Осмотическая электростанция: Что такое Осмотическая электростанция (ОЭС)?

Осмотическая электростанция | это… Что такое Осмотическая электростанция?

Первая в мире осмотическая электростанция

Осмотическая электростанция — стационарная энергетическая установка, основанная на принципе диффузии жидкостей (осмос).

Первая и единственная, на данный момент в мире, осмотическая электростанция построена компанией Statkraft (en:Statkraft) в норвежском городе Тофта. ^[1] Строительство электростанции обошлось в 20 миллионов долларов и 10 лет, проведенных в исследованиях и разработке технологии. Эта электростанция пока вырабатывает очень мало энергии: примерно 2-4 киловатта. Впоследствии планируется увеличить выработку энергии до 10 киловатт. ^[1]

На данный момент электростанция имеет вид экспериментальной, но в случае успешного завершения испытаний, станция будет запущена для коммерческого использования.

Содержание 1 Принцип действия 2 Преимущества и недостатки технологии 3 Потенциал и перспективы осмотической энергетики 4 Примечания 5 Ссылки 6 См. также

Принцип действия

Схематическое строение станции

Осмотическая электростанция берёт под контроль смешивание солёной и пресной воды, тем самым извлекает энергию из увеличивающейся энтропии жидкостей. Смешивание проходит в резервуаре, который разделен на два отсека полупроницаемой мембраной. В один отсек подается морская вода, а в другой пресная. За счёт разной концентрации солей в морской и пресной воде, молекулы воды из пресного отсека, стремясь выровнять концентрацию соли, переходят через мембрану в морской отсек. В результате этого процесса в отсеке с морской водой формируется избыточное давление, которое в свою очередь используется для вращения гидротурбины вырабатывающей электроэнергию.

Преимущества и недостатки технологии

Преимущества

• В отличие от ветра и солнца, предоставляется непрерывный возобновляемый источник энергии, с незначительными сезонными колебаниями.
• Отсутствует парниковый эффект.

Недостатки

• У текущей мембраны показатель составляет 1 Вт/м². Показатель, который позволит сделать станции рентабельными — 5 Вт/м². В мире есть несколько компаний, производящих подобные мембраны (General Electric, Dow Chemical, Hydranautics, Toray Industries), но устройства для осмотической станции должны быть гораздо тоньше производимых сейчас.
• Осмотическая электростанция может использоваться только в устьях рек, где пресная вода вливается в солёную.

Потенциал и перспективы осмотической энергетики

• Компания Statkraft оценивает потенциал данного типа энергетики в 1600—1700 ТВт/ч. Что составляет около 10 % от всего мирового потребления электроэнергии. ^[1]

• Примерно через 2-3 года (данные на 2009) планируется создание ещё одной экспериментальной электростанции, мощностью до одного мегаватта. ^[1]

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4} Первая осмотическая электростанция заработала в Норвегии

Ссылки

• Сайт Норвежской государственной компании, которая разрабатывала осмотическую электростанцию

См.

также

Создан прототип очень мощной осмотической электростанции

14.07.2016 08:22

5893

Добавить в закладки

Ученые из Швейцарии и США создали прототип очень мощной
осмотической электростанции. Для выработки электроэнергии они
использовали мембрану толщиной всего в три атома и соленую воду.
Результаты этой работы опубликованы в Nature,
сообщает пресс-служба Эколь политекник в
Лозанне (EPFL).

Работа осмотической электростанции основана на явлении осмоса, то
есть стремлении жидкостей при смешении уравнять концентрацию
растворенных в них соединений. В данном случае ученые
использовали пресную и соленую воду, разделенные мембраной. Ионы
соли проникают сквозь мембрану, пока их концентрация в пресной
воде по другую сторону мембраны не сравняется. (Поскольку ионы —
это электрически заряженные частицы, их движение используют для
выработки электроэнергии.)

