Oceany mocy

Dawno, dawno temu Stany Zjednoczone doświadczyły prawdziwego kryzysu energetycznego, prezydent ogłosił narodową niezależność energetyczną jako moralny odpowiednik wojny, federalni zaczęli wydawać prawdziwe pieniądze na niecodzienne źródła energii, a najbardziej nietypową była konwersja oceanicznej energii cieplnej (OTEC).

Podstawowa idea, zaproponowana sto lat wcześniej, była prosta: ogromne połacie mórz tropikalnych i subtropikalnych wykazują różnicę około 20 °C między ciepłymi wodami powierzchniowymi a wodami prawie zamarzającymi kilometr lub dwa poniżej. Ta różnica temperatur może napędzać ogromne turbiny, wytwarzając energię elektryczną przez całą dobę przy minimalnej degradacji środowiska.

Dwadzieścia lat temu Departament Energii przeznaczył na ten pomysł ponad 200 milionów dolarów. Badacze wymyślili flotę wypasających się statków roślinnych OTEC, z których każdy stale zużywa do 500 megawatów mocy. Ale program federalny wygasł z kilkoma widocznymi wynikami, poza stosami raportów inżynierskich.

Wielbiciele w USA i za granicą wciąż jednak popychali ten pomysł do przodu, skupiając się głównie na małych wariantach opartych na wyspach. W przyszłym roku, jeśli wszystko pójdzie dobrze, rozpocznie się budowa pierwszej komercyjnej oceanicznej elektrowni cieplnej o mocy jednego megawata w Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority na wyspie Hawaje.

Zasilanie elektryczne Plus

W przeciwieństwie do wcześniejszych prac, dzisiejsze oceaniczne projekty cieplne nie kończą się na energii elektrycznej, ale skupiają się na mieszance produktów odpowiednich dla danego miejsca, mówi Hans Krock, profesor inżynierii oceanicznej na University of Hawaii-Manoa. Mogą to być:

• świeża woda (często duże zapotrzebowanie)
• wykorzystanie bogatej w składniki odżywcze wody głębinowej do akwakultury (w tym hodowli ryb zimnowodnych)
• chłodzenie przybrzeżne (przepuszczanie zimnej wody przez wymienniki ciepła w celu napędzania klimatyzatorów może okazać się opłacalne w porównaniu z drogim prądem wyspowym)

Dobrym przykładem jest miejsce w Laboratorium Energii Naturalnej w Keahole Point na Hawajach, gdzie przeprowadza się pionierskie prace termalne oceanów. Laboratorium zamknęło swój ostatni prototyp OTEC dwa lata temu. Ale nadal pompuje głębinową wodę morską do komercyjnych operacji akwakultury i chłodzenia przybrzeżnego.

Laboratorium dodaje również kolejną rurę głębinową, wystarczająco dużą i głęboką, aby obsłużyć nowy oceaniczny system termiczny, który będzie generował od 1 do 1,4 megawata energii. Szeroka na 140 centymetrów rura jest wykonana z jednego kawałka o długości prawie trzech kilometrów, mówi Tom Daniel, dyrektor naukowo-techniczny NELHA. Projekt rur o wartości 11,2 miliona dolarów ma zostać ukończony latem przyszłego roku.

Mimo to holowanie rury na miejsce i ostrożne jej zatapianie jest operacją bardzo ryzykowną, komentuje Daniel. (Projekt rządu indyjskiego dotyczący budowy pływającej elektrowni cieplnej o mocy jednego megawata najwyraźniej upadł i stracił rurę, mówi.)

Jazda na rowerze

Ponieważ oceaniczne elektrownie cieplne działają przy stosunkowo niewielkiej różnicy temperatur w porównaniu z konwencjonalnymi elektrowniami parowymi, inżynierowie wymyślili wiele pomysłowych projektów, aby wycisnąć jak największą wydajność, zwłaszcza w przypadku kluczowych wymienników ciepła i turbin niskociśnieniowych.

Zakład na Hawajach będzie działał w cyklu Kalina, a płyn roboczy będzie szczelną mieszaniną amoniaku i wody. Ciepła woda morska odparowuje mieszaninę, która napędza turbinę. Mieszanina jest rozdzielana na strumienie bogate w amoniak i ubogie w amoniak, kondensowana zimną głęboką wodą, a następnie łączona w kolejnej rundzie.

Technologia Kaliny jest szeroko rozpowszechniona w nowych elektrowniach konwencjonalnych. Exergy of Hayward, Kalifornia, skomercjalizowała go w innych rodzajach zakładów o stosunkowo niewielkich różnicach temperatur, w tym w elektrowniach geotermalnych i hutach. Każdy element technologii jest gotowy do użycia i działa, mówi Krock.

