года 10 месяцев)

В настоящее время хлор так и получают - электролизом. Водород можно запасать в матерчатых дирижаблях и с ними же транспортировать ёмкости с хлором на берег (пустые баллоны и дирижабли возвращать на плавстанцию обычным транспортом). Хлор - полезный в народном хозяйстве газ - применяется от хлорирования воды до производства ПВХ. Избытков хлора не может быть, его всегда можно безопасно и с пользой утилизировать в подземном выщелачивании при добыче этим способом благородных металлов.

уважаемый автор ... это ерунда... в природе нет не полезного ни вредного... в природе есть  естественные биоогеохимические циклы (упорядоченные потоки материалов возникающие вследствии взаимодействия лито-гидро-атм-биоосферы с солнечным излучением - геотермальное тепло на 5 порядков меньше) , а некоторой  степени дестабилизируемые (увеличивается характерное время замыкания циклов) экономической деятельностью человека. Итак если на входе в экономический цикл поваренная соль - то в течении недель после добычи она превращается с помощью элктролиза в щелочь (NaOH) и хлор. щелочь в конце концов используют на нейтрализацию  с в течении не более трех месяцев превратится в сульфат, нитрат, либо снова в поваренную  соль , либо в мыло (пальмиат), и еще в течении 3 меясцев буле смыто в канализацию и  затем 2-3 недели смоет в океан...Та закончился путь натрия... частично может задержаться на период пары-тройки лет в круговороте биосферы. Остался хлор...хлор быстренько превратиться в пластик, в хлоралкан(типа растворителей) или будет использован как отбеливатель /средство дизенфекции - в последнем случае в течении 3-6 месяцев буде смыт в канализацию, пластики в иечении не более 5 -10 лет будут выкинуты и сожжены на свалке - хлор будет уходит частично в виде  солей , частично в виде устойчивых загрязнителей (диоксины , фураны, сюда же относятся хлоралканы), который ужо будут разлагаться десятилетиями - к счастью их не много... так шо как видно в течении 10 лет продукты электролиза поваренную соли снова попадут в океан и создадут туже соль...В процесс подземного выщелачивания большая часть хлора пойдет на выщелачивание щелочных - щелочноземельных элементов  - и потом вместе с естественным стоком подземных вод пойдет в океан, небольшая часть пйодет на фабрику и там в течении недели -двух после извлечения полезного компонента, попадет на хвостохранилище, из котрого в течении лет вымоется в поверхностные воды ...да вы забыли еще о водороде - неизменном паразитном спутнике электролизных процессов... если его будет образовываться немного - париться никто не будет и его сдут в атмосфере , где он имеет некоторый шанс подняться в тропосферу и улетит в космос, если его много его утилизирую в воду (в свече), и большая часть водорода в атмосфере снова превратиться в воду , замкнув полностью цикл...так шо возмущения цикла ну максимум на 10 лет - после чего все возвращается назад в океан 

Мало того, NaOH попав в океан раскислит некоторую часть воды, прореагировав с растворённым СО2 в гидрокарбонат натрия! 

Рыдал...

Аватар пользователя Bobrikpp
Bobrikpp(3 года 7 месяцев)

Рыдал...

Уважаемый ррррррро_98. У вас что-то с клавиатурой - она заедает на букве "р" и на многоточиях. А клавиша абзаца кажется вообще не работает. Результат удручающий. Месиво из символов.

Кроме того на АШ уже много раз обсуждалась привычка ставить многоточия вместо точек. Многоточие означает, что Вы не знаете, что делать дальше и впадаете в прострацию. Надо остановиться, и думать. как дальше поступать. Самый полный стоп. Вместо того,чтобы дать законченный результат раздумий, что обычно происходит в предложениях с точкой в конце, Вы грузите читателя необработанными сигналами.

Или другой вариант - Вы боитесь сделать вывод из сказанного и переводите все в режим ожиданий. Многоточия вообще характерны для поколения снежинок. 

А по существу. Вы рассуждаете без выбранного функционала качества. Как его выберете, такова и будет итоговая характеристика. Я например. так и не понял, что Вы хотите. В любом есть как хорошее. так и плохое. Попробуйте разбить текст на абзацы с законченными мыслями.

Аватар пользователя kozar_v
kozar_v(5 лет 7 месяцев)

Спасибо,познавательно.Не обращайте внимания на тех ,кто считает что познал истину,на дели лишь пиарятся на том,что "гонят умняк".Их жалко.