מבוא ל- Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)

Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) היא טכנולוגיה לאנרגיה מתחדשת המייצרת חשמל על ידי ניצול הבדל הטמפרטורה הטבעי בין מים חמים פני פני הים לבין מים חמים עמוקים ים.טמפרטורה זו ⁇ , בדרך כלל לפחות 20 ° C (36 ° F) עבור פעולה יעילה, קיים סביב השנה באוקיינוס טרופי וסובטרופי.בניגוד לשמש או אנרגיית רוח, OTEC מספק מקור כוח עומס - זה 24 שעות יכול לרוץ מחזורי דם חם, כי הוא כל הזמן, 000 אנרגיה תרמית, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זמן, 000, 000, 000 זמן, 000 חם, 000, 000 חם האוקיינוסים, 000.

הפוטנציאל של OTEC הוא עצום.האוקיינוסים הטרופיים סופגים כ-60 מיליון טרה-וואט שעות של אנרגיה סולארית מדי שנה - יותר מ-4,000 פעמים צריכת החשמל הנוכחית בעולם.ההרס אפילו חלק קטן מהמשאבים האלה יכול להפוך מערכות אנרגיה בקהילות החוף והאי, צמצום התלות בדלקים מאובן וקיצוץ פליטות גזי חממה.

מאמר זה חוקר את עקרונות העבודה של OTEC, היתרונות שלה עבור הדור גדול של כוח, את האתגרים המרכזיים שהוא עומד בפני, פרויקטים בולטים של טייס ברחבי העולם, ואת הסיכויים העתידיים של טכנולוגיית אנרגיה האוקיינוס המבטיחה הזו.

כיצד OTEC עובד: מעגל התרמודינמיקה

מערכות OTEC מסתמכות על מחזור הדירוג, בדומה למפעלי כוח קיטור קונבנציונליים, אך משתמשות בנוזל עבודה עם נקודת רתיחה נמוכה ולא מים.ההבדל הטמפרטורה בין מים חמים משטח (25 ° C-30 ° C) לבין מים עמוקים קרים (4 ° C-6 ° C) מניע את המחזור. שני סוגים עיקריים של מחזורי OTEC קיימים: מחזורי סגורה ופתוחה, יחד עם וריאציות היברידיות.

סגור - Cycle OTEC

במערכת OTEC סגורה, מים חמים על פני השטח עובר דרך מחליף חום, שבו הוא מחוסן נוזל עבודה כגון אמוניה או מחוסן פחמי אלומיניום מחוספס.ה vapor בלחץ גבוה מתרחב דרך טורבינה מחוברת גנרטור, ייצור חשמל.החוסם זורם לתוך קירור מעוקל במים קרים, שבו הוא סגור לתוך מחזור נוזל אחורי פועל לתוך מחזור נוזל זה.

OTEC של מחזור סגור הוא העיצוב המלומד ביותר כי הוא יכול לפעול עם הבדל טמפרטורה קטן יחסית ומשתמש טורבינות קומפקטית.יעילות של מערכות מחזור סגור היא בדרך כלל 1%-3% (מבוסס על גבולות Carnot), אבל פלט חשמל נטו לאחר חשבונאי עבור משאבה של הפסדים נע בין 30% ל -70% של כוח גולמי שיפור ביצועים חילופי חום וצמצום עומסים parasitic הם תחומי מפתח של מחקר.

פתוח-Cycle OTEC

OTEC פתוח משתמש במים חמים של פני השטח עצמו כמו נוזל העבודה.מים חמים מוצגים לתוך תא בלחץ נמוך (flash evaporator) שבו הוא רותח באלימות בתנאים ליד-vacuum.המיטור וכתוצאה מכך מניע טורבינות בלחץ נמוך ולאחר מכן הוא מכווץ על ידי מים עמוקים וואט אחד היתרון של OTEC פתוח הוא כי צינורות בשפע מייצר צפיפות גבוהה יותר מאשר תאים טריים, עם מים מתוקים, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, אחד היתרונות של מים מתוקים יותר מנפחים גדולים יותר מטווח נמוך יותר של מים מתוקים יותר מטווח נמוך יותר של מים מתוקים של מים מתוקים יותר מקודדים, עם זאת, עם מים מתוקים יותר מאשר קיבולת גבוהה יותר מאשר מקודמת.

