Okeāna termiskās enerģijas pārveide (OTEC): definīcija, darbība un pielietojums

Atklāj OTEC — okeāna termiskās enerģijas pārveidi: darbība, pielietojumi elektroenerģijai, saldūdenim un ilgtspējīgai enerģijai salu reģioniem.

Okeāna siltumenerģijas konversija (OTEC) ir tehnoloģija, kas ļauj iegūt noderīgu enerģiju no pasaules okeāniem. Saule apspīd okeānus, un tropiskajos reģionos ūdens pie jūras virsmas var būt salīdzinoši silts — dažkārt aptuveni 25–30 °C — kamēr dziļūdeņos, piemēram, aptuveni 500–1000 m dziļumā, temperatūra var krist līdz ap 5 °C. Šī virsmas un dziļūdeņu temperatūru atšķirība rada iespēju ražot siltuma dzinēja veidā iegūtu enerģiju: ierīci, ko sauc par OTEC (no okeāna termiskās enerģijas pārveide).

Darbības princips

OTEC sistēma izmanto temperatūras starpību starp siltu virszemes ūdeni un aukstu dziļūdens ūdeni. Tā kā temperatūras starpība parasti ir salīdzinoši neliela (bieži ap 10–20 °C), sistēmai nepieciešami lieli ūdens plūsmas daudzumi, lai iegūtu praktisku enerģijas daudzumu. Galvenās OTEC shēmas ir trīs:

• Slēgta cilpa (closed-cycle) — siltums no virszemes ūdens tiek pārnests uz zemu viršanas temperatūru strādājošu šķidrumu (piemēram, amonjaku), kas iztvaiko un vada turbīnu; pēc tam tvaiks kondensējas, izmantojot auksto dziļūdeni, un cikls atkārtojas.
• Atvērta cilpa (open-cycle) — siltu virsmas ūdeni sūknē vakuumā, kur tas 'uzput' (flash evaporation), radot tvaiku, kas griež turbīnu; kondensējot tvaiku, iegūst arī >nesālītu dzeramo ūdeni.
• Hibrīdā sistēma — apvieno slēgtas un atvērtas cilpas priekšrocības, lai uzlabotu efektivitāti un ūdens atgūšanu.

Tehniskie aspekti

• Darba šķidrumi: slēgtajā cilpā bieži izmanto šķidrumus ar zemu viršanas temperatūru, piemēram, amonjaku.
• Aukstā ūdens piegāde: parasti nepieciešama caurule, kas sasniedz aptuveni 500–1000 m dziļumu, lai nodrošinātu stabilu zemā temperatūrā ūdens plūsmu.
• Izejas efektivitāte: OTEC efektivitāte ir zema — parasti aptuveni 2–3% (reizēm nedaudz vairāk), tāpēc nepieciešamas lielas plūsmas un infrastruktūra, lai nodrošinātu ievērojamu jaudu.
• Vides un tehniskie izaicinājumi: korozija, bioapaugums, aukstā ūdens vadu izmaksas un celtņu būveņu sarežģītība piekrastes rajonos.

Kur OTEC ir piemērots?

OTEC vislabāk darbojas tropiskos un subtropiskos reģionos, kur virsmas ūdens temperatūra ir pietiekami augsta (parasti > 25 °C) un pieejams dziļš auksts ūdens. Bieži apsvērtas vietas ir tuvumā salām un atoliem, kur enerģijas piegāde ir dārga un kur ir pieejama dziļūdens infrastruktūra.

Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības:
  • Pastāvīga enerģijas piegāde (bez diennakts vai sezonālām svārstībām kā saules/vēja enerģijā).
  • Blakusprodukti: auksts dziļūdens var tikt izmantots akvakultūrā, dzesēšanā, saldēšanā un lauksaimniecībā; atvērtā cilpā iespējama nesālīta ūdens ražošana dzeramajam.
  • Samērā videi draudzīga, ja pareizi projektēta (zema CO2 emisija ekspluatācijas laikā).
• Trūkumi:
  • Zema termodinamiskā efektivitāte — nepieciešami lieli apjomi ūdens un ievērojamas investīcijas infrastruktūrā.
  • Augstas sākotnējās izmaksas (aukstā ūdens vadi, platformas, korozijas aizsardzība).
  • Vides riski — nejauša upwelling var mainīt vietējās hidroloģiskās un bioloģiskās īpašības; riskē ar darbības šķidrumu noplūdi (piem., amonjaks) ja netiek nodrošināta droša ekspluatācija.