W jaki sposób płyn roboczy porusza się w (uproszczonym) zamkniętym obiegu oceanicznej konwersji energii cieplnej.

Alternatywnym podejściem jest Sea Solar Power, kontrowersyjna firma zajmująca się ogrzewaniem oceanicznym z siedzibą w Baltimore, MD. Jego konstrukcja wymiennika ciepła wykorzystuje propylen jako płyn roboczy i proces turbulentnego przepływu inspirowany technikami chłodniczymi, mówi prezes Robert Nicholson.

Nicholson mówi, że Sea Solar jest w połowie dwuletniego projektu o wartości 20 milionów dolarów, mającego na celu optymalizację wymiennika ciepła i innych komponentów, z dofinansowaniem z Baltimore’s Abell Foundation. Jednak osoby z zewnątrz postrzegają firmę z mieszaniną szacunku dla umiejętności inżynierskich jej założycieli, irytacji z powodu odmowy szczegółowej technologii i ostrożności, ponieważ żaden z jej projektów komercyjnych nie został jeszcze zrealizowany.

Woda wszędzie, a trochę do picia

Trzecia opcja, projekty z obiegiem otwartym, które wykorzystują wodę morską jako płyn roboczy, została przebadana przede wszystkim pod kątem jej zdolności do wytwarzania świeżej wody. Krock twierdzi, że rozwiązano dwa główne problemy – kondensację gazów uwalnianych w procesie waporyzacji oraz potrzebę stosowania specjalistycznych turbin.

On i jego uczniowie zaproponowali elektrownię dla Oahu, gdzie zasoby słodkiej wody są bliskie wyczerpania, mówi. Kosztując około 80 milionów dolarów, elektrownia produkowałaby dziennie pięć milionów galonów słodkiej wody, od 8 do 10 megawatów energii i 20 megawatów chłodzenia przybrzeżnego.

Wyspy w strumieniu (zimnej wody)

Sea Solar Power podpisał z Guamem memorandum o porozumieniu w sprawie stworzenia oceanicznej elektrowni cieplnej i prowadzi negocjacje z innymi potencjalnymi nabywcami, mówi Nicholson. Twierdzi, że dostępne są fundusze na budowę pierwszej elektrowni o mocy 10 megawatów, którą ocenia na około 45 do 50 milionów dolarów.

Grupa Krock ma również masowo propozycje dotyczące innych systemów termalnych oceanicznych na wyspach. Szacuje, że na przykład jeden dla bazy marynarki wojennej w Diego Garcia na Oceanie Indyjskim mógłby zaoszczędzić 30 procent kosztów wytwarzania energii i świeżej wody.

Zatoka Meksykańska jest idealnym miejscem do prowadzenia OTEC, dodaje Krock, biorąc pod uwagę nowe głębokowodne platformy naftowe. Jak na ironię, operatorzy naftowi są nieuchronnie spadkobiercami tej technologii.

Marzenia o fajce morskiej?

Jednak marzenia o wypasanych statkach roślinnych wciąż istnieją, choć postrzegane ze sceptycyzmem przez wielu doświadczonych inżynierów oceanicznych.

Nicholson z Sea Solar Power twierdzi, że mógłby złożyć wiele jednostek napędowych OTEC w 100-megawatowy statek, który jest jedną ósmą wielkości i kosztów behemotów przewidzianych przez badania federalne. Jesteśmy gotowi do budowy 100-megawatowych elektrowni teraz, deklaruje.

Inni eksperci nie kupują takich roszczeń. To śmieszne, mówi Daniel z NELHA. Najpierw musisz zwiększyć skalę.

Dalej na horyzoncie Krock sugeruje, że elektrownie OTEC mogą wytwarzać wodór, gdy światowa gospodarka zacznie się przestawiać na to paliwo. Wskazuje, że wykorzystanie zimnej wody jako radiatora może wspomóc proces skraplania wodoru.

Robert Cohen, Boulder, CO, konsultant, który był kierownikiem programu programu energii oceanicznej Departamentu Energii, nadal jest zafascynowany energią termiczną oceanów. OTEC może ostatecznie zaspokoić znaczną część globalnych potrzeb energetycznych, mówi Cohen, zarówno poprzez wytwarzanie energii elektrycznej, jak i tworzenie energochłonnych paliw, takich jak wodór.

Cohen zauważa jednak, że technologia cierpi z powodu wielkich celów i roszczeń. OTEC wydaje się wydobywać skrajnie subiektywne opinie dwóch grup, które nazywam sceptykami i fanatykami, mówi Cohen, podczas gdy prawda czai się gdzieś pomiędzy skrajnościami.

ukryć