Oceanele acoperă mai mult de 70% din suprafața Pământului și sunt cei mai mari colectori de energie solară din lume. Potențialul oceanelor din sectorul energetic este mare. Pentru comparație, densitatea energetică a radiației solare este de 1400 W / m², energia eoliană este de 1700 W / m², iar energia termică a oceanelor la latitudini tropicale este de 300.000 W / m²!
Posturile termice din tropice
Există și alte surse de energie regenerabile oceanice: biomasă și hidrogen, valuri și curenți, diferența de salinitate a apei de mare și fluviale - dar potențiala aplicare a energiei termice a oceanelor este cea mai mare.
Spre deosebire de alte surse regenerabile, energia termică a oceanului în ceea ce privește potențialul energetic este comparabilă cu posibilitățile nelimitate de a furniza energie termică primară, așteptată de la fuziunea termonucleară. Obiectele energetice cu o capacitate de 1 GW pot fi instalații mobile cu o deplasare de aproximativ 100.000 de tone. În partea tropicală a oceanelor, zeci de mii de astfel de centrale termice pot fi operate în mod aproape continuu. "
Serghei Haitun, candidat la științele fizice și matematice, doctorat Institutul de Istorie de Știință și Tehnologie, RAS (Academia Rusă de Științe IHST), la întrebarea de modul în care știința se uită la procesul de utilizare a energiei termice oceanelor, spune că știința este o opinie exprimată în urmă cu 150 de ani de savant francez D'Arsonval, iar cazul este acum pentru punerea în aplicare tehnică și căutarea unor scheme optime care să ofere o eficiență maximă. D'Arsonval înapoi în 1881 a sugerat mai întâi ideea de a folosi energia solară stocată în ocean sub formă de căldură. Mai mult de 40 de ani mai târziu, studentul său, Georges Claude, în cele din urmă întruchipat ideea în viață și construit în Cuba, un sistem de reciclare a energiei termice ocean mic. Scientific ales bay Matantsa în care mari adâncimi cu temperaturi ridicate de apă potrivite pentru țărm. Schema de montare este simplu: evaporatorul cu evacuarea parțială a apei calde se evaporă din suprafața mării (aproximativ temperatura de + 27 ° C). Aburul rezultat rotește lamelele turbinei, care sunt conectate la generatoare. Aburul de evacuare intră în condensator pentru apa care este alimentată de la o adâncime de răcire (aproximativ temperatura de + 4 ° C). Prima instalație experimentală, cu o putere de 22 kW, a consumat 80 kW pentru funcționarea pompelor sale.
OTEC în Hawaii (sursa: clubdesargonautes.org)
În anii 1970. un număr de țări au început proiectarea și construirea stațiilor termice experimentale cu ciclu închis (OTES). Într-o astfel OTPP este o diferență fundamentală de buclă deschisă plante Georges Claude - acestea sunt utilizate într-un lichid cu puncte de fierbere scăzute, de exemplu, propan, freon sau amoniac. Într-un astfel de sistem cu ajutorul apei de suprafață caldă a fost pompat prin schimbătorul evaporator termic, mediul de lucru este transformat în abur de înaltă presiune, permițându-i să se extindă printr-o turbina la un condensator în care aburul condensează la contactul cu pereții răciți cu apă pompată din straturile adânci ale oceanului.
Apa rece din ocean se află la o adâncime de aproximativ 600 m. Din zilele lui J. Claude, sa decis să se plaseze o mașină termică pe suprafața oceanului și să se ridice apa rece prin conductă la suprafață. Dar o asemenea creștere a apei necesită o cheltuială mare de energie.
„Noile soluții tehnice prezentate în brevetele rusești sugerează utilizarea unor elemente de transfer de căldură mobile, capabile să funcționeze la adâncimi diferite, ceea ce va reduce în mod semnificativ consumul de energie proces pentru propriile sale nevoi precum și oferă o oportunitate de a repara și pentru a preveni îmbâcsirea echipamentelor de organisme marine, - spune Stanislaw Poniatowski. - Toate acestea ne vor permite să introducem un nou nivel calitativ de utilizare a energiei termice a oceanului. Distincția principală a schemei propuse constă într-un aranjament condensator interior - acest lucru elimină creșterea apei de la o adâncime mare, și elimină o serie de scheme de neajunsuri semnificative Georges Claude“.
Pentru funcționarea eficientă a OTES, este necesară o diferență semnificativă de temperatură (peste 22 ° C pentru majoritatea circuitelor). Energia apei, care poate fi utilizată la o diferență de temperatură între stratul superior și cel adânc la 24 ° C, este de aproximativ 10-8 W / m³. Această diferență de temperatură este asigurată între Tropicul de Cancer și Tropicul Capricornului, unde suprafața apei se încălzește până la 27 ° C, iar la o adâncime de 600 m temperatura scade la 2-3,5 ° C. În Caraibe, unde apele tropicale întâlnesc curentul arctic, diferența de temperatură la suprafață și la o adâncime de 450-600 m ajunge la 22 ° C. Prin urmare, OTEC poate fi situat în principal în latitudini ecuatoriale cu încălzire maximă a apei.
