Оценка эксергетического вектора монотермического двигателя и его сопоставление с традиционной электростанцией.

§1. Традиционные и перспективные теплосиловые установки предназначены для преобразования энергии топлива в эксергию, химической (нефть, уголь, газ) или ядерной (деление - АЭС или синтез - УТС). Все упомянутые энергетические процессы сводятся к трансформации энергии в эксергию, и это происходит согласно 1-му началу термодинамики. Трансформация энергии рассматривается как происходящая в некотором объеме, через поверхность которого выходит эксергия. Характеристикой интенсивности процессов в энергетике принят эксергетический вектор Умова-Пойнтинга (УП). Вектор УП определяет ту предельную мощность, которую может передать рабочее тело на поверхности поршня двигателя, лопаток турбины и т.д. именно вектор УП определяет жизнеспособность и эффективность энергетической установки [41]

§2. Существует устойчивое мнение, что ВИЭ обладают низким вектором УП. Для сопоставимости оценим вектор УП (δ_Æ) эндотермического цикла (ЭНУ) реализованного в эндотермическом двигателе.Под эндотермическим тепловым двигателем (ЭТД), подразумевается двигатель, работающий от одного теплового резервуара, но в соответствии с принципами Карно. Методика оценки величины эксергетического вектора УП эндотермического двигателя работающего на природной воде Гидросферы, взята из работы [42, с.43-44]. При расчете приняты следующие параметры:

• ρ = 1000 кг/м³ – плотность воды;

• V = 4 м/с – максимальная скорость воды в теплообменнике;

• (С • t + λ) = (4,2•6 + 335)= 360 кДж/кг – энтальпия воды при 279 К (6°С);

• (∆Т/Т) = (273 – 80)/ 273 – температурная функция анергии, при НИТ = 80 К.

δ_Æ = ρV • (С • t + λ) • (∆Т/Т) - 10³•4•360•10³•193/273 = 1•10^9 Вт / м².

Оценка показывает, что в силу высокого значения энтальпии воды плотность потока эксергии здесь примерно в 2000 раз выше, чем в хвостовой поверхности энергетического котла, и в 1000000 раз выше солнечной постоянной 1300 Вт/м2) — плотности потока солнечной энергии, падающего на нашу планету. «Оказалось, что океан — не только аккумулятор, но и концентратор солнечной энергии» [42]. Это подтверждение ранее высказанной характеристики термостата.

Так как, принято считать, что возобновляемые источники энергии не конкурентоспособны относительно традиционных электростанций. Поэтому проведено сопоставление монотермического цикла с традиционным для энергетики экзотермическим циклом, реализованным в конденсационных электростанциях КЭС: ТЭС или АЭС.

При всех экзотермических циклах теплоэнергетики, вода служит посредником между тепловым реактором и окружающей средой. При эндотермическом цикле, топливо не требуется, и вода служит источником производства эксергии. Поэтому целесообразно сопоставить оба производства по расходу воды. Так как в обозримый период КПДт теплосиловых установок не превысит η = 0,5 то количество произведённой эксергии и анергии будем считать равным, в обоих случаях.

В экзотермических циклах, охладителем воды является градирня, где температурный перепад воды, равен ~12 К [43]. Тогда приход эксергии составит:

∆Æ =12•4,2•1000/3600 = 14 кВт∙ч/т, где: 3600 количество секунд в часе.

В эндотермических циклах, потребляемая энтальпия воды равна:

∆Н = 360•1000/3600 = 100 кВт∙ч/т, а приход эксергии составит ∆ Æ = 0,5 ∆ Н = 50 кВт∙ч/т.

Расчёты показали, что из оборотной воды КЭС можно произвести 300% эксергии производимой КЭС, без использования топлива. Это относится к любым тепловым электростанциям: в том числе ядерным и термоядерным. При этом даже не учитывается расход воды затрачиваемый на добычу и транспортировку топлива.

В этом нет ничего удивительного. Удельная мощность энергетических процессов в неживой природе не высока. Удивительный результат получится, если сравнить удельные мощности человека и Солнца, т. е. мощности, отнесенные к единице массы (масса Солнца = 2 • 10³⁰ кг). Удельная мощность Солнца оказывается равной 4 • 10²³ кВт/ 2 • 10³⁰ кг =2 • 10⁻³ Вт/кг, а мощность человека — 140 Вт/80 кг = 1,75 • Вт/кг. Получается, что удельная мощность человека почти в 10 тыс. раз больше удельной мощности Солнца [44]. То же относится и к другим термоядерным реакциям.

§3. Энтальпия холодной воды, позволяет сопоставить её энергию с напором воды на гидростанциях. Для этого разделим энтальпию воды на ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с²) получая эффективный тепловой напор воды: Н* =360/9,8 = 36,7 км. Таким образом, эффективный тепловой напор воды, примерно в 100 раз превышает напор плотинных ГЭС. Это означает, что для получения сопоставимой мощности в эндотермической ГЭС достаточно использовать 1% стока реки.

Профессор В.М. Бродянский был прав: «Если энергию, рассеянную в окружающей среде, концентрировать и использовать для обогрева жилища или других потребностей, то можно обойтись не только без органического топлива (угля, нефти, газа), но и атомного, а затем и термоядерного. Ведь запас энергии в окружающей среде практически неисчерпаем [36].

У нас уже есть величайший термоядерный реактор по имени солнце. Используя грамотно его энергию, падающую на землю - все энергетические проблемы земли можно решить на сотни лет наперед.