Pretvorba toplotne energije oceanov (OTEC): definicija in delovanje

OTEC: kako izkoriščati temperaturno razliko oceana za čisto energijo, hladilno vodo in pitno vodo — tehnologija z velikim potencialom za obnovljivo prihodnost.

Pretvorba toplotne energije oceanov (OTEC) je način pridobivanja koristne energije iz svetovnih oceanov. Na oceane sveta sije sonce in v vročih predelih v bližini je površinska voda lahko precej topla, pogosto okoli 25–30 °C, medtem ko je voda v globini (npr. pri ~1000 m) lahko okoli 4–6 °C. Ta trajna temperaturna razlika omogoča izvedbo termodinamičnega procesa, ki jo izkorišča stroj, imenovan OTEC.

Kako deluje OTEC

OTEC izkorišča temperaturno razliko med toplo površinsko vodo in hladno globinsko vodo za pogon toplotnega motorja. Ker je razlika v temperaturi majhna (običajno 10–20 °C), je termodinamična učinkovitost nizka, zato je treba premikati velike količine vode. Obstajajo trije glavni tipi OTEC sistemov:

• Zaprt cikel (closed-cycle): delovni medij z nizko vreliščno temperaturo (pogosto amonijak ali drugi tokovni plin) kroži v zaprtem ognju. Topla površinska voda segreje in upari delovni medij, njegova para poganja turbino in proizvede elektriko; nato se para ohladi s hladno globinsko vodo in kondenzira nazaj v tekočino.
• Odprt cikel (open-cycle): neposredno se uporablja morska voda. Topla površinska voda v zaprtem prostoru flash-izpari pri znižanem tlaku; nastala para poganja turbino, potem pa se para kondenzira z uporabo hladne globinske vode in tako nastane tudi neslana voda (desalinizacija).
• Hibridni cikel: združuje prednosti obeh pristopov (večja učinkovitost zaprtih ciklov in proizvodnja pitne vode iz odprtih ciklov).

Glavne značilnosti in zmogljivost

Ker je ΔT relativno majhen, so zahteve po pretoku velike — skozi napravo je treba speljati velike količine tople in hladne morske vode. V zameno OTEC omogoča stalno, bazno (24/7) proizvodnjo električne energije neodvisno od vremena ali dnevne svetlobe. Ocenjena tehnična potencialna moč globalnega OTEC je velika; nekateri viri so predlagali, da bi lahko OTEC v določenih regijah prispeval znatne količine energije v primerjavi z drugimi tehnologijami za izrabo energije morja, npr. energijo valov.

Zgodovina in primeri

Prva eksperimentalna naprava OTEC je bila zgrajena na Kubi leta 1930 in je proizvedla 22 kW električne energije. Kasnejše naprave so povečale izhodno moč; največji komercialno delujoči stroj do konca 20. stoletja je bil stupnja iz ZDA, ki je leta 1999 proizvedel približno 250 kW. Bili so tudi načrti in raziskave za gradnjo večjih obratov s kapacitetami do približno 10 MW, a večje razširitve so omejene zaradi tehničnih in ekonomskih izzivov.

Pomožni proizvodi in uporabe hladne globinske vode

OTEC lahko kot stranski proizvod zagotavlja velike količine hladne globinske vode, kar ima več praktičnih uporabe:

• Hlajenje velikih objektov (npr. sistemsko morsko hlajenje – Seawater Air Conditioning).
• Akvaoparvoprija (intenzivna gojitev rib, školjk in makroalg v hladnejši, hranilni vodi).
• Pritiskana ali kondenzirana voda iz odprtih ali hibridnih ciklov, ki lahko zagotavlja neslano pitno vodo za oddaljene ali otoške skupnosti.
• Uporaba pri pridelavi poljščin v toplejši klimi z izkoriščanjem hladne vode za klimatsko kontrolo ali za namakanje.

Prednosti

• Stabilna, predvidljiva proizvodnja električne energije (baza).
• Nizke emisije toplogrednih plinov med obratovanjem.
• Hkratna proizvodnja uporabnih stranskih proizvodov (hladna voda, pitna voda, akvakultura).
• Širok potencial v tropskih in subtropskih območjih, kjer je ΔT primeren in je bližina globoke vode omogočena.

Izzivi in omejitve

• Ekonomska vprašanja: visoki začetni investicijski stroški za cevovode, platforme, turbinske sisteme in korozijsko odporne materiale.
• Tehnični izzivi: korozija in biofouling notranjih površin, potreba po velikih ceveh za dovod hladne vode z globin (kar je zahtevno v plitvih območjih), vzdrževanje in robustne turbine primerne za nizke tlake in pare.
• Okoljski vplivi: dviganje hranilno bogate globinske vode lahko spremeni lokalne ekosisteme, ustvarja toplotne in kemične pluje (odpadna voda), ter lahko povzroči vpliv na ribištvo; zahtevajo se študije vplivov in ustrezni ukrepi za mitigacijo.
• Lokacijske omejitve: za učinkovitost so potrebni tropski in subtropski predeli z dovolj veliko temperaturno razliko in blizino globlje vode (strma kontinentalna polica ali plitve doline). To omejuje širitev v nekaterih regijah.

Okoljski nadzor in mitigacija

Pri načrtovanju OTEC obratov se izvaja spremljanje vplivov na morske ekosisteme, vključno z analizami pluvov, razpršitve hranil in vplivov na morske prebivalce. Možni ukrepi vključujejo nadzorovane iztoke, mešalne sisteme za zmanjšanje temperaturnih razlik pri odtoku ter izbiro lokacij, ki zmanjšajo vpliv na občutljive habitate.

Perspektive in raziskave

Raziskave se osredotočajo na zmanjšanje stroškov (cene cevi, učinkovitejše turbine in izbrani materiali za odpornost proti koroziji), na razvoj hibridnih sistemov, integracijo z lokalnimi potrebami (hlajenje, desalinizacija, akvakultura) in na plavajoče OTEC platforme, ki bi omogočile dostop do globoke vode tudi tam, kjer ni primernih obal. Čeprav ima OTEC velik potencial, je njegova širša komercializacija odvisna od tehničnih izboljšav in podpore za začetne investicije.

OTEC ni čudežna rešitev, vendar predstavlja obetaven dopolnilni vir obnovljive energije, posebej za otoške in obalne skupnosti v tropskih območjih, kjer lahko nudi kombinacijo elektrike, pitne vode in hladne vode za gospodarske dejavnosti.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je pretvorba toplotne energije oceanov (OTEC)?

V: Kaj povzroča temperaturno razliko v oceanu?

V: Kako se temperaturna razlika izkorišča za pridobivanje energije?

V: Ali je temperaturna razlika med toplo vodo na površini in hladno vodo v globini velika?

V: Kakšen je potencial OTEC v primerjavi z drugimi viri energije iz oceanov?

V: Katere so druge prednosti OTEC poleg pridobivanja energije?

V: Kdaj je bila zgrajena prva naprava OTEC in koliko električne energije je proizvedla?

Išči po črki