Stand pentru testele unui element universal de schimb de căldură cu aplicație largă (foto S. Poniatowski)
„Noul circuit de procesare a căldurii cu condensator de imersie profundă nu necesită pompe preliminarii de lucru pentru alimentarea cu apă rece, iar stația se activează automat ca ieșire pentru modul de temperatură, - continuă Stanislav Ponyatovskii. - Cu economii semnificative de energie pentru nevoi industriale, cum ar OTPP capabile să opereze în oceanele lumii tropicale, iar chiar de-a lungul mâneci răcite nu este încă curenții calzi care merg la poli. Corect să spunem că plin fluxul termic dorit pentru producerea de energie industriale hidroelectrică termice poate oferi doar ocean tropical capabile să transporte cantități mari de apă caldă și rece, cu gradient de înaltă temperatură și localizarea naturală a straturilor respective la o distanță relativ mică unul de altul. Din păcate, chiar și Marea Neagră aproape de noi, deși un gradient cald dar necesar de temperatură pentru funcționarea eficientă a centralei termice, în special în perioada toamnă-iarnă, nu va oferi ".
Apropo, recenta descoperire a surselor hidrotermale pe fundul Oceanului Pacific dă naștere unei idei atractive de a crea submarine OTES, care operează la o diferență de temperatură a surselor și a apei din jur.
Poate fi localizat pe mal sau în ocean (pe sisteme de ancorare sau în derivă liberă).
Primul prototip japonez, lansat pe insula Nauru în 1981, a produs o putere de 100 kW, deși puterea utilă era de numai 14,9 kW. Diferența sa principală față de un concurent american era amplasarea stației de pe insulă. Locația nu este pe o bază plutitoare, și pe uscat va reduce costurile pentru operarea navei de transport, dispozitivul este de ancoraj în condiții de siguranță, cablu de alimentare submarin pentru transportul energiei electrice la mal, și, cel mai important, oferă o mai mare siguranță operatorului.
Astăzi, dezvoltarea energiei termice a oceanului este inclusă în programele naționale ale SUA, Franței, Japoniei, Suediei și Indiei.
Mini-OTEC la punctul Keahole (foto de Laboratorul Natural Energy din Hawaii)
Posibilitatea utilizării potențialului energetic al latitudinilor nordice a fost observată pentru prima dată în 1928 de către inginerul francez A. Barjo. Ca încălzire au fost oferite apă de mare cu o temperatură apropiată de 0 ° C. Refrigerat ar trebui să servească aer înghețat. Ca mediu de lucru secundar, sa sugerat să se ia o substanță care să fiarbă la o temperatură ușor sub 0 ° C și să se condenseze într-un lichid la o temperatură minus 20 ° C. Bargeau a recomandat compuși de hidrocarburi cum ar fi propan, butan sau izobutan.
Într-adevăr, în Oceanul Arctic, temperatura în stratul de suprafață sub gheață este aproape de 0 ° C. Este interesant de observat că gradientul de temperatură al apelor arctice este extrem de mic - deci, la câteva sute de metri de adâncime, temperatura apei atinge aproximativ + 0,6 ° C. Există un strat intermediar cald, format datorită afluxului de ape de origine atlantică. În multe regiuni ale Arcticii, cea mai mare parte a anului temperatura aerului este sub -10 ° C. De exemplu, în Insulele din Siberia un an este de numai 2-4 zile cu temperatura aerului peste -10 ° C, pe coasta zilelor Laptev 10 la 14 și arhipelag de Nord Pământ doar 10-12 ei. Pe parcursul restului anului, aici domnesc înghețurile. Astfel, diferența de temperatură dintre apa gheață și aer este mai mare de 26 ° C în regiunile arctice și poate fi utilizată pentru a genera electricitate. Calculele oamenilor de știință arată că la o astfel de picătură, fiecare 1 m³ de apă de mare, fiind trecută timp de 1 secundă prin convertor, permite obținerea a aproximativ 10 kW de putere cu o eficiență de 5%.
stațiile arctice operează pe așa-numitul „triunghi“ ciclu: încălzirea și evaporarea fluidului de lucru expansiune, adiabatic printr-o turbină, o comprimare izotermă atunci când se aplică evaporatorul cu retragerea simultană a excesului de căldură într-un frigider. În circuitul de răcire al unei astfel de stații, este necesar să se utilizeze un saramură cu un punct de îngheț scăzut. Ca agent de răcire intermediar, se utilizează o soluție apoasă de clorură de calciu cu o concentrație de cel puțin 26 kg pe 100 kg de apă, care este utilizată pe scară largă în refrigerare. Răcirea intermediară este răcită prin pulverizare prin duzele de pulverizare ale răcitorului de irigare. Corpul de lucru din circuitul principal al stației este Freon-12, a cărui pereche conduce turbina cu un generator electric.