Vēsture un attīstība

Pirmā zināmā OTEC demonstrācija tika veikta Kubā 1930. gadā, un tā saražoja aptuveni 22 kW elektroenerģijas. Kopš tā laika ir izstrādātas daudzas pilotiekārtas visā pasaulē. Lielākā līdz šim uzbūvētā iekārta 1999. gadā saražoja aptuveni 250 kW, un to izgatavoja ASV. Ir arī plāni un projektēšanas iniciatīvas attīstīt komerciālas OTEC instalācijas ar jaudu aptuveni 10 MW vai vairāk, taču plaša mēroga izvēršana vēl prasa tehnoloģiskus uzlabojumus un ekonomiskas optimizācijas.

Pielietojumi

• Elektroenerģijas ražošana vietējai patērēšanai salās un piekrastes rajonos.
• Desalinizācija un dzeramā ūdens ražošana (īpaši atvērto vai hibrīdo sistēmu gadījumā) — saldēšanai un tas var palīdzēt vietējai ūdens nodrošināšanai.
• Aukstā dziļūdens izmantošana akvakultūrā (zivju un aļģu audzēšanai), lauksaimniecībā siltumnīcām un rūpnieciskai dzesēšanai.
• Seawater air conditioning (seawater A/C) — dzesēšanas sistēmas lieliem ēku kompleksiem, izmantojot auksto dziļūdeni.

Vides ietekme un uzturēšana

OTEC iekārtu vides ietekme ir sarežģīta un atkarīga no dizaina un ekspluatācijas prakses. Pozitīvie aspekti var ietvert barības vielu uzplūdi pie virsmas, kas var atbalstīt zvejniecību un akvakultūru; tomēr pārmērīgs vai nepareizi kontrolēts upwelling var mainīt ekosistēmas. Nepieciešama rūpīga korozijas un bioapauguma pārvaldība, kā arī drošības pasākumi, lai novērstu darba šķidrumu noplūdes un aizsargātu jūras dzīvotni.

Nākotnes perspektīvas

OTEC piedāvā ilgtermiņa potenciālu nodrošināt stabilu, bāzes slodzes enerģiju tropiskajos reģionos un sniegt vietēji svarīgus blakusproduktus (nesālētu ūdeni, aukstu ūdeni akvakultūrai). Tomēr tehnoloģijas ekonomiskai dzīvotspējai nepieciešamas papildu inovācijas: izmaksu samazināšana aukstā ūdens vadu būvē, uzlabota materiālu aizsardzība pret koroziju un bioapaugumu, kā arī optimizētas darbības shēmas, lai palielinātu kopējo efektivitāti. Ar mērķtiecīgu pētniecību un pilotprojektiem OTEC var kļūt par vērtīgu papildinājumu atjaunojamo enerģijas risinājumu klāstam tropu reģionos.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir okeāna siltumenerģijas konversija (OTEC)?

Q: Kas izraisa temperatūras atšķirību okeānā?

J: Kā temperatūras atšķirība tiek izmantota, lai ražotu enerģiju?

Vai temperatūras atšķirība starp silto virszemes ūdeni un auksto dziļūdeni ir būtiska?

J: Kāds ir OTEC potenciāls salīdzinājumā ar citiem okeāna enerģijas avotiem?

J: Kādas ir vēl citas OTEC priekšrocības papildus enerģijas ražošanai?

J: Kad tika uzbūvēta pirmā OTEC iekārta un cik daudz elektroenerģijas tā saražoja?

Meklēt pēc burta