Pro-Energie
APLICATII CONCRETE
Aceasta se doreste a fi o aplicatie in viitorul apropiat.
Persoanele din domeniu interesate, ne pot contacta pentru detalii.

Inventia este inregistrata la OSIM, nu este permisa reproducerea ei decat cu acordul inventatorului

Sistem integrat pentru conversia noncarbon a hidrogenului sulfurat în energie

Invenţia se referă la un sistem integrat de producţie a energiei electrice prin conversia energiei termice obţinută din arderea hidrogenului sulfurat.
Sistemul integrat pentru conversia energetică este destinat extragerii şi arderii hidrogenului sulfurat din Marea Neagră în loc de combustibil convenţional pentru producerea de energie termică, electrică şi sulf.
Sunt cunoscute sistemele termoenergetice actuale care consumă combustibili convenţionali(fosili), pentru producerea energiei termice şi electrice, tehnologii prin care, substanţele rezultate în urma arderii sunt gaze cu efect de seră (CO2) şi diferite reziduuri solide sau lichide care conduc la poluarea mediului natural. Un dezavantaj major pentru aceste instalaţii termoenergetice este faptul sunt greu exploatabile, tot mai scumpe, folosesc combustibili convenţionali, iar impactul asupra atmosferei şi a fiinţelor vii este tot mai dăunător.
Se cunosc instalaţii şi tehnologii non-carbon, care funcţionează pe principiul diferenţei de gradient termic din mediile naturale (apă, aer, sol). Aceste instalaţii transformă energia termică acumulată în aceste medii în energie electrică. Conversia este realizată prin sisteme termoenergetice cu funcţionare în circuit închis sau circuit deschis.
În anii 1926-1930, fizicianul Gerodes Claude şi inginerul Paul Boucherat au conceput şi construit un grup termo-energetic cu funcţionare în circuit deschis, având o putere de 60 KW/h în localitatea Qugrèe (Belgia); sistemul termo-energetic funcţiona la o diferenţă de temperatură între cele două surse termice de 200 C, având drept fluid de lucru – apa.
În anul 1960, americanii Hilbert şi James Andersen au conceput o instalaţie termoenergetică cu funcţionare cu circuit inchis, având drept fluid de lucru amoniacul. Sistemul convertea energia termică acumulată în apa mării în energie electrică folosind diferenţa de gradient termic dintre apa de suprafaţă şi apa de adâncime din mediul marin. Această tehnologie este fundamentată de Universitatea Tehnică din Massachusetts, realizând o platformă energetică amplasată în zona curentului Gulfstream, care funcţiona la o diferenţă de temperatură de 180 C.
Firma Lockheed proiectează şi realizează o platformă termoenergetică cu putere de 230 MW, amplasată în zona curentului Gulfstream, care funcţionează în circuit închis, având fluid de lucru amoniacul, care este încălzit cu apa de suprafaţă a curentului Gulfstream şi condensarea vaporilor de amoniac, după ce a acţionat turbina generatorului electric, cu apă rece la 40 - 70C, adusă din apa de adâncime a oceanului.
Ştiut este faptul că din punct de vedere termodinamic, orice motor termic pentru a funcţiona, are nevoie de două surse termice, iar între ele trebuie să fie o diferenţă de temperatură. Motoarele termice cu ardere internă îşi asigură diferenţa de temperatură prin combustia unei substanţe, iar randamentul este mai mare cu cât diferenţa de temperatură este mai mare.
Eficienţa sistemelor neconvenţionale pentru conversia energetică este realizată cu randament comparabil cu cel al sistemelor termoenergetice convenţionale la diferenţă de temperatură mică. Un exemplu sunt pompele de căldură şi motoarele Stirling, care pentru conversia energiei folosesc drept agent de lucru un fluid ce fierbe la temperatura mediului.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia constă în realizarea unui sistem termoenergetic care foloseşte drept combustibil hidrogenul sulfurat, dizolvat în apa din straturile inferioare ale Mării Negre.
Conform invenţiei, soluţia propusă înlătură dezavantajele instalaţiilor energetice convenţionale, printr-o tehnologie non-carbon, pentru producerea de energie termică, obţinută prin arderea controlată a hidrogenului sulfurat drept combustibil. Prin această tehnologie hidrogenul sulfurat, dizolvat în apa din straturile inferioare din Marea Neagră şi unde prin concentraţia lui pe unitate de volum de apa este un poluant, devine o sursă de energie regenerabilă. Produsele rezultate în urma arderii hidrogenului sulfurat sunt: apa, sulful şi energia termică.
Conform invenţiei, sistemul integrat pentru conversia hidrogenului sulfurat în energie este alcătuit dintr-o platforma marină, care are capacitatea de plutire şi este amplasată în orice zonă marină din Marea Neagră, unde adâncimea minimă este de cel puţin 700m faţă de suprafaţa apei, zone în care hidrogenul sulfurat are o concentraţie corespunzătoare pe unitate de volum de apă. Construcţia platformei marine este compusă din 3 module
Modulul central, are în structura sa sistemul pentru obţinerea hidrogenului sulfurat din apa în care este dizolvat, apă care este adusă la suprafaţă printr-un tub conic cu lungimea de cel puţin 600-700m prin pompare, unde se degajă liber în camere special amenajate pentru colectare, concentrare şi preparare în scopul folosirii lui drept combustibil.
În volumul celorlalte două module sunt amplasate sistemele pentru transformarea hidrogenului sulfurat în energie termică şi conversia energiei termice în energie electrică, fiecare în parte este format din doua circuite pentru conversie energetică cu funcţionare în circuit închis, fiecare circuit în parte are un agent de lucru diferit de celălalt. Energia obţinută din arderea hidrogenului sulfurat şi prelucrată de fiecare agent de lucru este cedată în turbinele cu vapori care la rândul lor acţionează generatoare electrice, care produc energie electrică necesară pentru diferite utilizări (în cazul nostru, energia electrică este folosită pentru producerea de hidrogen prin electroliza apei).