Секрет системы, созданной учеными из лаборатории нанобиологии
EPFL под руководством Цзяньдун Фэн (Jiandong Feng), — в мембране
из дисульфида молибдена, толщиной всего в три атома. В ней
проткнута всего одна дырка — нанопора, которая заряжена
негативно. Через нанопору в отсек в пресной водой из отсека с
соленой водой проникают позитивно заряженные ионы соли, а их
электроны передаются на проводник, чтобы генерировать
электроэнергию. Из-за нанопоры в одном отсеке скапливаются
положительно заряженные ионы, в другом — отрицательно заряженные.
Возникает напряжение между отсеками, течет электрический ток.

Регулируя размер нанопоры, можно влиять на силу тока либо
величину напряжения. Ученым оставалось только подобрать
оптимальный диаметр нанопоры, чтобы найти лучшее соотношение тока
и напряжения, которое продуцирует наибольшую возможную мощность.

Для проверки устройства ученые использовали молибденовый
транзистор. Они рассчитали, что с мембраной площадью 1 кв. метр,
покрытой на 30% нанопорами, можно достичь 1 мегаватт энергии.
Этого достаточно, чтобы зажечь 50 тысяч энергосберегающих
лампочек. Результат впечатляющий. Дисульфид молибдена не
относится к редким соединениям, а из технических проблем ученые
пока видят только одну — сделать как можно более одинаковые
нанопоры.

Электростанции, использующие осмос, разрабатываются и уже
эксплуатируются в экспериментальном режиме — в Норвегии,
Нидерландах, Японии и США, но их производительность оставляет
желать лучшего. Поскольку осмотические электростанции —
экологически чистые, ученые продолжают их совершенствовать.

Осмотические электростанции можно ставить в устьях рек, впадающих
в моря, где пресная воды встречает соленую. См. подробнее об этом
в статье «Устье реки как
источник энергии». Такие электростанции могут в идеале
работать вечно. Авторы работы пророчат своему устройству большие
перспективы.

Принцип работы осмотической электростанции

 

молибденовый транзистор
осмос
осмотическая электростанция

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

Госкорпорация Ростех представила электронного «сварщика-гиганта»

20:10 / Инженерия, Космонавтика, Новые технологии

У вымершего лемура было больше общего с человекообразными обезьянами и неандертальцами

19:15 / Палеонтология

Ученые нашли новый способ очистки жидких радиоактивных отходов

18:30 / Химия, Экология

Глава Минобрнауки России В.Фальков дал старт циклу стратегических сессий по отечественному научному приборостроению

18:20 / Наука и общество, Образование

Внутреннее ядро Земли может содержать кислород

18:00 / Геология

Ученые КФУ создали самособирающуюся «упаковку» для нерастворимых в воде лекарств

17:30 / Медицина, Химия

Разработка ученых Пермского Политеха позволит производить эффективные промышленные фильтры из керамики

16:30 / Химия

Светящийся белок поможет оценивать количество кальция в дрожжевых клетках

15:30 / Биология

Глава Минобрнауки В. Фальков: от науки сейчас ожидают не рейтингов и индексов, а конкретных технологий и разработок

15:00 / Наука и общество, Образование

«Прометей лазерной эры». Фильм ФИАН к 100-летию академика Н.Г. Басова

15:00 / Наука и общество, Физика

Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008

04.03.2019

Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002

04.03.2019

Вспоминая Сергея Петровича Капицу

14.02.2017

История новогодних праздников

01.08.2014

Смотреть все

Осмотическая мощность | Центр климатических технологий и сеть

Цель:

Смягчение последствий

Секторы:

Возобновляемая энергия

Организация:

Партнерство UNEP DTU

Коллекция:

Технологии ClimateTechWiki

3

Возобновляемая энергия

CTCN Соответствие ключевому слову:

Осмотическая энергия

Маломасштабное комбинированное производство тепла и электроэнергии

Энергия океана

Определение:

Осмотическая мощность, соленость, разница в доступной энергии градиента или синей энергии концентрация солей между морской и речной водой. Двумя практическими методами для этого являются обратный электродиализ (RED) и осмос с замедлением давления (PRO).

