محطة توليد الطاقة الأسموزي: طاقة المياه المالحة النقية

من الضروري التحذير على الفور: لا يوجد خطأ في العنوان ، ولن تكون هناك قصة عن الطاقة الكونية التي تتوافق مع الاسم. سنترك الأمر لعلماء الباطن وكتاب الخيال العلمي. وسوف نتحدث عن الظاهرة المعتادة التي نتعايش معها طوال الحياة.

كم من الناس يعرفون بسبب عمليات العصائر في الأشجار إلى ارتفاع كبير؟ بالنسبة لـ sequoia ، إنه أكثر من 100 متر. يحدث نقل العصائر إلى منطقة التمثيل الضوئي بسبب عمل التأثير البدني - تناضح. تتكون هذه الظاهرة من ظاهرة بسيطة: في حلين بتركيزات مختلفة ، يتم وضعهما في وعاء به غشاء نصف نافذ (يُسمح به فقط لجزيئات المذيبات) ، يظهر اختلاف في المستوى بعد مرور بعض الوقت. في الترجمة الحرفية من اللغة اليونانية التناضح هو الضغط والضغط.

والآن من الحياة البرية سنعود إلى التكنولوجيا. إذا تم وضع البحر والمياه العذبة في وعاء مع الحاجز ، فبسبب تراكيز مختلفة من الأملاح الذائبة تظهر الضغط الاسموزي وارتفاع مستوى سطح البحر. تنتقل جزيئات الماء من منطقة ذات تركيز عال إلى منطقة حل ، حيث توجد شوائب أكثر وجزيئات ماء أقل.

يتم استخدام الفرق في مستويات المياه بالطريقة المعتادة: هذا هو العمل المألوف لمحطات الطاقة الكهرومائية. السؤال الوحيد هو ما مدى ملاءمة تأثير التناضح للاستخدام الصناعي؟ تظهر الحسابات أنه عندما تبلغ ملوحة مياه البحر 35 جم / لتر ، يتم إنشاء انخفاض ضغط يبلغ 2 389 464 باسكال أو حوالي 24 جوًا بسبب ظاهرة التناضح. في الممارسة العملية ، هذا يعادل السد الذي يبلغ ارتفاعه 240 متر.

ولكن إلى جانب الضغط ، فإن انتقائية الأغشية ونفاذيةها هي أيضًا سمة مهمة للغاية. بعد كل شيء ، لا تولد التوربينات الطاقة من الضغط التفاضلي ، ولكن بسبب تدفق المياه. هنا ، حتى وقت قريب ، كانت هناك صعوبات خطيرة للغاية. يجب أن يتحمل الغشاء الأسموزي المناسب الضغط الذي يبلغ 20 ضعف الضغط في إمدادات المياه المعتادة. في الوقت نفسه ، لديك مسامية عالية ، ولكن الاحتفاظ جزيئات الملح. مزيج من المتطلبات المتعارضة لفترة طويلة لم تسمح باستخدام التناضح للأغراض الصناعية.

في حل مشاكل تحلية المياه ، اخترع الماء لوب الغشاءالتي صمدت أمام ضغط هائل واحتفظت بالأملاح المعدنية والجزيئات حتى 5 ميكرونات. لفترة طويلة ، لم يكن من الممكن تطبيق أغشية Loeb للتناضح المباشر (توليد الطاقة) ، لأن كانت مكلفة للغاية ، متقلبة في العملية وكان نفاذية منخفضة.

حدث تقدم كبير في استخدام الأغشية التناضحية في أواخر الثمانينات ، عندما اقترح العلماء النرويجيون هولت وتورسين استخدام فيلم البلاستيك السيراميك القائم على تعديل. تحسين هيكل البولي ايثيلين الرخيص سمح لنا بإنشاء تصميم للأغشية الحلزونية المناسبة للاستخدام في إنتاج الطاقة الاسموزي. لاختبار التكنولوجيا لتوليد الطاقة من تأثير التناضح ، في عام 2009 أول تجربة تجريبية في العالم محطة توليد الطاقة الاسموزي.

بعد حصولها على منحة حكومية وإنفاق أكثر من 20 مليون دولار ، أصبحت شركة الطاقة النرويجية ستاتكرافت رائدة في نوع جديد من الطاقة. تنتج محطة توليد الطاقة الأسموزية حوالي 4 كيلو واط من الطاقة ، وهو ما يكفي للعمل ... غلايتين كهربائيتين. لكن أهداف بناء المحطة أكثر جدية: فبعد كل شيء ، فإن اختبار التكنولوجيا واختبارها في ظروف حقيقية تفتح المواد الخاصة بالأغشية الطريق لإنشاء هياكل أكثر قوة.

يبدأ النداء التجاري للمحطات بكفاءة إزالة الطاقة لأكثر من 5 واط لكل متر مربع من الأغشية.في المحطة النرويجية في Toft ، هذه القيمة بالكاد تتجاوز 1 واط / م 2. ولكن بالفعل يتم الآن اختبار الأغشية بكفاءة تبلغ 2.4 واط / متر مربع ، وبحلول عام 2015 ، من المتوقع أن تحقق قيمة فعالة من حيث التكلفة تبلغ 5 واط / متر مربع.

محطة توليد الطاقة الأسموزي في Toft

ولكن هناك معلومات مشجعة من مركز الأبحاث في فرنسا. من خلال العمل باستخدام مواد تعتمد على أنابيب الكربون النانوية ، حصل العلماء على عينات من كفاءة استخراج طاقة التناضح بحوالي 4000 واط / م 2. وهذا ليس فعالًا من حيث التكلفة فحسب ، بل يتجاوز كفاءة جميع مصادر الطاقة التقليدية تقريبًا.

