Powrót do badań nad wykorzystaniem energii cieplnej oceanów

Powrót do badań nad wykorzystaniem energii cieplnej oceanów

Inżynierowie z Lockheed Martin pracują nad technologią Konwersji Oceanicznej Energii Termalnej (OTEC), czystego, odnawialnego źródła energii, które może pomóc uniezależnić świat od ropy.

„Technologia ta może stać się największym źródłem energii odnawialnej na świecie.” – stwierdził Robert Cohen, który kierował federalnym programem energetyki termalnej w stanach Zjednoczonych w latach siedemdziesiątych.

Gorąca przy powierzchni woda ogrzewa płyn o niskim punkcie wrzenia (amoniak, czy mieszanina amoniaku i wody). Gdy ten nośnik energii paruje, powstały gaz wytwarza ciśnienie, które napędza turbinę generatora. Następnie gaz jest schładzany poprzez przepuszczenie go przez zimną wodę pompowaną z dna oceanu w rurach z włókna szklanego. Rury te mogą mieć długość tysiąca metrów, a średnicę nawet 27 metrów i pozwalają pompować do tysiąca ton wody na sekundę. Gdy gaz po schłodzeniu ulega skropleniu, może być wykorzystany ponownie, a woda wypuszczona z powrotem do oceanu. W ten sposób powstaje obieg termodynamiczny, z którego można wyprowadzić energię mechaniczną. „To tak jak w konwencjonalne elektrowni węglowej, w której spala się paliwo, by wytworzyć parę.” – stwierdził Cohen.

Idea wykorzystania do produkcji energii różnicy temperatur w oceanie nie jest nowa. Jako pierwszy sformułował ją w 1881 roku francuski fizyk, Jacques d'Arsonval, jednakże nikt nie zwrócił na nią uwagi. Aż do światowego kryzysu paliwowego w latach siedemdziesiątych. W 1979 roku wspierana przez rząd amerykański spółka, w skład której wchodził również Lockheed Martin zainstalowała u wybrzeży Hawajów część systemu OTEC o mocy 50 kilowatów. Dwa lata później, japońska grupa zbudowała pilotażową elektrownię nieopodal wyspy Nauru, która dysponowała już 120 kilowatami mocy.

Zachęcony pierwszymi sukcesami, amerykański Departament Energii rozpoczął przygotowania do budowy 40 megawatowej elektrowni testowej, również u wybrzeży Hawajów. Jednakże począwszy od roku 1981, finanse na technologie związane z oceaniczna energią termalną zaczęły się radykalnie kurczyć. Ostateczny, jak się wydawało, koniec przyszedł w roku 1995, kiedy cena baryłki ropy spadła poniżej 20 dolarów i alternatywne źródła energii przestały być po prostu interesujące.

Jednakże rosnące ceny paliw sprawiły, że zainteresowanie technologia wróciło. We wrześniu, Departament Energii przyznał Lockheed Martin pierwszy od przeszło dekady grant na projekt z zakresu oceanicznej energii termalnej, wart 600 tysięcy dolarów. Jego celem jest skonstruowanie nowej generacji rur doprowadzających zimna wodę.

Cohen przekonuje, że mogłyby powstać nawet 500 megawatowe elektrownie OTEC, działające na platformach i przesyłające energię za pośrednictwem podwodnych kabli.

Pierwszym celem Lockheed jest stworzenie i uruchomienie jednostki testowej. W tym celu, firma wspólnie z hawajskim Makai Ocean Engineering wybuduje elektrownię o mocy do 20 megawatów, najprawdopodobniej u wybrzeży Hawajów. Ma ona być gotowa i uruchomiona w przeciągu najbliższych czterech do sześciu miesięcy. Elektrownia, w skład której wejdzie również rura o długości tysiąca metrów i średnicy 4 metrów będzie zasilała wyspę za pośrednictwem podwodnego kabla.

Lockheed Może jednak zostać wyprzedzony przez OCEES International z Honolulu. Firma ta kończy właśnie projektować elektrownię termalną, która ma znaleźć się u wybrzeży wyspy Diego Garcia na Oceanie Indyjskim i zasilić tamtejszą bazę armii amerykańskiej.

Elektrownia będzie posiadać moc 8 MW, a przy tym zasili jeszcze proces odsalania blisko 5 milionów litrów wody morskiej dziennie. OCEES twierdzi, że kompleks ruszy najpóźniej do końca 2011 roku.

Obecnie baza na Diego Garcia jest zasilana w całości z generatorów napędzanych silnikami na ropę. „Jest to strategiczna instalacja wojskowa na środku Oceanu Indyjskiego.” – powiedział Harry Jackson z OCEES. „Oni nie chcą w kwestii zasilania polegać na innych.”

Oba zespoły wciąż mają do rozwiązania klika kwestii, jak choćby to jak połączyć pływające ruchome platformy z umocowanym na sztywno podwodnym kablem. Wymienniki ciepła będą musiały być tak zaprojektowane, by nie zarastać algami, skorupiakami, czy innymi podwodnymi organizmami, które mogłyby zapychać system.

Jeśli te pilotażowe projekty okażą się sukcesem, będą mogły zacząć powstawać większe, komercyjne elektrownie. Szczególnie na Hawajach, gdzie 77 procent energii elektrycznej pochodzi ze spalania ropy. „Jeśli powstaną elektrownie OTEC o mocy 100 megawatów i więcej, będzie to oznaczało na rynku energetycznym duże zmiany.” – powiedział Reb Bellinger z Makai Ocean Engineering.

Osiągnięcie tak dużej skali nie będzie jednak łatwe. „100 megawatowa elektrownia będzie zapewne wykorzystywać rury o długości tysiąca metrów i średnicy 10 metrów. To nie lada wyzwanie.” – stwierdził Bellinger. „Trzeba panować nad ogromną konstrukcją. Powstaje wiele naprężeń wynikających choćby z ruchu platformy na powierzchni; a jak to zakotwiczyć i połączyć ze sobą?” – dodał Bellinger.

Już mniejsze projekty stwarzały w przeszłości problemy. W 2003 roku hinduscy inżynierowie budowali jednomegawatową oceaniczną elektrownię termalną w Zatoce Bengalskiej, która miała być zasilana przez 800 metrową rurę z zimna wodą. Podczas próby opuszczenia rury pod wodę, zerwała się i opadła dno. Podczas drugiej próby przeprowadzonej rok później, historia się powtórzyła. Nie sądzę, abyśmy przy obecnym poziomie wiedzy byli w stanie przekroczyć poziom 10 megawatów.” – stwierdził Subramanian Kathiroli, kierujący India National Institute of Ocean Technology.

„Tak szybkie zwiększanie skali może być ryzykowne.” – stwierdził Cohen. „Sam chciałbym widzieć szybki postęp tej technologii, jednakże myślę, że musimy działać bardzo ostrożnie.”