Avantajele invenţiei constau în:
  1. Sistemul energetic foloseşte drept combustibil hidrogenul sulfurat, substanţă nocivă pentru om şi natură, care prin ardere se transformă în apă, sulf şi energie.
  2. Folosirea hidrogenului sulfurat drept combustibil este o tehnologie non carbon, care transformă în combustibil o substanţă poluantă, existentă în apa din Marea Neagră.
  3. Transformarea energiei termice obţinută din arderea hidrogenului sulfurat în energie electrică, ce cuprinde în paralel doua circuite pentru conversie energetică, conduce la dublarea randamentului sistemului integrat.
  4. Obţinerea de sulf cristalizat cu puritate de peste 95%, ce conduce la creşterea eficienţei economice a sistemului integrat.
  5. Realizarea de acumulatoare chimice pentru energie termică.
Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenţiei-Figura1

Descrierea sistemului integrat pentru conversia hidrogenului sulfurat în energie

Sistemul integrat pentru conversia hidrogenului sulfurat în energie, este constituit dintr-o platformă marină 1, care pluteşte pe suprafaţa Mării Negre. Platforma este amplasată în orice zonă marină cu adâncimea minimă de cel puţin 700 de metri, zonă în care apa din adâncime are dizolvat în volumul ei hidrogen sulfurat, pentru o funcţionare economică din punct de vedere al raportului volum gaz dizolvat pe volum de apă.
Construcţia platformei marine 1 este structurată în trei module: modulul central 2 în care este poziţionat sistemul pentru obţinerea hidrogenului sulfurat este izolat termic faţă de modulele termice 3 şi 4, aşezate simetric. În volumul modulelor termice 3 şi 4 sunt amplasate sistemele pentru transformarea hidrogenului sulfurat în energie termică şi conversia energiei termice în energie electrică. Sistemul pentru obţinerea hidrogenului sulfurat din apa în care este dizolvat e poziţionat în modulul central 2, format dintr-un tub control 5, care materializează legătura hidraulică între straturile de apă în care este dizolvat hidrogenul sulfurat şi camera 6 pentru acumularea hidrogenului sulfurat. Apa recirculată prin sistemele de pompare 7 şi 8, este purjată în camerele 9 şi 10, unde hidrogenul sulfurat dizolvat în ea se degajă în mod continuu, acumulându-se în camera 6. Astfel, apa care avea în ea dizolvat hidrogen sulfurat devine curată şi se deversează gravitaţional în apa mării prin canalele de fugă 11 şi 12.
Sistemele pentru transformarea hidrogenului sulfurat în energie termică şi conversia energiei termice în energie electrică amplasate în modulele termice 3 şi 4 sunt formate, fiecare în parte, din doua circuite pentru conversie energetică cu funcţionare în circuit închis: un circuit primar în care fluidul de lucru este apa şi circuitul secundar în care fluidul de lucru este amoniacul. Fiecare circuit (primar sau secundar) este un sistem independent de conversie energetică şi fiecare în parte transformă căldura degajată din arderea hidrogenului sulfurat în energie electrică. Din punct de vedere termodinamic, circuitul primar şi circuitul secundar sunt sursă caldă sau izvorul de căldură pentru sistemul integrat de conversie energetică.
Prin sorbul 13 şi pompa 14, apa tratată chimic şi magnetic este introdusă în circuitul primar. După umplerea cu apă tratată a circuitului primar, se iniţiază alimentarea cu hidrogen sulfurat, acumulat în camera 6, de unde este condus prin conducta 15 în separatorul 16, unde este preparat amestecul combustibil format din hidrogen sulfurat şi aer, amestec uscat de vaporii de apă. Amestecul combustibil este condus în arzătorul 17, amplasat în camera de ardere 18 unde căldura rezultată în urma arderii supraîncălzeşte apa aflată în serpentina 19, cu funcţie de schimbător de căldură (vaporizator). Aburul format în serpentina 19 este condus în turbina cu abur 20 şi o pune în mişcare, transformând astfel energia aburului (fluidul de lucru) în energie mecanică.
