Konwersja energii cieplnej oceanu na wyspie Saona (OTEC): przekształcanie różnic temperatur oceanu tropikalnego w energię elektryczną

Wprowadzenie

Ocean magazynuje ogromną ilość energii cieplnej. Światło słoneczne ogrzewa jego górne warstwy, podczas gdy głębsza woda pozostaje znacznie zimniejsza. W regionach tropikalnych różnicę temperatur między ciepłą powierzchniową wodą morską a zimną wodą głębinową można wykorzystać do zasilania specjalnego typu silnika cieplnego.

Technologia ta nazywa się Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC).

W przeciwieństwie do systemów wykorzystujących energię fal, które wychwytują ruch fal oceanicznych, OTEC wykorzystuje gradient temperatury do wytwarzania energii elektrycznej. Jest to szczególnie interesujące w przypadku wysp tropikalnych, ponieważ ocean może stanowić stosunkowo stałe źródło ciepłej wody powierzchniowej i zimnej wody głębinowej.

Wyspa Saona na Dominikanie oferuje interesujące miejsce do dyskusji na temat tej technologii. Jednak prawdziwy projekt OTEC wymagałby szczegółowych pomiarów temperatury, badań batymetrycznych, oceny oddziaływania na środowisko i inżynieryjnych studiów wykonalności. Samo położenie w tropikach nie oznacza, że ​​dane miejsce jest odpowiednie.

W tym artykule wyjaśniono podstawy naukowe stojące za OTEC, jego główne cykle operacyjne, wymagany sprzęt, potencjalne zastosowania i wyzwania, które inżynierowie musieliby zbadać przed rozważeniem instalacji wokół wyspy Saona.

1. Co to jest konwersja energii cieplnej oceanu?

Konwersja energii cieplnej oceanu to technologia energii odnawialnej, która wytwarza energię elektryczną poprzez wykorzystanie różnicy temperatur pomiędzy:

• Ciepłą wodą morską w pobliżu powierzchni oceanu.
• Zimną wodą morską pobieraną z głębszych warstw oceanu.

Ciepła woda dostarcza ciepło w cyklu termodynamicznym, podczas gdy zimna woda działa jak radiator.

Silnik cieplny działa pomiędzy tymi dwoma poziomami temperatur. Przekształca część energii cieplnej w pracę mechaniczną, która napędza generator elektryczny.

Różnica temperatur wynosząca około 20°C jest powszechnie stosowana jako wstępny punkt odniesienia podczas sprawdzania zasobów OTEC. Rzeczywiste wymagania operacyjne zależą od projektu systemu, dostępnych temperatur, wymienników ciepła i strat pompowania.

Podstawowy proces OTEC obejmuje:

1. Zbieranie ciepłej powierzchniowej wody morskiej.
2. Zbieranie zimnej wody głębinowej.
3. Przenoszenie ciepła z ciepłej wody do płynu roboczego lub wytwarzanie niskiego ciśnienia para.
4. Napędzanie turbiny lub innego urządzenia rozprężnego.
5. Obsługa generatora elektrycznego.
6. Usuwanie ciepła za pomocą zimnej wody morskiej.
7. Przywracanie płynu roboczego do stanu początkowego.

Amerykańska Administracja Informacji o Energii wyjaśnia zasady cyklu zamkniętego i otwartego oraz identyfikuje energię elektryczną i odsoloną wodę jako możliwe produkty OTEC.

2. Gradient temperatury oceanu

Temperatura wody morskiej generalnie zmienia się wraz z głębokością.

W oceanach tropikalnych promieniowanie słoneczne ogrzewa powierzchnię i górną część oceanu. Poniżej mieszanej warstwy powierzchniowej temperatury mogą gwałtownie spadać w obszarze zwanym termokliną.

Na większych głębokościach temperatury wody są zwykle znacznie niższe i zmieniają się wolniej wraz z głębokością.

