Системы конверсии тепловой энергии океана Мировой океан покрывают немногим более 70 процентов поверхности Земли. Это делает его крупнейшим в мире солнечным коллектором энергии и системой хранения энергии. В среднем за день океан поглощает такое количество солнечной радиации, равное энергии, получаемой из 250 миллиардов баррелей нефти. Поэтому научившись эффективно утилизировать даже малую часть, можно будет в значительной мере снизить зависимость от углеводородного топлива.

Система конверсии тепловой энергии океана (OTEC – Ocean Thermal Energy Conversion) предназначена для утилизации тепловой энергии океан, используя эффект разности температур воды на разных глубинах, т.е. температурный градиент океана. По оценкам специалистов потенциал этой энергии равен 1013 Вт.

Системы конверсии тепловой энергии океана - ресуры океана
Зоны с наиболее благоприятными условиями для строительства электростанций, использующих в своей работе температурный градиент. Цветами обозначена разница температур между водой на поверхности и на глубине 1 километр. Голубой – менее 18 градусов, жёлтый – 18-20, оранжевый – 20-22, красный – 22-24, тёмно-красный – более 24. Фиолетовым отмечены участки, где глубина не достигает километра (иллюстрация Lockheed Martin).

Получается, что под боком находится неиссякаемая энергия, а человечество ее почему-то еще полностью не освоило. Ответ стоит искать в техническом развитии. За счет несовершенства технологий, больше энергии тратилось на собственные нужды энергоустановки, чем вырабатывалась полезная энергия. Добавить к этому стоимость всего проекта, а также наличие сравнительно дешевого в XX веке углеводородного топлива, то становится ясно, почему направление по использованию энергии температурного градиента океана развивалось не так быстро.

А ведь сама идея получения электроэнергии за счет разности температур была озвучена еще в 1881 веке французским ученым Д’Арсонвалем. В 1930 году его ученик Жорж Клод воплотил идею в жизнь и построил на Кубе небольшую систему конверсии тепловой энергии океана (Ocean Thermal Energy Conversion — OTEC) с открытым циклом. Ученый выбрал бухту Матанца, в которой большие глубины с высоким перепадом температуры воды подходят к самому берегу. Схема установки с открытым циклом следующий: в испарителе с частичным вакуумированием испаряется теплая вода с поверхности моря. Полученный пар вращает лопасти турбин, которые соединены с генераторами. Отработанный пар попадает в конденсатор, для охлаждения которого подается вода с глубины. К сожалению, в работе установка мощностью всего 20 КВт была не эффективна, так как потребляла на собственные нужды 80 КВт энергии.

Схема OTEC закрытого типа
Схема OTEC закрытого типа (иллюстрация
wikipedia.org )

Позже, в 1935 году Клод построил еще энергоустановку такого же типа, но в этот раз на борту судна, пришвартованного у берегов Бразилии. Однако оба эти начинания были уничтожены погодными условиями и волнами, и Клод никогда не достиг своей цели добиться производства полезной мощности.

Однако апробация такой технологии все же произошла, показав реальную возможность получения энергии за счет температурного градиента воды. Другое дело, что эффективность существующих технологий на тот момент не позволяли добиться лучших показателей.

В дальнейшем еще предпринимались попытки учеными разных стран создать эффективную систему, однако многие идеи так и не были воплощены. Затраты оказывались выше, чем получение полезной работы, что дело экономически нецелесообразным строительство таких установок. Во многом это связано ценами на углеводородные топлива в то время.

Однако, стоит считать успешным попытку американскими учеными построить такую систему в на Гаваях. В течение трёх месяцев судно, заякоренное вблизи города Keahole Point на Гаваях, генерировала 50 КВт мощности. К сожалению, из них только 18 КВт можно было использовать, остальное тратилось на работу самой энергоустановки. Тем самым опыт эксплуатации такой энергоустановки показал принципиальную возможность получения электричества из океанской воды. Также в конструкции энергоустановки впервые был применен закрытый цикл.

В последнее время интерес к этой технологии проявили ВМФ США, объявив о строительстве вблизи Гаваев такой системы мощностью 10 МВт, в которой также будет реализован закрытый цикл.

В закрытом цикле используется вещество с низкой температурой кипения, которое помещено в замкнутый контур. Это может быть аммиак, пропан или нечто подобное из списка легкокипящих веществ. Превращаясь в пар в испарителе, где в качестве источника теплоты используется теплая вода, затем вращая лопасти турбин, пар конденсируется в теплообменнике, отдавая теплоту холодной воде с глубины.

Схема OTEC открытого типа
Схема OTEC открытого типа (иллюстрация
wikipedia.org )

Существует еще гибридный цикл, сочетающий в себе как замкнутый, так и открытый циклы, и содержит два контура. В первом контуре теплая вода попадает в емкость с частичным вакуумированием, где происходит ее испарение. Получившийся пар поступает в теплообменник, в который подается низкокипящее вещество из второго контура, тем самым заставляя последнего также испаряться. Затем уже этот пар подается в турбину, и после чего конденсируется в теплообменнике.

Собственно сама идея получения энергии за счет разности температур не новая и активно применяется на Земле. Холодильники, кондиционеры, тепловые насосы в своей работе основаны на перенос тепла от одного источника к другому с получением полезной работы. Все это тепловые машины, в которых реализован термодинамический цикл.

Общим для этих технологий является разность температур. Чем выше эта разность, тем эффективнее будет работать установка, и тем самым большим КПД она будет обладать. Однако не везде можно найти достаточно высокую разность температур как можно ближе к берегу. Ведь чем дальше от берега будет располагаться энергетическая установка, тем дороже будет проект, ведь необходимо будет тянуть кабели для передачи электроэнергии на берег.

Если подытожить вышесказанное, то причины неудач объясняется, скорее, большими технологическими потерями, связанными с конструктивными особенностями энергетических установок. Но, несмотря на это интерес к получению энергии за счет разности температур не ослабевает, о чем свидетельствует заявление о строительстве подобной энергоустановки вблизи Гаваев.

Дорош Игорь, RE

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

2006-2016 Дорош Игорь
admin@renewable.com.ua
Использование любых материалов, 
размещенных на сайте, разрешается
при указании прямой ссылки.