Производство электроэнергии за счет использования градиентов солености между соленой и пресной водой является относительно новой концепцией. Хотя обнаружены и обсуждались в 1970-х, исследования были медленными, и большинство из них только недавно. В настоящее время исследуются два практических метода, касающихся мембранной технологии: метод обратного электродиализа (RED) и осмос с замедлением давления (PRO). Обе технологии основаны на полупроницаемой мембране. Полупроницаемая мембрана избирательна по своей проницаемости, т.е. через мембрану могут проходить только определенные вещества. Оба процесса основаны на ион-специфических мембранах. Технология RED, как и PRO, находится в стадии исследований и разработок. Основным препятствием является стоимость мембраны. Две страны, Норвегия и Нидерланды, особенно активны в исследованиях и разработках осмотической энергии. Кроме того, технология гидрократического генератора также использует градиенты солености для производства энергии.

Введение

Электростанции с градиентом солености основаны на естественном смешивании пресной и соленой воды (IEA, 2009). Столкновение пресной и соленой воды дает большое количество энергии, которую эта технология призвана улавливать. Существует много районов, где промышленные потребители (например, очистные сооружения) сбрасывают в океан значительные объемы пресной воды или воды с низкой соленостью; такие места могут быть идеальными для внедрения прототипов систем градиента солености.

Осмос с замедлением давления (PRO)

Осмос с замедлением давления (PRO) использует селективную диффузию воды через мембрану для создания давления в морской воде. Пресная и морская вода помещаются по обе стороны от мембраны, а сторона с морской водой находится под давлением. По мере того, как давление на стороне морской воды увеличивается, а соленость уменьшается, часть воды сбрасывается через турбину, а оставшаяся часть подается в теплообменник давления для повышения давления поступающей морской воды, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 Схематическое изображение ПРО процесс.

Перепад давления на мембране является основным источником энергии и может достигать 200 метров гидравлического напора (IEA, 2009). Производительность мембраны в диапазоне 4–6 Вт/м2 в настоящее время является целевым диапазоном основного исследовательского учреждения, изучающего PRO. Срок службы мембраны также должен увеличиться примерно до 7–10 лет, прежде чем технология станет коммерческой. До сих пор испытательные модули продемонстрировали плотность энергии около 1,7 Вт/м2 (IEA, 2009).

Обратный электродиализ (КРАСНЫЙ)

Обратный электродиализ — еще одна мембранная технология, в которой вместо осмотического давления используется электрохимическая реакция. Форма устройства представляет собой набор мембран, половина из которых проницаема для натрия, а половина — для хлорида, при этом морская и пресная вода попеременно течет между каждой парой мембран, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2: Схематическое изображение RED процесс.

Стопка регулирует диффузию ионов натрия и хлора в воде, которые затем вызывают окисление и восстановление на железном аноде и катоде. В настоящее время технология была протестирована только в очень небольшом (100 мВт) масштабе. (МЭА, 2009 г.). Видео 2 иллюстрирует концепцию RED и концептуальную идею электростанции с градиентом солености в Нидерландах.

Гидрократическая энергия океана

Гидрократический генератор представляет собой систему, способную извлекать энергию из разницы солености без использования мембраны. Генератор состоит из установленной на морском дне трубы с отверстиями для доступа морской воды. Турбина установлена ​​вертикально в трубе и соединена с генератором под трубой. Пресная вода впрыскивается на дно трубы, и смешивание пресной и соленой воды приводит к восходящему потоку солоноватой воды, большему, чем первоначальная закачка пресной воды. Этот поток вращает турбину и вырабатывает энергию. Созданы конструкции, предполагающие сброс теплоносителя электростанций или сброс очистных сооружений в качестве основного источника пресной воды. Основные испытания потоков воды через устройство были проведены в море (IEA, 2009 г.).

Осуществимость технологии и эксплуатационные потребности

Основным требованием к электростанции с градиентом солености является наличие как пресной, так и соленой воды. Это делает технологию относительно специфичной для местоположения, хотя по-прежнему существует большое количество возможных местоположений.

Большинство компонентов, необходимых для электростанции с градиентом солености, уже поступили в продажу. В PRO и RED двумя уникальными компонентами являются теплообменник давления и мембрана (Sandvik & Skihagen, 2008). Для коммерциализации осмотической энергии требуется улучшение и увеличение масштабов этих компонентов.