آفاق أكثر إثارة للإعجاب وعد التطبيق أفلام الجرافين. غشاء بسمك طبقة ذرية واحدة يصبح نافذًا تمامًا لجزيئات الماء ، مع الاحتفاظ بأي شوائب أخرى. يمكن أن تتجاوز كفاءة هذه المواد 10 كيلو واط / م 2. انضمت الشركات الرائدة في اليابان وأمريكا إلى السباق لإنشاء أغشية عالية الأداء.

إذا كان في العقد القادم سيكون من الممكن حل مشكلة الأغشية للمحطات التناضحية ، فإن مصدرًا جديدًا للطاقة سوف يحتل مكانًا رائدًا في تزويد البشرية بمصادر طاقة صديقة للبيئة. على عكس طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، يمكن أن تعمل محطات التناضح المباشر على مدار الساعة ولا تتأثر بالأحوال الجوية.

إن الاحتياطي العالمي من طاقة التناضح ضخم - حيث يبلغ معدل تصريف مياه النهر العذبة السنوي أكثر من 3700 كيلومتر مكعب. إذا كان بالإمكان استخدام 10٪ فقط من هذا الحجم ، فيمكن توليد أكثر من 1.5TW / h من الطاقة الكهربائية ، أي حوالي 50 ٪ من الاستهلاك الأوروبي.

ولكن ليس هذا المصدر فقط يمكنه المساعدة في حل مشكلة الطاقة. مع الأغشية عالية الكفاءة ، يمكن استخدام طاقة أعماق المحيط. الحقيقة هي أن ملوحة الماء تعتمد على درجة الحرارة ، وهي مختلفة في أعماق مختلفة.

باستخدام تدرجات درجة الحرارة من الملوحة ، لا يمكنك أن تعلق على أفواه الأنهار في بناء المحطات ، ولكن ببساطة وضعها في المحيطات. ولكن هذه هي مهمة المستقبل البعيد. على الرغم من أن الممارسة تدل على أن التنبؤات في التكنولوجيا هي مهمة ناكر للجميل. وغدا قد يطرق المستقبل واقعنا.

Comments

[#1]

وهل يمكنك أن تشرح بمزيد من التفصيل آليات العملية؟ ثم ، مثل تلك الجدة ، التي تحدثت بالتفصيل عن مبدأ تشغيل محرك بخار على قاطرة بخارية ، ثم قالت: "كل شيء واضح ، يا بني ، افهم. أنت فقط أخبرني أين تم تسخير الحصان؟" لنفترض أن محطة معالجة تقوم بتصريف مياه الصرف بعد المعالجة في البحر ، أي لدينا مصدران للمياه من ملوحة مختلفة ، علاوة على ذلك ، مياه البحر موجودة كما لو كانت ثابتة ، ويتم تصريف المياه العذبة باستمرار. ماذا بعد؟ دعنا نقول ، لقد قاموا بتنظيم خزان آخر مع غشاء في المنتصف ، في نصف - مياه عذبة ، وفي الآخر - شيء مالح - مالح ... ماذا في ذلك؟ هل سنرى حقاً أن مستوى الماء يرتفع إلى النصف بالماء المالح؟ يبدو من الواضح أن الفرق في المستويات يمكن استخدامه بالفعل. ولكن على أي حال ، تعليق.

[#2]

فكرة مثيرة للاهتمام ...
ومع ذلك ، فإن السؤال هو - لماذا سور حديقة الأغشية لرفع المياه المالحة عند مصب النهر؟ من المشكوك فيه أن الطاقة المحتملة لحجم المياه المالحة التي يثيرها التناضح سوف تتجاوز بشكل كبير طاقة تدفق النهر عند الفم ....
لماذا هو أكثر ربحية إنشاء دلتا مع التناضح ، عندما تكون متاحة بالفعل - تتدفق المياه العذبة إلى البحر من النهر. ..... توفر تقنية التناضح حجب المياه العذبة بغشاء والتي من خلالها سيتغلغل الماء نفسه في الماء المالح .... جيدًا ، ويرتفع إلى مستوى معين ....كيف يتم الحصول على توازن طاقة إيجابي في نظام يحتوي على غشاء مقارنة بالاستخدام المباشر لطاقة الصرف لحجم معين من الماء؟

[#3 يعقوب]

تتحكم محطة الطاقة الاسموزي في خلط الملح والمياه العذبة ، وبالتالي تستخرج الطاقة من الانتروبيا المتزايدة للسوائل. يتم الخلط في خزان ، والذي ينقسم إلى قسمين بواسطة غشاء نصف نافذ. يتم توفير مياه البحر إلى حجرة واحدة ، وجديدة إلى أخرى بسبب اختلاف تركيز الأملاح في البحر والمياه العذبة ، تمر جزيئات الماء من المقصورة العذبة ، التي تحاول حتى الخروج من تركيز الملح ، عبر الغشاء إلى المقصورة البحرية. كنتيجة لهذه العملية ، يتم توليد الضغط الزائد في حجرة مياه البحر ، والتي بدورها تستخدم لتدوير توليد الكهرباء بالهيدروجين.

[#4]

أرغب في رؤية رابط لتشجيع المعلومات التي تبلغ 4 كيلو واط لكل م ^ 2. حسنًا ، أود أن أعرف كيف سيقومون بتنظيف الأغشية ، التي تسد في مياه البحر جميع أنواع الشوائب فورًا.