W przypadku systemu OTEC inżynierowie muszą znać różnicę temperatur pomiędzy proponowanymi miejscami poboru ciepłej i zimnej wody.

Można to wyrazić jako:

ΔT = Tₕ − T꜀

Gdzie:

• ΔT = różnica temperatur.
• Tₕ = temperatura ciepłej wody.
• T꜀ = temperatura zimnej wody.

Na przykład, jeśli pobór ciepłej wody ma temperaturę 27°C, a pobór zimnej wody wynosi 27°C 5°C:

ΔT = 27 − 5 = 22°C

Ten przykład ilustruje potencjalnie użyteczną różnicę temperatur. To nie jest pomiar z wyspy Saona.

Gradient temperatury należy ocenić na podstawie rzeczywistych danych oceanograficznych. Zróżnicowanie sezonowe, głębokość, prądy i lokalne warunki na dnie morskim wpływają na dostępne zasoby.

3. Zasada termodynamiczna stojąca za OTEC

OTEC działa jak silnik cieplny.

Silnik cieplny otrzymuje energię z cieplejszego źródła, zamienia część tej energii w użyteczną pracę, a pozostałe ciepło oddaje do zimniejszego pochłaniacza.

Teoretyczna maksymalna wydajność idealnego odwracalnego silnika cieplnego jest określona przez sprawność Carnota:

η = 1 − (T꜀ / Tₕ)

Gdzie:

• η = teoretyczna maksymalna wydajność.
• Tₕ = temperatura bezwzględna gorącego zbiornika w stopniach Kelvina.
• T꜀ = temperatura bezwzględna zimnego zbiornika w stopniach Kelvina.

Rozważmy ilustrujący system zawierający:

• Temperatura ciepłej wody = 27°C = 300,15 K.
• Temperatura zimnej wody = 4°C = 277,15 K.

Wtedy:

η = 1 − (277,15 / 300,15)

Teoretyczne maksimum wynosi około 7,7%.

To nie jest rzeczywista wydajność elektryczna instalacji OTEC. W rzeczywistych systemach występują straty w przenoszeniu ciepła, straty w turbinach i generatorach, tarcie i znaczne wymagania dotyczące pompowania.

Sprawność netto jest zatem znacznie niższa niż idealna granica Carnota. Niska wydajność to jeden z powodów, dla których OTEC wymaga dużych wymienników ciepła i znacznego przepływu wody morskiej.

Wytyczne techniczne IEC i przeglądy inżynieryjne omawiają to podstawowe ograniczenie.

4. Główne typy systemów OTEC

Technologię OTEC powszechnie dzieli się na trzy konfiguracje: systemy z cyklem zamkniętym, otwartym i hybrydowym.

4.1 OTEC z cyklem zamkniętym

Układ z cyklem zamkniętym wykorzystuje oddzielny płyn roboczy, który krąży w zamkniętej pętli termodynamicznej.

Płyn o stosunkowo niskiej temperaturze wrzenia, taki jak amoniak, może być stosowany w odpowiednich konstrukcjach systemów.

Płyn operacyjny proces wygląda następująco:

1. Ciepła woda morska przepływa przez parownik.
2. Przekazywanie ciepła z wody morskiej do płynu roboczego.
3. Płyn roboczy odparowuje.
4. Para rozpręża się przez turbinę.
5. Turbina napędza generator elektryczny.
6. Zimna woda głębinowa przepływa przez turbinę skraplacz.
7. Opary płynu roboczego skraplają się z powrotem w ciecz.
8. Pompa zawraca ciecz do parownika.

Płyn roboczy krąży w sposób ciągły.

Główne zalety:

• Płyn roboczy można dobrać do temperatury roboczej zasięgu.
• Obieg można zaprojektować w oparciu o ustalone zasady silnika cieplnego.
• Może być odpowiedni dla systemów skupiających się na energii elektrycznej.