Turbina cu abur 20 printr-un cuplaj mecanic, acţionează generatorul de curent electric 21, care transferă energia mecanică primită în energie electrică care poate fi folosită acolo unde este necesar (ex. electroliza apei).
Aburul evacuat din turbina cu abur 20 este condus prin conducta 22 către condensorul 23 format dintr-un schimbător de căldură, imersat în apa rece, sau izvorul rece. În acest mod se asigură o scădere de temperatură a fluidului de lucru şi implicit o cădere de presiune în circuitul primar, concomitent cu condensarea fluidului de lucru-apa, care este recirculată cu pompa 14 şi reintrodusa în serpentina 19, asigurându-se astfel continuitatea funcţionării ciclului termodinamic pentru conversia energiei hidrogenului sulfurat. În urma procesului de ardere controlată al amestecului combustibil format din aer şi hidrogen sulfurat, rezultă apa şi sulf. Condensarea apei şi a sulfului se face prin răcirea vaporilor la contactul cu suprafaţa pereţilor camerei de ardere 18 care au o temperatura cuprinsă între 150º C şi 170º C. Sulful condensat se prelinge de pe suprafaţa pereţilor camerei de ardere 18 către zona inferioară într-o bucşă 24, de unde pompa 25 îl transformă şi îl acumulează în bazinul 26, la cristalizare, care are loc la o temperatură sub 112º C, obţinându-se astfel sulf cristalizat necesar pentru acumulatoare chimice folosite la obţinerea energie termice.
În paralel cu circuitele primare, în structura modulelor termice 3 şi 4 sunt amplasate circuitele secundare care folosesc drept fluid de lucru amoniacul lichid introdus prealabil în camera de fierbere 27, aflata prin construcţie în contact direct cu camera de ardere 18 din structura circuitului primar. Energia termică generată de camera de ardere 18, este absorbită de amoniac, care se vaporizează şi dezvolta o presiune de peste 120 bari, iar temperatura vaporilor ajungând la peste 70º C. Vaporii de amoniac sunt conduşi prin conducta 28 la turbina cu vapori 29 iar forţa lor creează o mişcare de rotaţie, care este transmisă printr-un cuplaj mecanic la generatorul electric 30, ce transformă energia mecanică în energie electrică. Din turbina cu aburi 29, vaporii de amoniac sunt conduşi printr-o conductă 31 la condensatorul 32 unde vaporii de amoniac sunt lichefiaţi şi pompa 33 recirculă amoniacul înapoi în cameral 27; ciclul termodinamic este reluat în mod continuu. Condensarea vaporilor de amoniac este realizată prin cedarea căldurii prin condensorul 32 imersat în apa rece.

Concluzie

Sistemul integrat pentru conversia hidrogenului sulfurat în energie, este o tehnologie non carbon prin care hidrogenul sulfurat, dizolvat în apa aflată în straturile inferioare din Marea Neagră şi unde prin concentraţia lui pe unitate de volum apă este un poluant, devine o sursă de energie regenerabilă. Produsele conversiei energetice sunt: apă, sulf şi energie electrică.
Obţinerea hidrogenului necesar pentru combustie din apa în care este dizolvat, se realizează prin aducerea lui la suprafaţă, printr-un tub de formă conică suspendat de o platformă marină plutitoare. Tubul conic, materializează legătura hidraulică între straturile de apa în care este dizolvat hidrogenul sulfurat şi camerele pentru acumularea lui în vederea folosirii drept combustibil. Apa din adâncul mării în care este dizolvat hidrogenul sulfurat este recirculată printr-un sistem de pompare asigurând astfel degajarea continuă a hidrogenului sulfurat în spaţiul pentru acumulare şi concentrare. Apa curăţată de hidrogenul sulfurat dizolvat în ea, este returnat înapoi în mare. Transformarea hidrogenului sulfurat în energie termică şi conversia energiei termice în energie electrică se realizează printr-un sistem dublu pentru conversie care funcţionează în circuit închis.
Sulful rezultat în urma procesului de ardere este colectat şi folosit în industria chimică pentru producerea de acumulatoare chimice utilizate în producerea energiei termice.