Авторизация
Наша группа Вконтакте
Наши партнеры
КРЫМ. СТРОЙИНДУСТРИЯ. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ВЕСНА — 2016
15 сен 09:41Технологии

Конец эпохи нефти и газа? Часть первая

Что такое – «монотермическая установка»?.


Когда люди женятся, то им желают: «Живите долго и счастливо». Долго – это понятно. Учёные над этим работают. А вот «счастливо» - если убрать духовную составляющую, это когда изобилие всего. А если разобраться, то первоисточник – это уголь нефть и газ. Без них, жизнь возвращается в эпоху лошадей, парусов и отопление дровами. Никакая альтернативная энергетика на данном этапе развития, к сожалению не может обеспечивать автономное отопление и работу цементных и металлургических производств.
Сейчас на Земле людей около 7 млрд. Энергоресурсов на всех не хватит. Надо искать альтернативу. Об этом и поговорим.
Один из вариантов - это «монотермическая» установка.

Все энергетические устройства, известные на сегодняшний день имеют какой-нибудь энерговыделяющий элемент. Движущийся воздух на ветряных электростанциях, движущаяся (падающая) вода, приливы и отливы, световое излучение от Солнца на солнечных станциях. Ну и конечно - углеводороды и реакции деления и синтеза (очень далёкой перспективе). Даже писатели-фантасты пишут про это. У них всегда есть какой-то реактор, двигатель и топливо для него. Из-за которого они и придумывают различные истории. Следует упомянуть, что после работы всех подобных устройств всё выработанное тепло рассеивается в пространстве, ещё более усугубляя глобальное потеление. И что делать с зтим теплом, никто не знает.
А вот рассказа, где используется уже расспределённая выделившаяся энергия, я не нашёл. Имею ввиду, что только тело с температурой абсолютного нуля не имеет энергии. А наш окружающий мир воздух, моря и океаны имеют тепловую энергию в поистине в неисчерпаемых количествах.
Даже подсчитано, что если охладить на полградуса сток Днепра, то такой энергии будет больше, чем весь каскад (4) электростанций на реке. Ну а про Мировой океан и говорить не приходится. А какая жизнь возможна под водой, даже представить трудно. Возможно неограниченно долго пребывать и двигаться под водой. Кислород можно добывать разложением воды в неограниченных количествах.

Далее, речь пойдёт об устройстве, где топливом является вот такая теплота.
А сегодня поговорим о последствиях применения такого устройства. Забегая вперёд, скажу, что называется такое устройство, в частности «монотермическая установка».
Почему в частности? Потому что, это одно из трёх устройств, топливом для которого является окружающее тепло. Другие имеют иной физический принцип.
Израсходовать всё окружающее тепло не представляется возможным. Поскольку каждое утро поднимается солнце и компенсирует израсходованную (или забранную) теплоту.
И главное, надо не забывать, что конечным результатом всех потребителей будет теплота. А она, как раз и является топливом. Поэтому Солнце будет компенсировать только ту часть тепловой энергии, которая излучается безвозвратно в космос в виде микроволнового излучения.

Человек, единственное существо, отличающееся от всего живого мира. Об этом не принято говорить, но современный человек всегда оставляет после себя отходы – мусор. И со временем его становится всё больше и больше. Как показано в документальном фильме « Во власти мусора », начали из «образцово-показательной» Европы мусор контейнерами свозить в «отсталую» Африку. Ну а с радиоактивными отходами, до сих пор, никто не знает, что с ними делать. Тут, недавно, по ТВ показали, что американцы хотят «хоронить» их в районе Чернобыля. При этом сказали, что через какое-то время этот «мусор» превратиться в какое-то там ценное топливо.
Так вот, переработать весь мусор можно. Но это крайне энергозатратный процесс. Учитывая, что наступает эпоха энергетического кризиса, о полной переработке не может быть речи. А «монотермическая» установка даёт неограниченное количество энергии. Т. е. можно абсолютно полностью разложить отходы на составляющие и пускать их в производство. Таким образом, о новой добыче сырья необходимости нет. Становится возможным замкнутый цикл жизни человека с любым уровнем комфортного проживания. И стоить такое сырьё ничего не будет. Энергозатраты нулевые. А вспомните, сколько сейчас идут воин из-за ресурсов?

А к ресурсам относятся и энергоносители. Всем известен синтетический бензин. Производство его крайне энергозатратно. Ну, это похоже на обратную реакцию синтеза углеводородов из воды и углекислого газа из воздуха. Технология англичанами отработана. Так вот, такой бензин можно будет производить на переоборудованных танкерах в экваториальных широтах, где тёплый океан. Вот и переориентация нефтегазового комплекса, которому предрекают гибель в случае создания монотермической установки. И делать такой бензин может любая страна в неограниченном количестве. Естественно, такой бензин ничего не будет стоить, как и его транспортировка танкерами, работающими тоже на том же синтетическом топливе или тепле океана.
Вы думаете заливать такой бензин в автомобиль? В северных странах – да. А в южных, такую «монотермическую» установку можно поставить на сам автомобиль. И ездить и работать на нём можно сколь угодно долго, до физической усталости. И цена такой поездки будет определяться вашей усталостью (бензина нет). Имею ввиду инженерные и строительные машины тоже. А если машиной управлять будет компьютер?... Кстати, схему или внешний вид такого автомобиля почему-то не показывает никто. Даже люди с болезненной ненаучной фантазией.