Główne wyzwania:

• Wymaga dwóch głównych wymienników ciepła.
• Pochowanie płynu roboczego musi być niezawodne.
• Ciepło na wymienniki może wpływać zanieczyszczenie i korozja.
• Energia pompowania zmniejsza moc wyjściową energii elektrycznej netto.

4.2 OTEC w cyklu otwartym

Układ w cyklu otwartym wykorzystuje samą wodę morską jako płyn roboczy.

Ciepła woda morska wpływa do komory niskociśnieniowej. Pod wystarczająco niskim ciśnieniem część wody odparowuje lub zamienia się w parę o niższej temperaturze niż pod ciśnieniem atmosferycznym.

Para pod niskim ciśnieniem przechodzi przez turbinę podłączoną do generatora.

Zimna woda morska następnie schładza parę w skraplaczu.

Ponieważ para jest oddzielana od większości pierwotnej soli, w wyniku kondensacji może powstać odsolona woda.

Proces ten może zatem zapewnić dwa potencjalne produkty:

• Elektryczność.
• Woda słodka.

Jednak systemy o cyklu otwartym wymagają starannej kontroli podciśnienia i dużego sprzętu niskociśnieniowego. Bardzo niskie ciśnienie pary stwarza również wyzwania dla konstrukcji turbin.

4.3 OTEC w cyklu hybrydowym

Systemy hybrydowe łączą elementy konfiguracji w cyklu otwartym i zamkniętym.

Jedno z możliwych rozwiązań wykorzystuje błyskawiczne odparowanie ciepłej wody morskiej w celu wytworzenia pary. Para ta przekazuje ciepło do oddzielnego płynu roboczego, który napędza turbinę w pętli zamkniętej.

W zależności od projektu układy hybrydowe mogą wspierać zarówno wytwarzanie energii elektrycznej, jak i produkcję słodkiej wody.

Najlepsza konfiguracja zależy od wymaganej wydajności, lokalnych warunków dotyczących wody morskiej, skali elektrowni i ekonomiki inżynieryjnej.

Departament Energii Stanów Zjednoczonych opisuje wszystkie trzy główne typy cykli OTEC.

5. Główne elementy instalacji OTEC

Instalacja OTEC wymaga kilku wzajemnie połączonych systemów mechanicznych, termicznych, hydraulicznych i elektrycznych.

Pobór ciepłej wody

Ujęcie ciepłej wody zbiera wodę morską z górnej części oceanu.

Jego głębokość i lokalizację należy wybrać na podstawie pomiarów temperatury, informacji o jakości wody i lokalnych warunków hydrodynamicznych.

Rura zimnej wody

Duża rura transportuje zimną wodę morską z głębin oceanu warstwami do instalacji.

To jedna z najważniejszych i najbardziej wymagających części instalacji OTEC.

Rura musi być zaprojektowana tak, aby wytrzymać:

• Zewnętrzne ciśnienie wody.
• Jego własny ciężar.
• Obciążenie prądem i falami.
• Wywołane wirami wibracje.
• Zmęczenie.
• Rozwój morza.
• Naprężenia związane z instalacją i konserwacją.

Wymagana głębokość wlotu zależy od lokalnego profilu temperaturowego i projektu.

Parownik

W instalacji z obiegiem zamkniętym parownik przenosi ciepło z ciepłej wody morskiej do płynu roboczego.

Jego wydajność wpływa na ilość energii cieplnej docierającej do cieczy cykl.

Turbina lub ekspander

Rozprężająca się para napędza turbinę lub inne odpowiednie urządzenie rozprężające.

Wyjście mechaniczne jest przekazywane do generatora.

Skraplacz

Skraplacz usuwa ciepło z płynu roboczego lub pary za pomocą zimnej wody morskiej.

Przywraca parę do stanu ciekłego, dzięki czemu cykl może być kontynuowany.

Pompy

Pompy poruszają się ciepła woda morska, zimna woda morska i płyn roboczy w odpowiednich obwodach.