היברידית OTEC

OTEC היברידי משלב אלמנטים של שני מחזורים: מים חמים משמשים כדי לחוסם נוזל עבודה (מעגל סגור) תוך הפקת מים טריים מן ההוויה הבזק בלחץ נמוך של זרם נפרד של מים חמים.מערכות אלה נועדו למקסם את הדור החשמלי ואת פלט הדהמה.

יתרונות של OTEC לדור כוח גדול

OTEC מציע כמה יתרונות שונים שהופכים אותו אטרקטיבי עבור גדול בקנה מידה, בסיס ייצור חשמל מתחדשת, במיוחד באזורים אקווטוריים.

כוח בסיס בר קיימא וחדש

בניגוד לאנרגיה סולארית ורוחנית, אשר לסירוגין ומשתנה, OTEC מספק כוח מתמשך, צפוי. ⁇ ים הוא יום יציב ולילה, לאורך עונות, מה שהופך OTEC מקור אנרגיה בסיס אמין. צמח OTEC 100 MW יכול לפעול בגורם של 90% או גבוה יותר, דומה דלק מאובנים קונבנציונלי או צמחי גרעין.

השפעה סביבתית נמוכה

מערכות OTEC לא מייצרות פליטות של הבעירה - לא CO2, SOx, NOx, או חומר מבודד.נוזלים העבודה (למשל, אמוניה) משמשים בלולאות סגורות עם שחרור לא זניח.ה החששות הסביבתיים העיקריים כרוכים בצריכה ובשחרור של כמויות גדולות של מים ים.

ביטחון אנרגיה ועצמאות לאומות

איים טרופיים רבים תלויים בדלק מיובא או שמן דלק כבד לחשמל, מה שהופך אותם פגיעים לתנודתיות מחירים ושיבושים אספקה. OTEC יכול לנתק את הייבוא באמצעות משאב מקומי, בלתי נדלה. לדוגמה, צמח 10 MW OTEC במדינה קטנה אי יכול להוריד מיליוני חביות של שמן על פני החיים שלה, שמירה על אנרגיה בתוך הכלכלה המקומית.

סקלאלה ועיצוב מודולרי

צמחים OTEC ניתן לבנות יחידות מודולריות. צמחיים בקנה מידה קטן (1-10 MW) יכולים לשרת קהילות מרוחקות או אתרי נופש, בעוד מתקנים גדולים יותר (100MW או יותר) יכולים להאכיל לרשתות לאומיות או תעשיות אנרגיה אנרגיה-רגישות כגון ייצור מימן, סינתזה אמוניה, או מרכזי נתונים.הגישה מודולרית גם מאפשרת השקעה בשלב, צמצום הסיכון הפיננסי כמו בקנה מידה ייצור ולמידה הם צפויים להפחתה משמעותית.

מוצרים וסינרגיות

מעבר לחשמל, מערכות OTEC יכולות לייצר מוצרים יקרים של מים חמים (C-6 ° C) ניתן להשתמש בהם עבור מיזוג אוויר, קירור, או תרבות אקווה, כפי שניתן לראות במעבדה לאנרגיה טבעית של רשות הוואי (NELHA) מים מתוקים ממחזור פתוח או עיצובים היברידיים יכולים לשרת צרכי מים.

אתגרים ליישום OTEC

למרות הבטחתו, OTEC ניצב בפני מכשולים טכניים, כלכליים ולוגיסטיים שמנעו אימוץ נרחב.

עלויות ההון הראשוניות

המחסום הגדול ביותר ל-OTEC הוא העלות העליונה שלו. A 100 MW סגורה-מחזור OTEC מוערך עלות של 1,000 $-2,500 דולר לקילווואט מותקן (באותה הזמנה כמו רוח או גרעין) הרבה מהעלויות האלה מגיעות מחילופי החום הגדולים, צריכת מים קר ארוך טווח (בדרך כלל 1–2 ק"מ ו 3-10 מטרים בקוטר), ואת הפלטפורמה offshore או קרקע-קרקע חסכונית להוסיף חומרים מיוחדים.

תשתיות מים קרות

OTEC דורש אספקה רציפה של מים קרים עמוקים, בדרך כלל בעומק של 600-1,000 מטרים. Deploying צינורות בקנה גדול למעמקים אלה הוא אתגר הנדסי גדול.הצנרת חייבת לעמוד בזרמים חזקים של האוקיינוס, לחץ על שונים, ונזק פוטנציאלי מפני סופות או משלוח.מחייב בדרך כלל אוניות מיוחדות וציוד חדש (כגון סיבים-reforceds פלסטיק) וטכניקות ההתקנה (למשל, הן לפלטפורמות דינמיות).

המונחים: Efficiency Constraints

היעילות התיאורטית המקסימלית (Carnot) של מערכת OTEC הפועלת בין 26 מעלות צלזיוס ו-5 מעלות צלזיוס היא רק על 7%.יעילות נטו בעולם האמיתי לאחר שעקב אחר הפסדים של משאבה הם סביב 2%–4%.זה אומר צמח OTEC חייב לעבד כמויות עצומות של מים כדי לייצר רמת כוח משמעותית.עבור כל מגהוואט של פלטה נטו, כ 10-20 מטר מחקר לשנייה של מים חמים וזרימה שווה של מים קרים יש לטפל במנה גבוהה יותר.

בעיות סביבתיות ושיקום

למרות OTEC הוא נמוך מחדל, זרימת המים הים הגדולה יכולה לגרום להפחתה של אורגניזמים ימיים (התחילה וחילוץ), ערבוב של שכבות מים (אשר עשוי לשנות מחזורי מזון מקומיים), ושחרור פוטנציאלי של כלור או ביוצידות המשמשים לשלוט ביו-פוחיות, במיוחד בדיקות השפעה סביבתית של תורודות נדרשות, ואמצעי הפחתה יקרים - כגון מסכים בסדר, צריכת אנרגיה נמוכה וצריכת חשמל, במיוחד עבור מבנים חלופיים ואווירה.

פיתוחים ופרויקטי טייס

כמה פרויקטים של טייס OTEC ברחבי העולם הוכיחו את יכולת ההיתכנות של הטכנולוגיה ודוחפים לקראת פרסום.

הנדסת OTEC OTEC (Hawaii)

ממוקם במעבדה לאנרגיה טבעית של רשות הוואי (NELHA) על האי הגדול, Makai Ocean Engineering מפעילה מפעל הדגמה בגודל 100-kW - הגדול מסוגו בארצות הברית. Completed בשנת 2015, המתקן הזה פועל כמעט ברציפות, להוכיח את האמינות של תהליך מחזורי סגור של OTEC, מספק נתונים יקרים על ביצועים של החלפת חום, בקרה ביו-פוחיות, דינמיקה קר ומימית'ר' 1FD' יש יותר עבודה מסחרית.

מחקר OTEC של יפן ומסחר אלקטרוני

יפן הייתה מובילה במחקר OTEC במשך עשרות שנים.מכון האנרגיה באוקיינוס באוניברסיטת סאגה פועל מפעל ניסיוני 50-kW ופיתח "מחזור של מצרים" שמשפר את היעילות באמצעות תהליך של הדבקה רב-שלבי.ב-2018 הודיעה חברת ההנדסה היפנית IHI Corporation על תוכניות עבור מפעל מסחרי 1-MW ב- Okinawa, ולאחרונה, צמח 100-Wk מותקף ב-Malescit יפן, כ- 10VFEC, על ידי אוניברסיטת GLT.

