Energia cieplna oceanu

Energia cieplna oceanu

Energia cieplna oceanu (Thermal Energy Conversion OTEC) to technologia mająca pozwolić odzyskiwać energię cieplną zgromadzoną w wodach oceanów, a dokładnie wykorzystać różnicę temperatur między chłodniejszymi wodami z głębin a cieplejszymi z wód powierzchniowych.

Służy do tego celu silnik cieplny, który zamienia energię termiczną (cieplną) w energię mechaniczną lub elektryczną (elektrownie maretermiczne lub oceanotermiczne).

Ziemia ma naturalny kolektor słoneczny czyli morza w strefie międzyzwrotnikowej. Dziennie 60 mln km2 tych mórz absorbuje z promieniowania słonecznego ilość energii równą tej zawartej w 250 miliardach baryłek ropy naftowej, czyli energię przynajmniej 4000 razy większą od aktualnie wykorzystywanej przez człowieka.

Energia cieplna oceanu jest technologią, która może wykorzystać energię słoneczną zmagazynowaną w oceanach. Ponieważ ocean jest nośnikiem zmagazynowanej energii, OTEC oferuje ciągłe zaopatrywanie w tę energię zarówno podczas jasnych, pogodnych dni, jak i w nocy, bez względu na pogodę. Technologia ta nie zawiera żadnych kosztów i komplikacji wynikających ze sztucznych systemów magazynowania energii.

Zasada działania OTEC

Na proces OTEC składa się pompowanie na powierzchnię zimnej wody oceanicznej i wykorzystanie różnicy temperatur pomiędzy nią a ciepłą wodą powierzchniową do napędzania silnika termicznego produkującego elektryczność.

OTEC może być umiejscowiony w strefie mórz międzyzwrotnikowych, wszędzie tam, gdzie głęboka i zimna woda zalega pod ciepłą wodą powierzchniową (wyjątkiem są zachodnie wybrzeża Ameryki Południowej, gdzie pracę OTEC uniemożliwia zjawisko sezonowego upwellingu).

Wody powierzchniowe w tych rejonach mają temperaturę +25 °C i wyższą. Woda oceaniczna na głębokości poniżej 1000 m jest zasilana chłodnymi prądami z regionów polarnych i ma zwykle temperaturę ok. +4 °C. Żeby możliwe było wykorzystanie technologii OTEC potrzebna jest różnica temperatur wód powierzchniowych i głębinowych równa przynajmniej 20 °C. Wykorzystanie tej różnicy polega na zastosowaniu czynnika roboczego, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości. Czynnikiem takim jest amoniak, freon lub propan.

Czynniki fizyczne, takie jak zasoby termalne i batymetria dna, mocno ograniczają liczbę pożądanych miejsc wzdłuż linii brzegowych kontynentów. Najkorzystniejsze więc tereny dla lądowych OTEC to lokalizacje wyspiarskie. Liczba potencjalnych miejsc może zostać zwiększona przez zastosowanie pływających OTEC, dla których nie istnieje surowy wymóg odpowiedniego profilu dna.

Rodzaje układów OTEC

Układ otwarty

W układzie otwartym, cieplejsza woda morska w pobliżu powierzchni, będąca czynnikiem roboczym, ulega odparowaniu w komorze próżniowej. Powstała para napędza turbinę niskiego ciśnienia sprzężoną z generatorem. Para wylotowa z turbiny skrapla się w kondensatorze wytwarzając odsoloną wodę. Kondensator chłodzony jest zimną wodą morską czerpaną z głębszych warstw. Do następnego cyklu używana jest nowa ilość wody morskiej. Zaletą tej technologii jest połączenie wytwarzania energii elektrycznej z odsalaniem wody morskiej.

Układ zamknięty

W zamkniętym cyklu OTEC czynnikiem roboczym jest ciecz o niskiej temperaturze wrzenia. Ciepła woda morska powoduje odparowanie czynnika roboczego, którego pary napędzają turbinę niskiego ciśnienia. Zimna woda morska powoduje skroplenie par w kondensatorze, po czym skropliny te są użyte do następnego cyklu przemiany.

Energia cieplna oceanu
Pixabay / @ StockSnap / CC0

Korzyści płynące z zastosowania technologi OTEC

OTEC jawi się jako dość korzystne źródło energii. Jego zasoby są odnawialne.

Nie produkuje zanieczyszczeń, a nawet wzbogaca ubogą odżywczo powierzchnię wody i dąży do pochłonięcia węgla. Azot, fosfor, krzem i inne składniki odżywcze pochodzące z głębin są mieszane przez fotosyntezę z atmosferycznym i rozpuszczonym w oceanie dwutlenkiem węgla, co wzmaga produkcję biomasy i redukuje obecność węgla w atmosferze.

Nie produkuje zanieczyszczeń, a nawet wzbogaca ubogą odżywczo powierzchnię wody i dąży do pochłonięcia węgla. Azot, fosfor, krzem i inne składniki odżywcze pochodzące z głębin są mieszane przez fotosyntezę z atmosferycznym i rozpuszczonym w oceanie dwutlenkiem węgla, co wzmaga produkcję biomasy i redukuje obecność węgla w atmosferze.

Ponadto OTEC wytwarza jako produkt uboczny znaczne ilości świeżej wody, chłodną wodę do klimatyzacji i hodowli hydroponicznych, a wraz z produkcją biomasy dostarcza surowców do produkcji przemysłowej.

Otwarty cykl OTEC może zapewnić odsalanie wody na dużą skalę.

Innym zastosowaniem układów OTEC może być dostarczanie energii niezbędnej do uzyskiwania licznych cennych pierwiastków i związków śladowych zawartych w wodach morskich. Obecnie odzyskiwanie tych substancji śladowych jest nieopłacalne z powodu konieczności użycia wielkich ilości energii.

Historia rozwoju technologi OTEC

Mimo że OTEC została wynaleziona już w 1881 roku, wciąż jest mało rozwiniętą technologią. Obecnie nie działa żadna większa elektrownia OTEC, chociaż badania są prowadzone przez USA, Japonię i Indie.

Od 2004 roku u zachodnich wybrzeży Indii znajdowała się pływająca elektrownia o mocy 1 MW, która zbierała informacje na temat wszystkich aspektów projektowania i działania OTEC. Pilotażowe elektrownie maretermiczne uruchomiono m.in. w Japonii (10 MW) i na Hawajach (40 MW).

Odnawialne źródła energii – dodatkowe informacje:
biogaz, biometan, biopaliwo, efektywność energetyczna, energetyka prosumencka, energetyka rozproszona, energia cieplna oceanu, energia geotermalna, energia prądów morskich pływów i falowania, energia słoneczna, energia wiatru, energia wodna, kryzys energetyczny, offshore, perowskit, prosument, REPowerEU, spółdzielnie energetyczne (wspólnoty energetyczne), system net-billingu, transformacja energetyczna, wodór, ubóstwo energetyczne, zielona energia, zrównoważona energetyka

Przewiń do góry