Ponieważ OTEC wymaga dużych prędkości przepływu wody morskiej, zużycie energii pompy może znacząco wpłynąć na produkcję energii elektrycznej netto.

Generator elektryczny i system zasilania

Generator przekształca obrót mechaniczny w energię elektryczną.

Elektronika, sprzęt zabezpieczający, transformatory i kable są następnie wykorzystywane do dostarczania energii elektrycznej do odpowiedniego obciążenia lub sieci dystrybucyjnej.

6. Dlaczego rura zimnej wody stanowi główne wyzwanie inżynieryjne

Rura zimnej wody może sięgać setek metrów pod powierzchnię morza i sięgać na znacznie większe głębokości, w zależności od zasobów i lokalizacji.

Jego konstrukcja nie polega po prostu na wyborze średnicy rury.

Inżynierowie muszą zbadać:

Ciśnienie hydrostatyczne: Zewnętrzne ciśnienie wody wzrasta wraz z głębokością. Rura musi być odporna na zapadnięcie się i zachować integralność konstrukcyjną.

Obciążenie dynamiczne: Fale i prądy mogą powodować ruch, wibracje i naprężenia cykliczne.

Materiał rury: Materiały muszą być odpowiednie do narażenia na działanie wody morskiej, długotrwałego obciążenia i wymaganej metody instalacji.

Mocowanie i podparcie: Systemy morskie wymagają odpowiedniego rozwiązania, aby utrzymać wytrzymałość rury pozycji.

Instalacja: Obsługa, opuszczanie i podłączanie dużej rury na głębokiej wodzie może wymagać specjalistycznego sprzętu morskiego.

Kontrola i naprawa: Rura musi być dostępna w celu monitorowania i konserwacji.

Awaria w systemie dostarczania zimnej wody może przerwać pracę całej instalacji. Niezawodność rur zimnej wody ma zatem kluczowe znaczenie dla wykonalności projektu OTEC.

7. Wymienniki ciepła i wydajność cieplna

Wymienniki ciepła przekazują energię cieplną pomiędzy wodą morską a płynem roboczym.

W OTEC dostępna różnica temperatur jest stosunkowo niewielka. To sprawia, że wydajna wymiana ciepła jest szczególnie ważna.

Typowe względy inżynieryjne obejmują:

• Powierzchnia wymiany ciepła.
• Różnica temperatur na wymienniku.
• Natężenie przepływu wody morskiej.
• Natężenie przepływu płynu roboczego.
• Ciśnienie kropli.
• Kompatybilność materiału.
• Odporność na zabrudzenia.
• Wymagania dotyczące czyszczenia i konserwacji.

Współczynnik przenikania ciepła można wyrazić w uproszczonej formie:

Q = U × A × ΔTₘ

Gdzie:

• Q = szybkość przenikania ciepła.
• U = całkowity współczynnik przenikania ciepła.
• A = powierzchnia wymiany ciepła.
• ΔTₘ = odpowiednia średnia różnica temperatur.

Może być wymagana duża powierzchnia wymiany ciepła, ponieważ różnica temperatur między strumieniami jest ograniczona.

Można rozważyć zastosowanie materiałów takich jak tytan i inne stopy odporne na korozję, w zależności od skład chemiczny wody morskiej, ciśnienie projektowe i koszt.

Osad biologiczny w morzu może z czasem zmniejszyć wydajność wymiany ciepła. Dlatego od początku należy uwzględnić strategię konserwacji.

8. OTEC i klimatyzacja wodą morską

OTEC można połączyć z inną użyteczną technologią znaną jako klimatyzacja wodą morską (SWAC).

SWAC wykorzystuje zimną wodę głębinową jako źródło chłodzenia.

Zamiast polegać wyłącznie na konwencjonalnym sprzęcie chłodniczym, system chłodzenia budynku przekazuje ciepło do obiegu zimnej wody morskiej za pośrednictwem wymienników ciepła.