טייס OTEC

הפיליפינים, עם תעלות האוקיינוס העמוק שלה ואקלים טרופי, נחשב מקום OTEC ראשוני.משרד האנרגיה הפיליפיני ואוניברסיטת המכון למדע הנחתי של הפיליפינים ערכו מחקרים אפשריים. בשנת 2019, מפעל מבחן של 10kW הוצב במים מחוץ לאזור Batangas המחוזי.תכניות עבור מפעל טייס 1MW בעיר קאלויה, נדונו, במטרה להחליף גנרטורים מרוחקים על פני כדור הארץ: 1.

OTEC Initiatives (בריטניה/צרפת)

חברות כמו Global OTEC Resources (בריטניה מבוססת בריטניה) מתפתחות פלטפורמות "OTEC" - צמחים מודולריים, בר-יסודיים המיועדים לאומות האי.OTEC Global שואפות לפרוס מפעל 1.5-MW בSão Tomé ו Príncipe בשנים הקרובות, צרפת מממנת מחקר OTEC בשטחים בחו"ל שלה (Réunion, Martinique, Tahiti), ו-Píncipeerth) היא תוכניות מחקר בינלאומי על פני LTEC.

אפשרויות לעתיד והדרך לשיווק

הדרך לפריצת OTEC בקנה מידה גדול כוללת להתגבר על פער המחירים, דרוג פרויקטים של טייס ופיתוח מדיניות תומכת.כמה מגמות מצביעות על עתיד בהיר יותר עבור OTEC.

ניכוי עלויות באמצעות למידה והיקף

כמו בטכנולוגיות מתחדשות אחרות, עלויות OTEC צפויות ליפול כיחידות נוספות נבנות.המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) מעריכה כי עם פריסה מצטברת של 10 GW, העלות המדרגת של חשמל (LCOE) עבור OTEC יכול לרדת ל-010-0.15 דולר לוואט"וואט" - תחרותי עם רוח ומזג אווירי שמש במקומות רבים של התקדמות, כגון: FDFlays, יכול להאיץ את ה-T.

שילוב עם ירוק הידרוגן ו Ammonia

מסלול מבטיח אחד עבור OTEC הוא להשתמש חשמל שלה עבור אלקטרוליטיזה לייצר מימן ירוק, אשר ניתן להמיר לדלקת ירוק עבור דלק או דשן.מכיוון OTEC מספק כוח בסיס, זה יכול לספק זרם עקבי עבור אלקטרוליטייזרים, הימנעות בעיות חדירות של השמש או רוח. כמה קבוצות מחקר מחקר הם חקר מתקני OTEC-toamonia מבוסס אי, אשר יכול לשרת את צרכי האנרגיה המקומי וייצוא.

תמיכה במדיניות ושיתוף פעולה בינלאומי

ממשלות וארגונים בינלאומיים יכולים להאיץ את פריסת OTEC באמצעות מכסי מזון, זיכויי מס השקעות, והכללה מטרות אנרגיה מתחדשת. הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA) ואת מערכות האנרגיה באוקיינוס (OES) שיתוף ידע ושיטות הטובות ביותר.בנוסף, המשא ומתן על האקלים של האו"ם הכיר באנרגיה מתחדשת המבוססת על האוקיינוס כאופציה מיטיבה.

מסקנה

Ocean Thermal Energy Conversion מבטיח יוצא דופן כמקור אנרגיה מתחדשת בקנה מידה גדול, בסיס עם פוטנציאל להפוך מערכות אנרגיה באזורים טרופיים החוף, היכולת שלה לספק כוח נקי, אמין סביב השעון - תוך המציע גם מוצרים משותפים כמו מים מתוקים וחקלאות מים קרים - הופכת אותו לטכנולוגיה מגוונת ייחודית, בעוד עלות משמעותית ואתגרי הנדסה להישאר, פרויקטים פיילוט, חומרים מתקדמים, דחיפות הגוברת של כדור הארץ עם אקלים ארוך טווח גדול במיוחד עם מים חמים.