OTEC – co to jest i jakie są korzyści? Dowiedz się na czym polega ta nowoczesna technologia

Oceany pokrywają 71% powierzchni Ziemi i codziennie zużywają dużo energii słonecznej. Według Jacquesa Cousteau, do wytworzenia takiej ilości energii potrzeba 16 000 elektrowni jądrowych. Do wytwarzania energii elektrycznej z tych zasobów wykorzystuje się konwersję termiczną oceanów (OTEC) lub technologie hydrotermalne.

Jak działa OTEC?

Ocean składa się z trzech warstw: ciepłej wody powierzchniowej, zimnej wody głębinowej i warstwy przejściowej o temperaturze pomiędzy tymi dwiema warstwami. Różnica temperatur między ciepłą wodą powierzchniową a zimną wodą głębinową wynosi co najmniej 20 stopni Celsjusza (68 stopni Fahrenheita), co wystarcza, aby technologia OTEC działała efektywnie. Ta różnica temperatur napędza silnik cieplny zwany cyklem Rankine’a, który przekształca ciepło w energię mechaniczną, a następnie w energię elektryczną.

Dostępne są trzy różne typy systemów OTEC: pętla zamknięta, pętla otwarta i hybryda. W obiegu zamkniętym ciepła woda powierzchniowa jest pompowana rurami, w których odparowuje niskowrzący płyn roboczy, taki jak amoniak lub R–134a. Powstała para jest wirowana w generatorze turbiny w celu wytworzenia energii elektrycznej i kondensowana z powrotem do postaci ciekłej przez zimną wodę z odwiertu pompowaną przez inną rurę.

Skąd się wziął system OTEC – historia

OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) to technologia energii odnawialnej, która wykorzystuje różnicę temperatur między zimną i ciepłą wodą powierzchniową na głębokościach 700–1000 metrów do wytwarzania energii elektrycznej. Koncepcja tego systemu została po raz pierwszy zaproponowana w 1881 roku. W 1979 roku na Hawajach zainstalowano małą pilotażową instalację z systemem. Od tego czasu przeprowadzono wiele badań w celu poprawy wydajności elektrowni OTEC w obiegu zamkniętym.

W latach 60. opracowano urządzenie, w którym ciepło wody morskiej było przekazywane do substancji roboczej w parowniku. Podgrzany gaz pod ciśnieniem wprawia w ruch turbinę. Płyn roboczy jest lekko przegrzany na wylocie turbiny. Typowa sprawność odwracalnej adiabatycznej turbiny rozprężnej wynosi 90%. Z turbiny czynnik roboczy wpływa do skraplacza, gdzie oddaje ciepło do zimnej wody morskiej. W tym obwodzie pompa kondensatu kompresuje wytworzony kondensat. Jest to obieg zamknięty, oparty na obiegu Rankine’a, podobny do tradycyjnego obiegu parowego w elektrowniach, z tą różnicą, że czynnik roboczy jest w tym cyklu przegrzany tylko o kilka stopni.

Rodzaje systemów OTEC:

Istnieją trzy główne typy systemów OTEC:

• elektrownie OTEC pracujące w cyklu otwartym;
• elektrownie OTEC działają w cyklu zamkniętym;
• elektrownia hybrydowa OTEC.

Pierwsza to najprostsza i najtańsza implementacja. W otwartym cyklu instalacji OTEC wymiennik ciepła wykorzystuje ciepłą wodę powierzchniową do odparowania amoniaku, który jest następnie wykorzystywany do wirowania turbin i wytwarzania energii elektrycznej. Para ochładza się i kondensuje z powrotem, tworząc ciekły amoniak w kontakcie z zimną, głęboką wodą. Takie elektrownie mogą wytwarzać energię elektryczną w tropikalnych obszarach przybrzeżnych, gdzie różnica między temperaturą powierzchni a temperaturą głębokości oceanu wynosi co najmniej 20°C. Jednak ze względu na dużą ilość zużywanej przez nie wody, elektrownie o cyklu otwartym nadają się tylko do wykorzystania na morzu lub w pobliżu obfitych zasobów wody słodkiej. Mają też stosunkowo niską moc wyjściową.

Z drugiej strony elektrownie o obiegu zamkniętym nie zużywają dużo wody i mogą generować więcej energii elektrycznej w tej samej skali zakładu, ponieważ jako płyny robocze wykorzystują niskowrzące ciecze, takie jak amoniak lub czynnik chłodniczy R–134a. Ciepła woda powierzchniowa podgrzewa płyn roboczy w wymienniku ciepła, powodując jego odparowanie i rozprężenie w turbogeneratorze, woda głębinowa jest przepompowywana przez inny wymiennik ciepła, gdzie czynnik chłodniczy ulega kondensacji.

Zalety technologii OTEC

Urządzenia OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) to odnawialne i czyste źródło energii o bardzo pozytywnym wpływie na środowisko. Zalety systemów konwersji energii cieplnej oceanów obejmują stabilność działania, wykorzystanie wody, uzdatnianie i produkcję wody pitnej.