15:00
Преобразование тепловой энергии океана имеет привлекательное предложение. В тропических океанах поверхностная вода может иметь температуру около 25°C, тогда как вода на глубине примерно в километр имеет температуру от 4°C до 5°C. Поместите тепловую машину между двумя резервуарами, используйте теплую воду для испарения рабочей жидкости, пропустите ее через турбину, конденсируйте ее холодной глубокой водой и повторите. Топливо бесплатное, разница температур доступна круглосуточно, и все это не требует умозрительной физики. OTEC производит чистую электроэнергию, в том числе на Гавайях, и инженеры десятилетиями совершенствуют эту концепцию.
Объем задействованной воды огромен, поскольку разница температур невелика. Тепловой двигатель, работающий при температуре морской воды от 25°C до 5°C, имеет теоретический потолок эффективности всего около 6,7%, а практические циклы OTEC достигают низких однозначных чисел, если учитывать реальные теплообменники, турбины, насосы и внутренние нагрузки. Низкая эффективность не является автоматически фатальной, если само тепло бесплатное, но это означает, что каждый полезный МВт-ч требует переработки очень большого количества тепловой энергии. Физическое последствие не является абстрактным снижением эффективности. Это проблема гражданского строительства.
Полный анализ стратегического брифинга TFIE рассматривает знаменатель, который сторонники OTEC обычно упускают из виду: сколько морской воды, труб, площади теплообменника и морской инфраструктуры требуется на каждый полезный мегаватт.
Подробный эталонный проект мощностью 100 МВт делает масштаб осязаемым. Ежесекундно требуется около 235 кубических метров глубокой холодной воды и еще 470 кубических метров теплой поверхностной воды для совокупного расхода 705 м³/с. Это 705 000 литров в секунду, что эквивалентно бассейну олимпийского размера примерно каждые 3,5 секунды. За день завод перемещает эквивалент более 24 000 таких бассейнов.Вода возвращается в океан, но каждый литр по-прежнему должен поступать через водозаборник, проходить через трубы и теплообменники, не создавая чрезмерных потерь давления, а затем снова сбрасываться.
Труба с холодной водой превращает этот расход в нечто более простое для визуализации. По оценкам инженеров, водозабор класса 100 МВт имеет диаметр около 10 метров и длину около километра. Глубина не означает перекачку воды вертикально на километр против полного гидростатического напора, поскольку давление внутри и снаружи трубы в значительной степени уравновешивается. Проблема заключается в трении, экранах, изгибах, теплообменниках и любых других потерях давления на пути потока, переносящего сотни тонн морской воды каждую секунду. Даже скромные потери давления становятся серьезными паразитными нагрузками в таком масштабе, поэтому трубы вообще должны быть такими большими.
Перенос завода в море не снимает инженерную нагрузку; оно меняет свою форму. Плавучая система OTEC может сократить горизонтальный пробег до глубокой воды, но тогда водозабор километрового размера висит под платформой, подверженной течениям, штормам, усталостным, коррозионным и стационарным нагрузкам. Само по себе оборудование является значительным, поскольку несколько гигаватт тепловой энергии должны пройти через теплообменники, чтобы произвести около 100 МВт полезной электроэнергии. Морская инженерия может строить сооружения такого масштаба. Вопрос в том, сможет ли он делать это дешево и достаточно многократно, чтобы конкурировать с энергетическими системами, которые производятся в больших количествах и устанавливаются постепенно.
Еще одним полезным знаменателем является показатель развертывания. OTEC производила чистую электроэнергию на Гавайях в 1979 году, а позже системы на Гавайях, в Японии и других местах продемонстрировали больше компонентов и рабочих конфигураций. Гавайский завод Макая даже отправилэлектричество в энергосистему США. Однако ожидаемого коммерческого прогресса так и не последовало: более крупные заводы привели к повторным заказам, стандартизированному оборудованию, многочисленным поставщикам и растущему объему эксплуатационных данных. Солнечная, ветровая и аккумуляторная энергия стали ежегодно использоваться в сотнях гигаватт. Коммерческий OTEC для коммунальных предприятий по-прежнему отсутствует.
Это не означает, что OTEC не имеет реального применения. Самым сильным примером, вероятно, будет крутой тропический остров, где очень глубокая вода лежит близко к берегу, электричество дорогое, площадь суши ограничена, а холодная морская вода может обеспечить дополнительную ценность для систем охлаждения или водоснабжения. Но эти местоположения также вынуждают OTEC конкурировать со всем, что доступно на местном уровне: солнечная энергия, батареи, гибкий спрос, ветер, прямое охлаждение морской водой, геотермальная энергия, где это позволяет геология, и традиционное опреснение. Большой теоретический ресурс океана — это не то же самое, что большой экономически доступный ресурс. Например, в моей дорожной карте по созданию декарбонизированной внутренней энергетической системы на Гавайях OTEC не является частью набора решений, но охлаждение городских центров в океане, безусловно, таковым является.
OTEC не нуждается в еще одной демонстрации того, что теплый океан и холодный океан могут запускать тепловой двигатель. Ей нужна установка мощностью в несколько мегаватт в одном из лучших возможных мест, которая будет показывать чистую мощность после перекачивающих нагрузок, полную стоимость установки, техническое обслуживание и доступность, а затем приведет к еще одному коммерческому заказу без героического индивидуального проектирования. Пока этого не произойдет, самое полезное число — это не то, сколько тепла содержится в тропических океанах. Это то, сколько морской инфраструктуры необходимо построить на каждый поставленный мегаватт.
Для более глубокого анализа инфраструктуры, нишевого рынка и конкурирующих технологий прочитайте полный брифинг по стратегии TFIE.оценка.