PRO и RED зависят от солености, объема и чистоты подачи воды. Чем выше градиент солености между пресной и соленой водой, тем больше давление (то есть энергии) будет накапливаться в системе. Точно так же, чем больше воды поступает в систему, тем больше энергии может быть произведено. При этом важно, чтобы пресная и морская вода были максимально чистыми. Содержащиеся в воде вещества могут захватываться несущей структурой мембраны или поверхностями мембраны, уменьшая поток через мембрану и вызывая снижение выходной мощности. Это явление, называемое загрязнением, связано с конструкцией системы, характеристиками мембраны и мембранным элементом (Sandvik, Hersleth, Seelos, 2009).).

Гидрократическая энергетика все еще должна войти в демонстрационную фазу НИОКР. Таким образом, до сих пор неясно, каковы основные эксплуатационные потребности и области улучшения.

Состояние технологии и ее будущий рыночный потенциал

Технология все еще находится в зачаточном состоянии, как показано на Рисунке 2. Технологии градиента солености находятся в стадии своего частичного (резервуарного) этапа, что означает, что концепции и прототипы проходят испытания в лабораторных условиях (МЭА, 2009 г.). Очевидно, что другие технологии использования энергии океана продвинулись дальше в процессе НИОКР. Однако глобальный потенциал технологии использования градиента солености для получения энергии оценивается примерно в 2000 тераватт-часов в год (ТВтч/год) (МЭА, 2007, стр. 80).

Рисунок 3: Технологическая зрелость различных схем преобразования энергии океана. Технологии градиента солености включают PRO, RED и гидрократическую энергию. Источник: МЭА, 2009 г.

В Норвегии создан пилотный проект PRO. Пилотная установка мощностью 4 кВт ограничена по объему и производственной мощности и предназначена в первую очередь для целей тестирования и разработки (OES-IA, 2009).). Пилотный проект преследует две основные цели: а) подтвердить, что спроектированная система может надежно производить электроэнергию 24 часа в сутки; б) дальнейшее тестирование технологии, полученной в результате параллельных исследований, с целью существенного повышения эффективности (Sandvik & Skihagen, 2008). Мембранные модули, оборудование для теплообменников под давлением и производство электроэнергии являются основными направлениями деятельности (Sandvik & Skihagen, 2008). Рисунок 3 представляет собой иллюстрацию скрученных мембран на пилотной установке в Норвегии. Небольшой пилотный проект RED мощностью 1 кВт был установлен в Нидерландах (OES-IA, 2009 г.).).

Рисунок 4: Пилотная установка Statkraft PRO. На рисунке показана небольшая турбина и спиральные мембраны. Источник: www.statkraft.com

Вклад технологии в защиту окружающей среды

Информация о локальном воздействии электростанций с градиентом солености на окружающую среду ограничена. Результаты двух действующих в настоящее время пилотных проектов еще не опубликованы. Кроме того, небольшое количество проектов, ограниченное время развертывания и небольшой масштаб этих проектов означают, что все еще существует разумная степень неопределенности в отношении долгосрочных последствий крупномасштабного развертывания.

На данный момент кажется, что электростанции с градиентом солености окажут минимальное воздействие на окружающую среду. Смешение пресной и соленой воды происходит естественным образом в дельтах рек без негативных последствий. Кроме того, для работы электростанции не требуется топливо, ей просто требуется регулярная подача как пресной, так и соленой воды (Jones & Finley, 2003).

Возможным источником воздействия может быть воздействие солоноватой воды, которая будет сбрасываться осмотической электростанцией в морскую среду. Это может изменить местную морскую среду и привести к изменениям для животных и растений, обитающих в районе сброса. Однако осмотическая установка будет только вытеснять образование солоноватой воды в космосе, не изменяя качество воды, поэтому это не окажет значительного воздействия на окружающую среду (Sandvik, Hersleth & Seelos, 2009 г.).).

Только в ходе дальнейшей разработки, посредством дополнительных исследований по оценке воздействия на окружающую среду и более крупных сооружений, сообщество энергетики градиента солености сможет получить более четкое представление о любых потенциальных воздействиях.

