Тригенерационная энерготехнологическая установка

Тригенерационная энерготехнологическая установка может размещаться на предприятиях, чья деятельность непосредственно связана с переработкой бемита (в этом случае тепло и получаемая из водорода электроэнергия являются побочными продуктами и используются для собственных нужд предприятия), для снабжения водородом технологических процессов промышленных предприятий, водородных заправок в регионах, где отсутствуют мощности по производству водорода другими способами, для снабжения электрической и тепловой энергией отдельных потребителей (при приемлемых затратах на доставку исходного сырья), а также (в варианте источника бесперебойного питания) — для обеспечения бесперебойного питания объектов. Основным преимуществом последнего варианта перед другими способами питания водородом мощных электрохимических генераторов является отсутствие необходимости перевозки и хранения больших объёмов водорода. Весь водород производится и потребляется в процессе работы источника бесперебойного питания. Низкая стоимость получаемого водорода по сравнению с другими методами (электролиз, реформинг углеводородов) достигается за счёт реализации побочного продукта реакции — нанокристаллического бемита.

При массовом использовании энерготехнологических установок должна быть создана инфраструктура для подвоза топлива и сбора продуктов реакции с их последующей рекуперацией, либо использованием в других технологиях. В рамках этой структуры также может быть создано производство по переработке бемита в корунд.

3.12.17Устройство для преобразования и накопления солнечной энергии

Устройство состоит из многокомпонентного фотоэлектрода (он может быть изготовлен на основе различных полупроводниковых материалов), нанопористых отрицательного и положительного электродов, пористого сепаратора, разделяющего положительный и отрицательный электроды, и электролита.

Сначала солнечный свет поглощается фотоэлектродом, в результате чего возбуждаются электронно-дырочные пары. Это стандартный процесс – поглощенный квант света переводит электрон на другой, более высокий, энергетический уровень, он становится свободным, а на его месте образуется свободная дырка. Дальше в фотоэлектроде происходит быстрое разделение электронов и дырок, что создает концентрации свободных фотоэлектронов и фотодырок. Фотоэлектроны переносятся в объем стенок пор нанопористого отрицательного электрода, а фотодырки по внешней цепи – в положительный электрод. При этом заряд избыточных электронов в стенках нанопор отрицательного электрода компенсируется зарядом концентрированных у поверхности стенок положительных ионов электролита.

В результате описанных процессов, на границе раздела «стенка нанопоры – электролит» по всей развитой поверхности отрицательного электрода образуется двойной электрический слой (EDL). По мере зарядного процесса фотогенерированные электроны накапливаются в его электрической емкости, что поляризует электрохимический потенциал отрицательного электрода в область отрицательных значений. А в положительном электроде аналогичным образом образуется двойной электрический слой из фотодырок и отрицательных ионов электролита. В качестве положительных электродов PES-фотоконденсаторов используются также различные пористые окислительно-восстановительные материалы. Во время заряда активный материал положительного электрода окисляется, а при разряде – восстанавливается.

Рис. 1. Конструкция и принцип работы PES-фотоконденсатора:

1 – Фотоэлектрод, 2 – Отрицательный электрод, 3 – Положительный электрод,

4 – Сепаратор, 5 – Электролит (в порах электродов и сепаратора).

Электроприводы для оптимизации расхода энергии

Электроприводы турбомеханизмов расходуют более четверти всей производимой электроэнергии, и зачастую их работа остается нерегулируемой, а это не дает возможности разумно распределять энергию, воду, пар, воздух и пр. при изменениях условий производства. Силовое оборудование работает на полную мощность, хотя на самом деле реальная необходимость в нём может быть сокращена вдвое. Резкое снятие нагрузки при уменьшении числа оборотов приводного двигателя дает снижение расхода электроэнергии почти вдвое при применении регулируемого электропривода. А заодно подводит к созданию более современной технологии переноса пара, воды, воздуха, увеличивающей интенсивность работы аппарата. А установленное минимально нужное давление дает сокращение непроизводственных затрат переносимого продукта и снижению аварийности гидравлических и пневматических сетей.

До 25% воды можно сэкономить в водоснабжении при использовании частотно-регулируемых электроприводов. К тому же, здесь не требуется очень точного регулирования давления и расхода, а значит, можно использовать недорогие и достаточно практичные конфигурации.

Электростанция на плаву

Плавучие электростанции смогут вырабатывать электричество из разницы между температурой воды на поверхности океана и в его глубинах. Они вполне способны полностью обеспечить человечество экологически чистой энергией. Океаническая термальная электростанция, по сути, представляет модифицированный вариант компрессорного холодильника.

Принцип работы их основан на двух хорошо известных физических явлениях. Первое: когда вещество испаряется, оно поглощает тепло, а когда конденсируется – отдает его. Второе – чем выше давление, тем выше температура испарения и конденсации вещества, и наоборот. Основными элементами холодильников являются испаритель, компрессор, конденсатор и дроссель (регулятор потока), соединенные трубопроводами, по которому циркулирует вещество с низкой температурой кипения. В холодной части контура создается повышенное давление, в теплой – наоборот, пониженное. В результате хладагент начинает испаряться там, где холодно (поглощая тепло), и конденсироваться там, где тепло (отдавая тепло). Таким образом, холодильник работает на увеличение разницы температур между холодной и теплой частью системы за счет механического сжатия хладагента при помощи электрического компрессора, с последующим его расширением.

В основе электростанции лежит замкнутый трубопровод, по которому протекает все тот же хладагент с низкой температурой кипения (аммиак или пропан). В камере испарителя проводится теплая вода с самой поверхности океана, в камере конденсатора – более холодная вода, поднятая с километровой глубины. Хладагент циркулирует по замкнутому контуру, вращая обыкновенную гидротурбину, при этом часть вырабатываемой энергии используется для того, чтобы поднимать холодную воду из глубины. Эффективность системы от этого несколько падает, но опустить на дно океана одну-единственную труду значительно проще, чем тянуть туда петлю замкнутого трубопровода, по которому циркулирует хладагент. Согласно расчетам разработчиков, КПД подобной системы может достигать 3-5%. Это немного по сравнению и с ветряками, и с солнечными батареями, даже с волновыми генераторами. Но в отличии от них термальные океанические станции смогут работать в любое время суток и при любых погодных условиях, являя собой гораздо более стабильный и надежный энергоисточник.

Кроме собственно термальной водяной установки, на них будет установлена масса вспомогательных генераторов и систем – солнечных батарей, ветряных и волновых генераторов, установки для гидролиза океанической воды (с последующим хранением ценного водорода и кислорода в специальный цистернах), жилых помещений для персонала и т.д. Каждый подобный островок будет обеспечивать мощность в 73 МВт.