Меню Содержимое
Главная arrow Главная arrow Гравитационная электрическая станция

Случайное изображение

fire.mov.jpg

Авторизация






Забыли пароль?
Ещё не зарегистрированы? Регистрация

Выбор шаблона сайта

Опросы

Как Вы узнали о нашем сайте?

Гравитационная электрическая станция Печать E-mail
Рейтинг: / 1
ХудшаяЛучшая 
Автор Прохоров Игорь   

Гравитационная электрическая станция (ГРАЭС) - это устройство для извлечения энергии из грав.поля планеты и преобразования её в электричество и тепло. Является альтернативой тепловым, атомным и гидростанциям. Кпд обычно не ниже 50%, а в некоторых вариантах может достигать даже 70%. Капитальные затраты на строительство в 1.5-4 раза меньше, чем для ТЭС аналогичной мощности. Вредные выбросы типа парниковых или озоноразрушающих газов, сернистых соединений, тяжелых металлов, радиации и радиоактивных отходов полностью отсутствуют.

Гравитационная электрическая станция (ГРАЭС) - это станция закрытого типа, преобразующая энергию гравитационного поля в электричество и тепло. Состоит из подъёмного канала, верхнего отсека с компрессорами и теплообменниками, наружная поверхность которых покрыта тонким слоем капиллярной структуры, опускного канала и нижнего отсека с установленной в нём гидротурбиной. Подъём рабочей жидкости из нижнего отсека в верхний через подъёмный канал происходит за счёт сил капиллярного всасывания, создаваемых капиллярной структурой. Когда жидкость проникает внутрь капилляра на боковой стенке теплообменника, через стенку из теплообменника поступает тепло, испаряющее жидкость. Пар выходит наружу, сжимается компрессором и подаётся внутрь теплообменника. Так как испаряющийся пар находится в состоянии насыщения, при его сжатии температура насыщения растёт и оказывается выше температуры жидкости в капиллярах. Поэтому возникает температурный напор между паром внутри теплообменника и жидкостью на его внешней поверхности: пар конденсируется, а выделяющееся тепло проходит через стенку аппарата и испаряет новые порции жидкости из капиллярной структуры. Конденсат падает по опускному каналу вниз, поглощает энергию грав.поля и отдаёт гидротурбине, которая крутит электрогенератор. Часть выработанного электричества питает компрессоры, другая идёт потребителю.

Известно, что теплота фазового перехода с увеличением давления снижается, поэтому может показаться, что при конденсации пара выделится тепла меньше, чем требуется на испарение такого же расхода жидкости. Реальная ситуация будет прямо противоположной. Пар при его сжатии компрессором нагревается настолько, что его температура растёт быстрее температуры насыщения, и он оказывается перегретым. Суммарная теплота перегрева и конденсации будет больше теплоты испарения по той причине, что компрессоры вносят в пар избыточную энергию и выполняют роль нагревателя, компенсирующего утечки тепла из верхнего отсека в окружающую среду. Поэтому возникнет проблема отвода избыточного тепла.

Работа ГРАЭС частично напоминает те процессы, которые происходят в растениях и атмосфере. Вода под действием капиллярных сил поднимается по стволу дерева к листьям, испаряется и поднимается далее в верхние слои атмосферы, где конденсируется из-за низкой температуры. Затем конденсат падает дождевыми каплями на землю, проникает в почву и через корни снова поступает в ствол дерева. Но имеются и отличия от природы и открытых схем. В природных условиях и открытых конструкциях процессы испарения и конденсации разнесены в пространстве и происходят в разных точках с разной температурой. Наличие природного температурного напора делает компрессор не нужным. В установках закрытой схемы испарение и конденсация идут практически в одном месте и разделяются лишь тонкой стенкой теплообменного аппарата, поэтому для таких схем требуется компрессор, создающий необходимый температурный напор.

Было найдено, что на сегодняшний день единственно приемлемым рабочим телом ГРАЭС являются жидкие металлы, а из них наилучшие характеристики показывают металлы щелочной групы и их эвтектики. Это обусловлено тем, что оптимальный перепад температур между конденсируемым паром и испаряемой жидкостью обычно не велик (несколько десятых долей градуса), поэтому для создания больших тепловых потоков через стенку теплообменника и больших расходов рабочего тела приходится использовать вещества с высоким коэффициентом теплоотдачи испарения и конденсации. Этому условию удовлетворяют только жидкие металлы. Использование воды ведёт к уменьшению выработки энергии в несколько тысяч раз по сравнению с жидким металлом, и такая ГРАЭС оказывается экономически не конкурентоспособной. А использование аммиака ещё сильнее снижает выработку энергии. Ртуть могла бы быть хорошим кандидатом на роль рабочего тела, если бы не чрезвычайно огромная её коррозионная активность при температурах испарения и высокая ядовитость ртутных паров.