Климат

Электростанции с градиентом солености непосредственно способствуют смягчению последствий изменения климата, предоставляя полностью возобновляемый источник энергии без выбросов парниковых газов (помимо первоначальных выбросов парниковых газов, связанных с производством и установкой, которые, как ожидается, будут компенсированы в короткие сроки). Однако, как обсуждается в следующем разделе, посвященном экономике энергии океана, общая установленная мощность, скорее всего, останется небольшой для технологий энергии с градиентом солености, а это означает, что их общий вклад в смягчение последствий в следующие десятилетия будет относительно небольшим.

Финансовые потребности и затраты

Поскольку все возобновляемые источники энергии океана все еще в значительной степени находятся на стадии исследований и разработок и демонстрации, с соответствующим отсутствием коммерческих устройств, очень сложно точно оценить затраты. МЭА (2008 г.) оценило стоимость поставленной энергии морских возобновляемых источников энергии в течение всего срока службы на уровне от 150 до 300 долл. США/МВт·ч для различных технологий (за вычетом приливных заграждений), что, как правило, выходит далеко за рамки текущих доходов от в некоторых странах). По их оценкам, затраты должны быть снижены до трети или четверти их текущего уровня, чтобы их можно было реализовать без существенной поддержки.

Хотя инвестиционные затраты на электростанцию ​​с градиентом солености относительно высоки на единицу установленной мощности по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнечная энергия, важным отличием является то, что электростанции с градиентом солености будут спроектированы для работы с базовой нагрузкой и таким образом качественно отличается от большинства других возобновляемых источников энергии (SPP, 2004). Из-за большого количества часов работы и ее надежности годовая стоимость энергии на кВт-ч технологии может быть лучшим показателем (SPP, 2004).

Неопределенность в отношении затрат и технических характеристик морских энергетических технологий должна быть преодолена, прежде чем можно будет привлечь значительные коммерческие инвестиции. В этом отношении крупномасштабные схемы прототипов/демонстраций могут помочь информировать инвесторов о ключевых вопросах надежности, эффективности и ремонтопригодности.

Упомянутые выше проблемы не делают возобновляемые источники энергии в морской среде нежелательными; на самом деле многие страны поддерживают исследовательские программы и развитие частного сектора. Стимулом для такой поддержки является потенциал энергии океана, чтобы обеспечить новый набор отраслей и рабочих мест в странах, рано внедряющих технологии, а также предоставить альтернативный источник энергетической безопасности и диверсификацию энергоснабжения, чтобы уменьшить прерывистость, связанную с доминированием один вид возобновляемых ресурсов.

Рыночный статус механизма чистого развития

По состоянию на март 2011 г. в трубопроводе МЧР нет проектов морской энергетики, основанных на градиентах солености.

Ссылки

• МЭА, 2009 г. «Энергия океана: состояние развития глобальных технологий». Международное энергетическое агентство, реализующее Соглашение об океанских энергетических системах, Приложение I: Обзор, обмен и распространение информации об океанских энергетических системах. Документ IEA-OES №: T0104 доступен по адресу: http://www.iea-oceans.org/
• Джонс, А.Т., Финли, В., (2003). Последние разработки в области градиента солености. Proceedings of the Marine Technology Society OCEANS, 2003. Доступно по адресу: http://www.waderllc.com/technical.htm

.

• SPP, 2004. Проект Salinity Power: производство электроэнергии за счет разницы осмотического давления между пресной и морской водой. Доступно по адресу: http://cordis.europa.eu/home_en.html
• OES-IA, 2009 г. Годовой отчет Международного энергетического агентства об осуществлении Соглашения об океанских энергетических системах за 2009 г.. OES-IA документ A09. Доступно по адресу:  http://www.iea-oceans.org/

.

• Санвик, С.О., Скихаген, С.Э., (2008). Состояние технологий для использования Силы Солености и текущей деятельности Осмотической Силы. Статья к ежегодному отчету Международного энергетического агентства о выполнении Соглашения об океанских энергетических системах за 2008 г., Приложение I: Обзор, обмен и распространение информации об океанских энергетических системах. Доступно по адресу: http://www.iea-oceans.org/publications.asp?id=1

.

• МЭА, 2007 г. Энергетические технологии на переднем крае. Международное сотрудничество в области энергетических технологий, выполнение соглашений МЭА, 2007 г. Доступно по адресу: http://www.iea-oceans.org/publications.asp?id=11
• IEA 2008. Energy Technology Perspectives 2008. Scenarios & Strategies to 2050. Париж, Франция
• Сандвик, О.С., Херслет, П., Силос, К., (2009). Высвобождение возобновляемых источников энергии из океана: опыт Statkraft в развитии возможностей для бизнеса в незрелых технологиях и рынках — силы осмоса и приливных течений. HYDRO2009, октябрь 2009 г. Доступно на: www.statkraft.com

Осмотическая сила

Осмотическая сила

Брэндон Вульф

15 декабря 2017 г.

Представлено в качестве курсовой работы для Ph340,
Стэнфордский университет, осень 2017 г.

Введение

Рис. 1: Схема осмотической электростанции . (Источник: Брэндон Вульф. По Аабергу. [1])

При смешивании пресной и морской воды, например
когда пресноводная река впадает в океан, огромное количество энергии
выпущены. Если пресную воду и морскую воду затем разделить через
полупроницаемая мембрана, тогда пресная вода будет проходить через
мембраны и разбавить соленую воду из-за химического потенциала
разница. Этот процесс называется осмосом. Если ионы соли
полностью захвачен мембраной, прохождение воды через
мембрана создаст давление, известное как осмотическое давление. Этот
давление может быть преобразовано в энергию. [1] Эта технология существует
с 1970-х годов, но разработанные мембраны не
достаточно эффективным, чтобы процесс был рентабельным. Такие компании, как
Statkraft, тем не менее, делает технологические прорывы и надеется
принесет осмотическую энергию для потребительского использования в ближайшем будущем.

Как это работает

Технология, улавливающая эту энергию, называется
осмос с задержкой давления (PRO). (Рис. 1) Пресная вода закачивается в
модуль, содержащий упомянутые выше специальные мембраны.
пресная вода смешивается с морской водой в мембранном модуле, и это
осмотический процесс увеличивает объемный расход воды под высоким давлением и
является ключевой передачей энергии в процессе производства электроэнергии.
разбавленная, солоноватая вода из модуля разделяется на два потока:
пресная и солоноватая вода. [2] Солоноватая вода течет через
турбина для выработки электроэнергии. [3] Процесс PRO может генерировать до 1 МВт
мощности на кубический метр пресной воды, проходящей через систему
в секунду. [3]

Воздействие на окружающую среду

В прошлом осмотическая сила оказывала воздействие на окружающую среду.
влияние из-за размера занимаемой площади. В прошлом
водопад был необходим для того, чтобы генерировать энергию. Теперь о месте
не имеет значения, если есть пресная и морская вода.
потребность в плотинах и системах управления водными ресурсами и их влияние на рыбу
и других диких животных, сведенных к минимуму, уменьшит воздействие осмотического
власть имеет на окружающую среду. [1] Очистка мембран включает
чистящие средства, подобные тем, которые используются в питьевой воде
растений и являются экологически чистыми.

Статкрафт

В 2001 году Statkraft присоединился к нескольким другим компаниям.
для дальнейшего развития технологии PRO. Основная цель
Компания разрабатывает мембрану мощностью 4 Вт.
за квадратный метр и более. Также они стремятся снизить производство
Стоимость и срок службы мембран. В 2003 году Statkfrat открыла свой
первый испытательный центр осмотической мощности в Норвегии. Однако пока Statkraft работает над этим, в большинстве случаев это практически невозможно.
Мир. В то время как Норвегия имеет
изобилие пресной воды, пресная вода гораздо более ценна в таком месте, как Калифорния, чем в Норвегии. Кроме того, количество
Энергия, затрачиваемая на получение энергии из пресной воды, равна количеству энергии, необходимому для получения пресной воды из морской.

© Брэндон Вульф.