Podstawowy proces polega na:

1. Zimna woda głębinowa jest transportowana do odpowiedniego obiektu.
2. Wymiennik ciepła przenosi ciepło z obiegu chłodzenia budynku do woda morska.
3. Schłodzony obieg wody w budynku zasila urządzenia klimatyzacyjne.
4. Woda morska jest odprowadzana lub zawracana przez odpowiednio zaprojektowany system.

SWAC nie wytwarza energii elektrycznej w taki sam sposób jak OTEC. Wykorzystuje zasoby zimnej wody bezpośrednio do chłodzenia.

W przypadku obiektów na wyspach tropikalnych warto rozważyć tę opcję jako oddzielną lub zintegrowaną opcję usługi energetycznej.

Jej wykonalność zależy od odległości od głębokiej wody, wysokości, kosztu instalacji rur, zapotrzebowania na chłodzenie i wymagań dotyczących pompowania.

9. Czy OTEC może produkować także słodką wodę?

Tak. Cykl otwarty i wybrane hybrydowe układy OTEC mogą wytwarzać odsoloną wodę.

W systemie obiegu otwartego ciepła woda morska odparowuje pod zmniejszonym ciśnieniem. Powstała para wodna zawiera znacznie mniej soli niż pierwotna woda morska.

Gdy para ulega skropleniu, zbierana jest słodka woda.

Jest to ważna potencjalna korzyść w przypadku zastosowań wyspiarskich, gdzie zaopatrzenie w słodką wodę może stanowić problem w planowaniu.

Jednak produkcję słodkiej wody należy oceniać na podstawie mocy elektrycznej. Wielkość produkcji wody w zakładzie, zapotrzebowanie na energię, jakość wody i infrastruktura dystrybucyjna mają znaczenie.

OTEC nie powinien być opisywany jako automatyczne rozwiązanie zapotrzebowania wyspy na wodę. Wymagałoby to pełnej oceny uzdatniania i zaopatrzenia w wodę.

10. Potencjalne zastosowania badawcze OTEC wokół wyspy Saona

Lokalizacja tropikalna może sprawić, że OTEC będzie warte zbadania, ale w ramach projektu należy najpierw ustalić, czy wymagany gradient temperatury i dostęp do głębokiej wody są dostępne z praktycznej odległości.

Potencjalne zastosowania programu badawczego obejmują:

Ocenę energii odnawialnej

W ramach badania można sprawdzić, czy w pobliżu możliwego miejsca poboru energii występuje odpowiedni gradient temperatury oceanu oraz czy oczekiwana moc elektryczna netto uzasadniałaby infrastrukturę.

Badania nad produkcją słodkiej wody

OTEC w cyklu otwartym można zbadać jako potencjalną technologię łączenia energii elektrycznej i słodkiej wody.

Chłodzenie wodą morską

Można ocenić głębokie chłodzenie wodą morską dla odpowiednich obiektów, jeśli wymagany rurociąg zimnej wody i system dystrybucji są ekonomicznie praktyczne.

Morskie obiekty badawcze

Koncepcję skojarzonej energii i chłodzenia można ocenić dla obiektów naukowych lub edukacyjnych, z zastrzeżeniem warunków terenowych i zezwoleń środowiskowych.

Hybrydowe systemy energetyczne

OTEC można badać równolegle z wytwarzaniem fotowoltaiki i magazynowaniem baterii.

Układ hybrydowy może pomóc w dywersyfikacji dostaw energii, ale jego korzyści techniczne i ekonomiczne muszą zostać wykazane na podstawie danych o zapotrzebowaniu i zasobach.

Są to możliwe zastosowania badawcze, a nie dowód na istnienie obiektu OTEC lub potwierdzonych zasobów w okolicy. Wyspa Saona.

11. Czy Karaiby nadają się do OTEC?

Region Karaibów jest często omawiany w ocenach zasobów OTEC, ponieważ temperatury oceanów tropikalnych mogą powodować znaczną różnicę między wodami powierzchniowymi i głębokimi.

