Сборник научных трудов и инженерных разработок

За морской энергетикой будущее

М.М. Старостин к.т.н., профессор, Заслуженный изобретатель РФ, действительный

член международной академии авторов научных открытий и изобретений;

В.И. Хомич к.т.н., профессор; В.И. Резниченко к.т.н., профессор, член-корр

Российской экологической академии; B.C. Зайцев д.п.н., профессор,

действительный член Российской экологической академии,

(ОА ВС РФ, МАИ, ИНТК "Нооэкология", г. Москва), Общевойсковая академия Вооруженных Сил

Российской Федерации

Одной из характерных черт современного человеческого общества является постоянный рост энергопотребления как в жилищно-коммунальном, так и в промышленно-производственном секторах. Энергетика пронизывает всю социальную инфраструктуру общества, обеспечивая растущие потребности его при относительно приемлемых экологических и экономических затратах. Рост потребления энергии при ограниченности запасов традиционных энергоресурсов на Земле составляет внутреннее содержание нарастающего энергетического кризиса, выражающегося прежде всего в постоянном повышении цен на нефть, газ и уголь, причем темпы нарастания кризиса в свою очередь увеличиваются.

Энергетический кризис, в основе которого лежат планетные реалии и демографические особенности общества (рост населения), сопровождается экологическими следствиями: изменением состава газовой оболочки Земли и связанным с этим изменениями климата, грозящими экологической катастрофой,

Приближающееся истощение невозобновимых источников энергии на Земле, глобальные изменения климата, растущие потребности населения в энергии вынуждают человечество обращаться к возобновляемым (природным) источникам энергии (ВИЭ). Использование ВИЭ: энергии солнца, движения водных и воздушных масс, геотермальной энергии и других природных явлений - составляет основу нетрадиционной энергетики.

По данным Министерства энергетики, потребление ВИЭ в 2010 году составит 12%, а к 2030 году достигнет 25%. Радикальные изменения происходят в водородной энергетике, где с помощью высоких технологий развивается внедрение электрохимических генераторов, обладающих невиданным коэффициентом полезного действия (65%) и высокой экологической чистотой. Не менее этого обнадеживает сторонников использования ВИЭ успехи в области повышения эффективности фотоэнергетических (ФЭУ) установок. Если в настоящее время КПД их составляет 12-15%, то недавние достижения российских физиков позволяют по недавнему заявлению лауреата Нобелевской премии Ж. Алферова, в ближайшем будущем довести КПД фотоэнергетических установок до 35%, что сделает их массовое использование экономически выгодным.

В России ряд коллективов научных сотрудников (ОА ВС РФ, МАИ, ИНТК "Нооэкология" и др.) длительное время работает над созданием и внедрением различных альтернативных источников энергии (ветроэнергетические установки, солнечные батареи, поплавковые волновые электрогенераторы, термопреобразователи, химические источники тока и др.), которые могут быть использованы для получения электрической энергии и водорода. Уже разработаны и запатентованы часть технических решений,

В этой связи заслуживает внимания создание комплексных энергоустановок на море: на специальных платформах или вспомогательных судах (понтонах, баржах). Помимо экономических вышеупомянутых причин, в данном случае лучше обеспечивается работа, например ФЭУ, так как воздух над морем значительно чище,

что обеспечивает более эффективную работу фотоэлементов, Кроме того, морская стихия сама по себе является источником энергии: волнение поверхности, подводные и поверхностные течения, богатейшая химическая энергия растворенных в морской воде веществ и тд. Все это представляется неисчерпаемым и сравнительно легко доступным источником энергии.

Для уменьшения затрат при получении водорода возможно использование сероводорода, растворенного в водах Черного моря. Для этого предлагается новое техническое решение этой задачи - создание так называемого Морского энергетического комплекса (МЭК), состоящего из платформы, на которой установлены альтернативные источники энергии, обеспечивающие работу оборудования для получения электроэнергии и водорода.

В качестве источников энергии на платформе используются ветроэнергетические установки, фотоэлектрическая станция, гидроэлектрическая установка, поплавковая волновая электростанция, топливно-химическая элементная станция с возможностью использования в качестве топлива водорода, аккумуляторные батареи, термоэлектрический генератор (рис.1)

Совместная работа нескольких нетрадиционных энергетических установок обеспечивает синергетический эффект, что создает высокую экономическую эффективность данного способа получения энергии. Кроме того, позволяет значительно снизить расходы на обслуживание, вспомогательные электросети, аренду земли и т.д.