Stațiile osmotice din gurile râurilor
Aici puteți obține nu numai gaz (foto de Alexander Kutsky)
Instalațiile de centrale osmotice sunt cele mai relevante în gurile râurilor mari, iar în apropierea lor, de regulă, sunt orașe mari. Specialiștii în Statkraft consideră că aceste stații sunt cele mai promițătoare pentru țările din nord, cum ar fi Rusia, Canada și statele scandinave, în timp ce părțile cele mai sudice din Africa și America nu ar trebui să fie excluse.
Cu toate acestea, nu toți experții împărtășesc optimismul Engineers norvegian: „diferență de potențial energetic de salinitate este de 2 kJ / kg. Aproximativ aceeași ordine și diferența de potențial energetic între temperatura apei (capacitatea energetică a combustibilului de hidrocarburi aproximativ 40000 kJ / kg). Ambele cazuri necesită o cheltuială enormă de energie (apă). În cazul eliberării energiei termice cu volumul de apă nu este necesară, deoarece există un ocean de apă caldă, cu un substrat rece puternic. În cazul salinității, vor exista probleme cu transportatorul de energie, deoarece stațiile pot fi construite doar în gurile râurilor. În plus, apa proaspătă este o materie primă prețioasă pentru mijloacele de subzistență și este deja în cantități reduse. Absența virtuală a unei surse de energie pentru a crea un număr mare de centrale electrice puternice privează ideea de a folosi diferența de salinitatea apei permite perspective pentru a rezolva problema de bază a viitorului apropiat pentru a înlocui hidrocarburile“, - spune Stanislaw Poniatowski.
Prima stație de putere osmotică din lume (fotografie Statkraft)
Potențialul global al "energiei osmotice" este estimat de companie la aproximativ 1600-1700 TWh pe an, echivalentul a jumătate din energia electrică produsă în Uniunea Europeană.
Centralele electrice care utilizează resursele oceanice par a fi, la prima vedere, foarte ecologice. Dar, în spatele consumului de energie oceanică se află câteva momente periculoase.
Pe de o parte, activitatea stațiilor este însoțită de răcirea suprafeței oceanice, ceea ce este în mod clar o tendință pozitivă în contextul încălzirii globale. „Dacă luăm în considerare efectul de mișcare cantități mari de energie termică din stratul superior la o adâncime de aproximativ 600 m, se poate presupune că răcirea suprafeței oceanului la tropice, la 1-4 grade ar putea avea un impact pozitiv asupra climei și va ajuta la uragane de luptă, - a declarat Stanislav Ponyatovskii . - Cu descărcare concomitentă de energie termică în stratul inferior este dizolvat complet în mulți kilometri de bazin cu apă rece, fără consecințe ".
Consecințele ecologice negative ale funcționării stațiilor termice în conformitate cu schema, cu o creștere a apei constau în eliberarea gazelor dizolvate în atmosferă. Apa adâncă rece conține o cantitate impresionantă de dioxid de carbon, care este eliberată atunci când apa adâncă este ridicată la suprafață datorită scăderii presiunii și creșterii temperaturii.
Contaminarea mediului poate apărea, de asemenea, în cazul scurgerii fluidelor de lucru, adică amoniac, freon sau substanțe otrăvitoare necesare pentru spălarea schimbătoarelor de căldură - de exemplu clor.
Presupunând de la suprafață, temperatura apei cu adâncimea în creștere se modifică ușor la un anumit nivel. La o anumită adâncime, temperatura scade brusc - acesta este începutul așa-numitului strat de salt. Simultan cu saltul temperaturii, se observă un salt în densitatea apei de mare. Datorită gradientului cu densitate mare, stratul de salt are un rol deosebit de "sol lichid", jucând un rol excepțional în fizica și biologia oceanului. Fără costul energiei musculare, mulți locuitori ai oceanului pot rămâne în stratul de suspensie timp îndelungat într-o stare suspendată. Este important ca fluxurile puternice de apă ale OTES să nu distrugă stratul de salt. Probabil, în acest scop, este necesar să se transporte în continuare locuri de depozitare a apelor împlinite și un gard de apă caldă.
Cu toate acestea, timpul de energie al hidrocarburilor trece prin, iar viitorul pentru surse alternative, regenerabile și mai ecologice. Obiectele energetice din numeroasele variante de execuție sunt deja incorporate în viața unei zone uriașe de apă a oceanului.
Irina Rakhmeeva, EnergyLand.info
Ilustrație la începutul articolului: proiectul arhitectului danez Vincent Callebaut "Orașul în ocean" (Figura Philippe Steels / pixelab)
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: