OTEC (Океанско термално преобразуване) — енергия от температурни разлики

OTEC (океанско термално преобразуване) — възобновяема енергия от температурни разлики в морето: електричество, питейна вода и студена вода за охлаждане и аквакултури.

Преобразуването на топлинната енергия на океана (OTEC) е метод за получаване на полезна енергия от световния океан. Слънцето загрява повърхностните води в тропиците и субтропиците и в горещите области температурата на морската повърхност често достига около 30 °C. В същото време много океани са дълбоки и водата на няколкостотин до около 1000 метра дълбочина има температура близка до 4–5 °C.

Когато се осигури помежду им разлика в температурата, например чрез извеждане на студена дълбока вода на повърхността чрез специални тръби, тази температурна разлика може да бъде използвана от топлинен двигател за производство на електроенергия. Разликата в температурата между топлата повърхностна вода и студената дълбока вода в тропиците обикновено е от порядъка на 10–25 °C; дори и при такива малки разлики може да се генерира енергия, ако през системата преминават големи количества вода. За това се използва устройството, наречено OTEC (i.e. Океанско термално преобразуване).

Поради сравнително малката термична разлика, термодинамичната (Carnot) ефективност е ниска — типично няколко процента (често под 7–8 %). Това означава, че за да се получи значима мощност е необходимо преминаване на големи обеми топла и студена вода. Именно такъв ресурс океанът предоставя в изобилие.

Изчисления показват, че потенциалът на OTEC може да бъде много голям — според оценки възможните количества използваема енергия са от 10 до 100 пъти по-големи от друг източник на океанска енергия — енергията на вълните. Първата експериментална OTEC инсталация е била построена в Куба през 1930 г. и е произвеждала 22 kW електроенергия. Най-голямата досега действаща инсталация е генерирала около 250 kW през 1999 г. в САЩ. Плануват се и проекти за по-големи мощности — от порядъка на десетки мегавата (≈10 MW).

Как работи OTEC

Основната идея е проста: топлинна енергия се пренася от топла повърхностна вода към работен флуид с ниска точка на кипене или директно към вакуумно изпаряване на морска вода. Получената пара задвижва турбина, която генерира електричество, след което парата се кондензира с помощта на студена дълбока вода и цикълът се повтаря.

Основни видове OTEC

• Затворен цикъл — топлината от морската повърхност се предава чрез топлообменник на работен флуид (най-често амоняк или други органични хладилни течности). Работният флуид се изпарява, задвижва турбина, след което се кондензира от студената дълбока вода.
• Отворен цикъл — при него самата морска вода се въвежда във вакуумна камера, където част от нея се изпарява (поради пониженото налягане). Получената пара задвижва турбина, а останалата кондензирана вода е безсолна — т.е. опростена форма на опресняване.
• Хибриден цикъл — комбинира елементи от двата подхода: например затворен цикъл с допълнително опресняване на част от водата (за подобряване на ефективността и получаване на прясна вода).

Приложения и предимства

• Непрекъснат (baseload) възобновяем източник — в подходящи тропични райони OTEC може да доставя стабилна енергия независимо от слънцето или вятъра.
• Охлаждане — студената дълбока вода може да се използва директно за климатизация на сгради и охлаждане на промишлени процеси.
• Аквакултури — студената богата на хранителни вещества дълбока вода подпомага отглеждането на риба и морски организми.
• Опресняване — отворените и хибридните системи могат да произвеждат големи количества безсолна вода, полезна за питейни нужди на отдалечени острови.
• Допълнителни продукти — хранителни вещества от дълбоката вода за отглеждане на морски растения, възможност за интеграция с морски ферми и други икономически дейности.

Проблеми и екологично въздействие

OTEC има перспективи, но и технически и екологични предизвикателства:

• Ниската термична ефективност налага големи тръбни инсталации и помпи — това увеличава първоначалните разходи и изисква устойчиви материали срещу корозия и биофилм.
• Проблеми със запушване и биофилм (biofouling) по системите за вкарване на дълбока вода.
• Промяна в локалната морска среда — внасянето на богата на хранителни вещества дълбока вода на повърхността може да предизвика промени в екосистемата, включително риск от вредни цъфтежи на водорасли, ако не се управлява правилно.
• Топлинни и химически «плями» — отклоняване на студена вода и връщането ѝ в друга форма може да промени температурните и химични профили в зоната около инсталацията.

Технологични и икономически фактори

Основните технически елементи са дълбоководна тръба (cold water pipe), топлообменници, турбина и помпи. За да бъдат икономически жизнеспособни, проекти често трябва да оптимизират материали (антикорозионни сплави, композити), да намалят загубите и да интегрират допълнителни продукти (вода, охлаждане, аквакултури) за повишаване на приходите. Местоположението е критично: OTEC е най-подходящ в тропическите морета с постоянна голяма ΔT и близък континентален наклон или острови, където водата на необходимата дълбочина е лесно достъпна.

История и перспективи

Идеята и първите експерименти с OTEC датират от началото на XX век; първата работеща машина е била в Куба през 1930 г. С развитието на хладилните технологии и материалознанието през XX и XXI век се появиха повече демонстрационни проекти — включително инсталация в САЩ, която през 1999 г. е произвеждала около 250 kW. В наши дни интересът към OTEC се възражда заради нуждата от чиста енергия и опресняване на вода за отдалечени островни общности. Планират се проекти с мощност от няколко мегавата до десетки мегавата, както и изследвания за комбиниране на OTEC с други възобновяеми технологии и системи за съхранение на енергия.

Заключение

OTEC представлява интересна и уникална възможност за производство на възобновяема енергия и допълнителни услуги (охлаждане, опресняване, аквакултури) в тропичните и субтропичните региони. Технологията е добре подходяща за острови и крайбрежни общности с лесен достъп до дълбока студена вода. Основните предизвикателства са свързани с икономическата ефективност, корозията, биофилма и екологичния контрол, но напредъкът в материали и инженерни решения постепенно прави OTEC по-реалистичен за широки приложения.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява преобразуването на топлинната енергия на океана (OTEC)?

В: Какво причинява температурната разлика в океана?

В: Как се използва температурната разлика за генериране на енергия?

В: Значителна ли е температурната разлика между топлата повърхностна вода и студената дълбока вода?

В: Какъв е потенциалът на OTEC в сравнение с други източници на океанска енергия?

В: Какви са другите предимства на OTEC освен производството на енергия?

Въпрос: Кога е построена първата машина за OTEC и колко електроенергия е произвела?

Търсене по буква