Кстати, там может быть расположен и жилой блок для обслуживающего персонала, кроме того, МЭК может быть дополнен плавучей морской фермой по ускоренному выращиванию морепродуктов (ламинарий,  мидий  и т.п.).  Общая схема  МЭК представлена на рис. 2.

Морской энергетический комплекс.

Где обозначено: I - энергетический блок (ЭБ); II - блок забора морской воды (БЗМВ); III - блок переработки морской воды (БПМВ); IV - система очистки и осушки водорода (СООВ); V - система очистки, осушки и сжижения кислорода (СООСК); VI - силовой блок (СБ); VII - система хранения и перекачки (СХП); VIII - системой управления, автоматического контроля сигнализации и связи (СУКС); IX - система очистки морской акватории (СОМА); X -морская ферма (МФ); XI - система стабилизации морского энергетического комплекса (ССМЭК); XII - система приема, стоянки и отправки летательных  средств  (СПЛС);  XIII  -  система  обеспечения  жизнедеятельности персонала (СОЖП); XIV - система транспортирования продуктов МЭК (СТ); 1 -фотоэлектрическая станция (ФЭС); 2 - гидроэлектрическая установка (ГЭУ); 3 -ветроэнергетическая установка (ВЭУ); 4 - гальвано электрическая батарея (ГЭБ); 5 -блок аккумуляторных батарей (БАБ); 6 - топливнохимическая элементная станция (ТХЭС); 7 - блок управления первичными источниками (БУПИ); 8 - фильтр (Ф); 9 -заборный трубопровод (ЗТ); 10 - блок очистки заборной воды (БОЗВ); 11 -фотоэлектролизер (ФЭЛ); 12 - ванна электролизная (ВЭ); 13 - ванна выпаривания морской воды (ВВМВ); 14 - установка очистки и осушения водорода (УООВ); 15 - блок очистки кислорода (БОК); 16 - блок сжижения кислорода (БСК); 17 - емкость для хранения кислорода (БСК); 18 - емкость для сбора соли (ЕСС); 19 -распределительный пункт водорода (РПВ); 20 - блок дизель - генераторов (БДГ); 21 -трансформаторная подстанция (ТП); 22 - перекачивающая станция водорода (ПСВ); 23 - подводный газгольдер водорода (ПГВ); 24 - емкости для транспортировки водорода (ЕТВ); 25 - перекачивающая станция кислорода (ПСК); 26 - емкости для транспортировки кислорода (ЕТК); 27 - блок управления и контроля работы систем, узлов и агрегатов станции (БКРС); 28 - блок сигнализации и связи (БСС); 29 - блок персонала и охраны станции (БПОС); 30 - генератор ультракоротких волн (ГУКВ); 31 -генератор ультразвуковых колебаний (ГУЗК); 32 - система выращивания морепродуктов (СВМП); 33 - датчики колебаний (ДК); 34 - исполнительные механизмы обеспечения волностойкости (ИМОВ); 35 - блок самолетный (БС); 36 - блок вертолетный (БВ).

Морская платформа является конструкцией модульного типа и состоит из отдельных секций, собираемых в зависимости от целей, задач или количества оборудования.

Энергетический блок предназначен для получения первичной энергии от ВИЭ и снабжения различных потребителей с целью обеспечения получения водорода, являющегося основным топливом для блока дизель - генераторов (БДГ), вырабатывающих электроэнергию,

Помимо этого МЭК производит кислород и водород для внешних потребителей (транспорт, строительство и т.д.), а также производит ценные продукты, необходимые для работы химической и медицинской промышленности.

МЭК может также использоваться для десероводоризации отдельных участков Черного и других морей.

Ценным свойством МЭК является возможность перемещения его в любую точку морских акваторий, а также способность укрыться от морских бурь, тайфунов и пр.

Наиболее предподчительным использованием комплекса является его применение для энергоснабжения прибрежных, морских, промышленных и военных объектов, вне зависимости от географического расположения, сезонных, суточных и климатических условий.

В связи с высокими темпами спроса на экологически чистые источники энергии, по оценкам специалистов, ожидаемый мировой спрос на морские установки, производящие водородное топливо составляет - от 50-100 единиц для района Черного моря по Европе и до 800-1000 единиц по всему миру, с учетом различных модификаций.