Если рассматривать частный дом, то к нему будет подходить только труба для отопления, и то на синтетическом топливе, которое вырабатывается где-то поблизости за городом. Никаких проводов и соответствующих счетчиков. Всё электричество будет генерироваться внутри дома в неограниченном количестве. Включая получение питьевой воды. Комфорт проживания можно создать любой.

Освещение можно сделать «вечным», без проводов. Электричество будет вырабатываться там же на месте, из окружающего тепла. И освещать можно что угодно, и сколько угодно долго. Темнота (ночь) уйдёт в прошлое.
И заводов можно наоткрывать любое количество в любом месте земного шара. (Вот вам и 25 млн. и более рабочих мест и национальная идея и прорывные технологии). Подключать их к энергосетям нет необходимости.
И строить можно бесконечно. Можно перестроить всю страну. Сносить горы, построить любые каналы. Строить любые дороги куда угодно. Энергозатраты – нулевые.
Можно сделать плодородными пустыни и озеленить их. Можно опреснять морскую воду в любом количестве.
Об автономных источниках энергии можно забыть. Батареи и аккумуляторы уйдут в прошлое. Точнее, они останутся, но будут играть роль аварийных источников. Монотермические усановки незаменимы для мобильной медицины (например, питание искусственного сердца).

Самые богатые будут страны с жарким климатом. Понятно почему. Хотя разница в «богатстве» будет условная.
Кстати, кондиционер или холодильник получаться интересные. Поскольку «монотермическая» установка питается окружающим теплом, понижая его температуру, то для предотвращения возвращения тепла обратно от работающей аппаратуры, надо его в виде света с помощью прожекторов отправлять безвозвратно в космос (в натриевых лампах 30% электрической энергии переходит в свет).

А вот про тепловое загрязнение никто не говорит. Вспомните жару в московском метро. Там сотни-киловатные обогреватели в виде тяговых электродвигателей, эскалаторов, освещения и другого оборудования. Так можно и себя, образно говоря «сварить». Хотя проекты, по так называемому охлаждению в мировом масштабе есть, но они фантастические на сегодняшний день. Монотермическая установка решает и эту проблему полностью.

Такая жизнь, почему-то даже нашими писателями-фантастами не придумана. Они «налегают» на энерговыделяющие элементы. У них всегда есть какой-то «реактор».
Ну а фильмов, где борются за «стакан бензина» они создали много. «Безумный Макс», «Аватар» и другие.
И еще многие чудесные изменения ждут нас от «монотермической» установки. Геополитику я не трогаю. Там кардинальные изменения будут.


Практическая реализация монотермической установки.

Окружающее тепло – неисчерпаемый вид топлива. Создаём установку с таким топливом.
Соединяем вместе тепловой насос и тепловой двигатель. Схему возьмем из учебника «Кубо Р. - Термодинамика – 1970» с.76.
Конец эпохи нефти и газа? Часть первая

Диапазон температур возьмём от -30°С до +20°С.
Рабочие тела берём для теплового насоса – октафторциклобутан- RC318 (C4F8 ). Строим цикл. Вычисляем КПД=14,6%.
Конец эпохи нефти и газа? Часть первая

Для теплового двигателя рабочее тело берём трихлорфторметан - R11 (CCl3F)
Строим цикл с таким же интервалом температур от -30°С до +20°С и вычисляем КПД=19,7%.
Конец эпохи нефти и газа? Часть первая

Расставляем коэффициенты по движениям энергий. Получаем схему:
Конец эпохи нефти и газа? Часть первая

Как видно из схемы, тепловым насосом из НИТ отбирается 0,854 единицы тепла, а тепловым двигателем возвращается только 0,803 единицы тепла. Разница составляет δ=0,051единиц.
Т.е для предотвращения понижения температуры НИТ в него необходимо «добавлять» 0,051 единиц тепла. Так как температура НИТ -30°С, то 0,051единиц тепла можно взять из атмосферы (естественно температура должна быть выше -30°С) или из Мирового океана. Результирующая механическая работа равна А`-A=0,197-0,146=0,051, что соответствует δ=0,051.
Если выходная мощность теплового двигателя 19,7кВт, то выход «дармовой» энергии 5,1кВт.
Поскольку в диаграммах есть изолинии плотности рабочего тела, то без труда можно вычислить физические параметры монотермической установки при заданной выходной мощности. Диаметр цилиндров, количество оборотов и т.д.

Рабочие тела R11 и RC318 выбраны для наглядности. А для постройки опытного образца лучше выбрать водоаммиачный двигатель на цикле Калина и тепловой насос на RC318-м. Эти две машины имеются в свободной продаже.
Про применение такой установки – отдельный разговор.

Методика расчёта КПД реального цикла.

Термодинамические диаграммы предназначены для прямого вычисления параметров рабочего тела только при изобарном процессе.
По горизонтали, по оси абсцисс на экспериментальной установке вычислено значение полной энергии при изобарном процессе и обозначено поведение рабочего тела. Слева от линии кипения (левее точки 1) рабочее тело находится в жидком состоянии. Примем эту точку за точку начального состояния. В любой точке состояния можно определить по линии пересечения изолинии плотности, плотность рабочего тела.
Конец эпохи нефти и газа? Часть первая

Конец эпохи нефти и газа? Часть первая

При нагреве рабочего тела и достижении линии кипения ( в точке 1) начинается кипение последнего и далее тело кипит (правее линии кипения и до линии конденсации, между точками 1 и 2). При этом, в зависимости от количества принятого тепла, что соответствует увеличению полной энергии системы (энтальпии), в газообразную фазу переходит только часть рабочего тела. Образуется влажный пар.
Конкретные числовые значения зависят от количества принятой тепловой энергии системой. По линии абсцисс, на изобаре, измеряем числовое значение принятого тепла и определяем конечную точку. Через эту точку проходит изолиния степени сухости – х (от 0 до 1), определяющая, какая часть рабочего тела перешла в газообразную фазу (испарилась). Там же можно узнать плотность влажного пара.
При дальнейшем нагреве влажного пара в точке пересечения изобары с линией конденсации (точка 2) всё рабочее тело испарилось. Образовался сухой пар, или газ.
Если посмотреть на диаграмму, то мы увидим, что левее линии кипения рабочее тело находится в жидком состоянии. Внутри «рога» – влажный пар. Правее линии конденсации – газ (сухой пар).
Нагрев жидкости приводит к увеличению только температуры. Расширения рабочего тела нет. При сжатии жидкости плотность и изотерма совпадают и не меняются. Жидкость не сжимаема.
Нагрев влажного пара до момента полного испарения, приводит к уменьшению только плотности. Температура остаётся постоянной. Изобара и изотерма совпадают. Произошло расширение (выполняется механическая работа).
Дальнейший нагрев сухого пара - газа приводит к увеличению температуры и уменьшению плотности. Расширение продолжается (продолжается выполнение механической работы).

В любой точке изобары мы можем адиабатически (изоэнтропно) сжать или расширить рабочее тело. Что приведёт к увеличению или уменьшению давления. Этот процесс идёт по обозначенным на диаграмме изолиниям s- адиабатам (изоэнтропам).
Конечное значение давления определяет точку нового состояния системы. В этой точке по диаграмме мы определяем новые параметры: давление, температуру, плотность, степень сухости.
Теперь в новом состоянии изобарно (для прямых вычислений) мы можем нагревать и охлаждать рабочее тело.

Для примера расчёта КПД термодинамического цикла возьмём цикл R11 с двумя изотермами -30°С, +20°С и двумя адиабатами (изоэнтропами), как показано на диаграмме. Получаем цикл 1-2-3-4.
По диаграмме измеряем, сколько энергии идёт на увеличении энтальпии от точки 1 до точки 2. 182 кДж/кг.
Измеряем, на сколько уменьшилась энтальпия при охлаждении от точки 3 до точки 4.
148 кДж/кг.
Таким образом, за весь круговой цикл мы подвели к рабочему телу тепловой энергии 182кДж/кг, а отвели всего 148 кДж/кг.
Для примера возьмём 1 кг. рабочего тела. Тогда поглощённая и отведённая тепловая энергия будет, соответственно 182кДж и 148 кДж.
Согласно закона сохранения и превращения энергии и его частного случая, 1-го начала термодинамики, полезная механическая энергия равна разности поглощённой и отведённой энергии.
A= 182кДж-148кДж =36кДж

Следует сказать, что полезная механическая энергия равна сумме двух механических энергий. Энергии адиабатного сжатия 4-1, и энергии адиабатного расширения 2-3, где теплопередачи отсутствуют (согласно определению адиабатного процесса).
В соответствии с определением коэффициента полезного действия, КПД равен отношению выходной полезной механической энергии к поглощённой (затраченной) тепловой энергии.

КПД=36кДж/182кДж=19,7%

При осуществлении цикла холодильной машины или теплового насоса, вычисления ведутся точно так же, только с противоположными знаками.
Конец эпохи нефти и газа? Часть первая

При указанном цикле на октафторциклобутане (RC318) КПД равен 14,6%. Как видно на диаграмме, цикл обратимый. Состоит из двух изотерм и двух адиабат.
Рейтинг:
5
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Вопрос:
От чего дают энергию солнечные батареи?
Ответ:*
Важно ваше мнение
Какая на Ваш взгляд самая перспективная технология в энергетике?