Regionalny przegląd technologii opublikowany przez Międzyamerykański Bank Rozwoju bada wymagania operacyjne OTEC i potencjał zasobów na Karaibach.

W przeglądzie wskazano różnicę temperatur wynoszącą około 20°C jako ważny warunek sprawdzający i wyjaśniono, dlaczego dostęp do głębokiej zimnej wody w pobliżu brzegu jest ważny dla projektu ekonomia.

Jednak potencjał regionalny nie gwarantuje lokalnej wykonalności.

W przypadku projektu na wyspie Saona badacze musieliby zbadać:

• Temperaturę powierzchni przez cały rok.
• Profile temperatur na różnych głębokościach.
• Odległość od brzegu do wymaganego poboru zimnej wody głębokość.
• Nachylenie dna morskiego i batymetria.
• Warunki prądów i fal na morzu.
• Trasa rurociągu i ograniczenia dotyczące instalacji.
• Zapotrzebowanie na energię elektryczną i opcje połączeń.
• Wymagania środowiskowe i dotyczące obszarów chronionych.

Odległość do głębokiej wody może być równie ważna jak różnica temperatur. Lokalizacja może charakteryzować się użytecznym gradientem temperatury, ale nadal będzie nieekonomiczna, jeśli rura zimnej wody musi być wyjątkowo długa lub trudna w montażu.

12. Wpływ OTEC na środowisko

OTEC wykorzystuje wodę morską zamiast spalania paliw kopalnych w procesie konwersji energii. Niemniej jednak duże instalacje mogą mieć wpływ na środowisko morskie.

Zrzuty wód głębokich

Zimna woda wydobywana na powierzchnię może różnić się od wód powierzchniowych temperaturą, stężeniem składników odżywczych i rozpuszczonymi gazami.

Spuszczanie jej na nieodpowiednią głębokość lub w nieodpowiednim miejscu może zmienić lokalne warunki wodne.

Redystrybucja składników odżywczych

Woda głębinowa może zawierać wyższe stężenia niektórych składników odżywczych niż wody powierzchniowe.

Zrzut może wpływać na lokalną produktywność biologiczną. Efekt będzie zależał od objętości, składu chemicznego, głębokości i mieszania wyładowań.

Organizmy morskie

Systemy wlotowe mogą porywać organizmy morskie lub uderzać w nie, jeśli ekranowanie i projekt wlotu są nieodpowiednie.

Naruszanie dna morskiego

Rurociągi, kotwice i fundamenty na morzu mogą zakłócać dno morskie podczas budowy i konserwacji.

Zagrożenia chemiczne i związane z płynem roboczym

Systemy o obiegu zamkniętym wymagają bezpiecznego przechowywania płynu roboczego. Należy zapobiegać wyciekom za pomocą odpowiedniego sprzętu, monitorowania i procedur awaryjnych.

Skutki termiczne i skutki dla jakości wody

Połączone zrzuty ciepłych i zimnych strumieni muszą zostać zaprojektowane i ocenione starannie.

Do oceny potencjalnego wpływu przed zatwierdzeniem projektu należy zastosować modelowanie środowiskowe i monitorowanie w terenie.

Raport z oceny oddziaływania na środowisko PNNL Tethys podkreśla znaczenie zrozumienia zrzutów głębinowych, skutków morskich i społeczności zaangażowanie.

13. Wyzwania ekonomiczne stojące przed OTEC

OTEC może zapewnić potencjalnie stałe zasoby energii odnawialnej w odpowiednich lokalizacjach tropikalnych, ale technologia ta wiąże się ze znacznymi wymaganiami w zakresie infrastruktury.

Główne elementy kosztów obejmują:

• Budowa elektrowni morskich i lądowych.
• Rurociągi poboru wody głębinowej.
• Ciepło wymienniki.
• Turbiny i generatory.
• Pompy i sprzęt elektryczny.
• Statki do instalacji przybrzeżnych.
• Systemy cumownicze i fundamentowe.
• Ochrona przed korozją.
• Utrzymanie ruchu morskiego.
• Monitorowanie środowiska.
• Transmisja energii i dystrybucja wody.

Niska sprawność termodynamiczna oznacza, że duża ilość wody morskiej musi być transportowana do generować użyteczną moc elektryczną.

Moc pompowania może pochłonąć znaczną część wytwarzanej energii brutto. Dlatego inżynierowie muszą obliczyć moc netto, a nie tylko energię elektryczną wytwarzaną przez turbinę.

Projekt wymaga również realistycznej oceny żywotności sprzętu, dostępu do konserwacji, kosztów wymiany i zapotrzebowania na energię elektryczną.

W przypadku wyspy Saona przed podjęciem jakiejkolwiek decyzji inwestycyjnej należy porównać OTEC z energią słoneczną, magazynowaniem baterii, innymi opcjami odnawialnymi i istniejącymi ustaleniami dotyczącymi energii elektrycznej.

14. Proponowane studium wykonalności OTEC dla wyspy Saona

Odpowiedzialne badanie można podzielić na osiem etapów.

Etap 1 – Badanie temperatury oceanu

Zbierz wiarygodne profile temperatur od powierzchni do wymaganego zakresu głębokości. Dokonaj przeglądu zmian sezonowych i długoterminowych.

Etap 2 – Badania batymetryczne

Wykorzystaj wiarygodne dane batymetryczne i, w razie potrzeby, nowe badania hydrograficzne, aby określić, jak szybko dno morskie osiąga odpowiednią głębokość.

Etap 3 – Kontrola miejsca

Określ możliwe lokalizacje, biorąc pod uwagę różnicę temperatur, odległość do głębokiej wody, stan dna morskiego, wrażliwość środowiskową i dostęp.

Etap 4 – Wybór koncepcyjny systemu

Porównaj konfiguracje obiegu zamkniętego, otwartego i hybrydowego zgodnie z zamierzonymi wynikami.

Etap 5 – Projekt techniczny

Opracuj wstępne projekty rurociągów zimnej wody, wymienników ciepła, pomp, turbin, fundamentów i systemy elektryczne.

Etap 6 – Modelowanie energetyczne i ekonomiczne

Oszacuj produkcję brutto i netto, zużycie energii pomocniczej, roczną wydajność operacyjną i koszt cyklu życia.

Etap 7 – Ocena oddziaływania na środowisko

Oceń wpływ poboru i zrzutu, zaburzenia dna morskiego, siedlisk morskich, skład chemiczny wody i możliwe obawy społeczności.

Etap 8 – Pilotaż lub demonstracja decyzja

Dopiero gdy oceny techniczne, środowiskowe i ekonomiczne potwierdzą wykonalność, należy rozważyć projekt demonstracyjny.

To są proponowane ramy badawcze. Nie twierdzi, że w pobliżu wyspy Saona zakończono już pomiary, instalacje lub studia wykonalności OTEC.

15. Przyszłość oceanicznej energii cieplnej

Badania OTEC w dalszym ciągu badają ulepszenia w:

• Wydajności wymiennika ciepła.
• Materiały rur zimnej wody i niezawodność konstrukcji.
• Dobór turbiny i płynu roboczego.
• Wydajność pompowania.
• Bioosady zapobieganie.
• Zintegrowana produkcja słodkiej wody.
• Chłodzenie wodą morską.
• Hybrydowe systemy energii odnawialnej.
• Monitorowanie środowiska i projektowanie zrzutów.
• Zastosowania modułowe i na mniejszą skalę.

Naukowcy badają również zintegrowane zastosowania wody głębinowej wykraczające poza wytwarzanie energii elektrycznej.

Długoterminowy sukces OTEC będzie zależał od poprawy mocy wyjściowej netto, zmniejszenia kosztów instalacji i konserwacji oraz wykazanie niezawodnego działania w rzeczywistych środowiskach morskich.