Следует сказать, что фреоны очень хорошо подошли бы на роль рабочего тела ГРАЭС из-за своей малой теплоты фазового перехода (чем меньше теплота фазового перехода, тем больше расход циркулирующего вещества при одинаковой плотности теплового потока). Но у фреонов есть два крупных недостатка, которые мешают его использованию в данной роли. Во-первых, теплопроводность жидкого фреона слишком низка, поэтому термическое сопротивление плёнки конденсата оказывается настолько высоким, что передаваемый тепловой поток падает в тысячи раз по сравнению с жидким металлом. Для исправления данного недостатка необходимо покрыть тепловоспринимающую поверхность тонкой фреоноотталкивающей плёнкой. Тогда плёночная конденсация сменяется капельной и низкая теплопроводность жидкой фазы уже не играет особой роли. Но таких плёнок в настоящее время нет, их ещё предстоит создать. Во-вторых, температура кипения уже существующих разновидностей фреона обычно заметно меньше средней температуры наиболее жарких летних дней. Поэтому при использовании таких фреонов окажется невозможным сброс излишнего тепла из ГРАЭС в окружающую атмосферу летом. Необходимо разработать новую разновидность фреона с температурой фазового перехода порядка 60-70 град.С.  Вот когда эти две проблемы буду решены, тогда можно будет использовать фреон в качестве рабочего тела ГРАЭС. А на сегодняшний день приходится все расчёты вести с использованием жидкого металла. Окончательно для расчётов была выбрана эвтектика натрий+калий с температурой плавления -11 град. и температурой испарения 784 град.

Капиллярная структура на теплообменниках выполняется двухслойной: внутренний слой имеет крупные поры с большим радиусом, наружный очень тонкий слой имеет мелкие поры малого радиуса. Такая схема позволяет решить две противоборствующие проблемы. С одной стороны, для максимального повышения мощности станции и удешевления вырабатываемого электричества нужно поднять рабочее тело как можно выше, для чего необходимо использовать капилляры малого радиуса. С другой стороны, уменьшение размера пор ведёт к росту гидравлического сопротивления, что снижает расход жидкости. Если мы используем двухслойную структуру, тогда гидросопротивление потоку жидкости оказывается не высоким, так как жидкость поднимается по внутреннему слою с крупными порами. Когда она затем проникает внутрь наружного мелкопористого покрытия и здесь движется поперёк его, общее гидросопротивление от этого сильно не увеличивается, т.к. толщина наружного покрытия очень невелика, всего десятые доли миллиметра. Зато значительная кривизна мениска жидкости в мелких порах создаёт высокие капиллярные силы.

Расчёты показали, что оптимальная высота теплообменников составляет 15м, при этом кпд станции достигает 52%, высота подъёмного и опускного каналов лежит в интервале 500-600м, а мощность станции равна 600-1000 МВт. Если выбрасываемое наружу тепло преобразовать в дополнительное электричество обычным турбомашинным способом, тогда кпд вырастает до 69% с соответствующим увеличением мощности. Оказалось, что имеется также оптимальное значение температурного напора между конденсируемым паром и испаряемой жидкостью - 0.42 град. При таком значении напора достигается максимальная электрическая мощность. Если увеличивать температурный напор выше этого значения, выработка электричества падает, потому что большую часть вырабатываемого электричества приходится пускать на компрессоры, и оно в установке окончательно преобразуется в тепло.

Поперечные размеры подъёмного и опускного каналов также оказались оптимизируемыми - примерно 1.5 метра в диаметре. При уменьшении диаметра ниже этого порога сильно растёт гидросопротивление, и как результат, падает суммарный расход при неизменном капиллярном напоре. При увеличении диаметра выше оптимума, гидросопротивление каналов становитя намного меньше гидросопротивления капиллярной структуры и на общем гидросопротивлении уже не сказывается, зато общая масса рабочего вещества и денежные затраты на его очистку и подготовку к работе заметно растут.

Если говорить о капитальных затратах на строительство, то они оказываются обычно в 1.5-2 раза меньше по сравнению с тепловой станцией аналогичной мощности. А в некоторых особенно проработанных со всех сторон вариантах даже в 3-4 раза.

Кстати, так называемый Кольцар Лазарева является на самом деле моделью ГРАЭС, а не тепловым двигателем, как многие думают. Успешная работа кольцара в течение многих месяцев доказывает, что идея извлечения энергии из грав.поля по предложенному способу является работоспособной.

 
« Пред.   След. »
Locations of visitors to this page регистрация доменов Мы поможем воплотить проект в жизнь RosBazar.ru
Разные статьи