Często zadawane pytania

1. Co to jest OTEC?

Ocean Thermal Energy Conversion to technologia wytwarzająca energię elektryczną przy użyciu różnicy temperatur pomiędzy ciepłą wodą morską na powierzchni a zimną wodą morską głębinową.

2. Jaka różnica temperatur jest potrzebna do OTEC?

Około 20°C jest powszechnie stosowane jako wstępny punkt odniesienia podczas sprawdzania zasobów. Rzeczywiste wymagania zależą od projektu instalacji i jej wydajności netto.

3. Czy OTEC działa w nocy?

Tak. W przeciwieństwie do systemów fotowoltaicznych, OTEC nie jest bezpośrednio zależny od światła słonecznego w momencie wytwarzania energii elektrycznej. Wykorzystuje gradient termiczny oceanu, chociaż rzeczywista wydajność zależy od zmieniających się warunków oceanicznych i działania elektrowni.

4. Jakie są trzy główne cykle OTEC?

Trzy główne konfiguracje to cykl zamknięty, cykl otwarty i cykl hybrydowy.

5. Czy OTEC może produkować wodę pitną?

Obieg otwarty i niektóre rozwiązania hybrydowe mogą wytwarzać wodę odsoloną. Nadal należy zająć się jakością, uzdatnianiem i dystrybucją wody.

6. Dlaczego OTEC potrzebuje rury głębinowej?

System potrzebuje zimnej wody morskiej z głębszych warstw oceanu, aby działać jako zimny zbiornik w cyklu termodynamicznym.

7. Czy OTEC jest odpowiedni dla wyspy Saona?

Jest to potencjalny temat badawczy, ale nie można potwierdzić jego przydatności bez lokalnych profili temperatur, batymetrii, oceny trasy rurociągu, badań środowiskowych i modelowania ekonomicznego.

8. Jaka jest różnica między OTEC a energią fal?

Energia fal wychwytuje energię mechaniczną z poruszających się fal oceanicznych. OTEC przetwarza energię cieplną z różnicy temperatur pomiędzy ciepłą wodą powierzchniową a zimną wodą głębinową.

9. Co to jest SWAC?

Klimatyzacja wykorzystująca wodę morską wykorzystuje zimną wodę morską do wspomagania chłodzenia budynku poprzez system wymiany ciepła. Jest powiązany z infrastrukturą wód głębinowych, ale nie jest tym samym, co wytwarzanie energii elektrycznej za pośrednictwem OTEC.

Wnioski

Konwersja energii cieplnej oceanu oferuje niezwykły sposób wytwarzania energii odnawialnej poprzez wykorzystanie naturalnej różnicy temperatur między tropikalnymi wodami powierzchniowymi a zimnymi wodami głębinowymi.

Jego konfiguracje w cyklu zamkniętym, otwartym i hybrydowym pokazują, jak termodynamika, wymiana ciepła, konstrukcje morskie i elektrotechnika mogą ze sobą współdziałać. Niektóre systemy mogą również dostarczać wodę słodką lub wspomagać chłodzenie wodą morską.

W przypadku wyspy Saona OTEC jest raczej przedmiotem dokładnych badań technicznych niż potwierdzoną możliwością rozwoju. Przydatne studium wykonalności wymagałoby dokładnych profili temperatury oceanu, szczegółowej batymetrii, projektu rurociągu zimnej wody, obliczeń mocy netto i oceny środowiska.

Głównym wyzwaniem inżynieryjnym jest uzyskanie wystarczającej ilości użytecznej energii ze stosunkowo małej różnicy temperatur przy jednoczesnym utrzymaniu dużych wymagań związanych z pompowaniem wody morskiej i infrastrukturą.

Gradient temperatury oceanu może zapewniać wyspom tropikalnym szansę na energię odnawialną, ale lokalne pomiary i pełna analiza inżynieryjna muszą określić, czy taka możliwość jest praktyczna.