OTEC: ookeani soojusenergia muundamine — põhimõte ja rakendused

OTEC: kuidas ookeani soojusenergia muundab mere soojuse elektriks ja magedaks veeks — põhimõte, tehnoloogia ja praktilised rakendused.

Ookeani soojusenergia muundamine (OTEC) on võimalus saada kasulikku energiat maailma ookeanidest. Päike soojendab ookeani pindmist vett ja troopilistes ja subtroopilistes piirkondades võib pinnavett olla üsna soe, sageli kuni ~30 °C. Samas on ookeanid väga sügavad ja umbes 1000 meetri sügavusel võib vee temperatuur olla umbes 5 °C.

Põhimõte

OTEC põhineb pideval temperatuurierinevusel sooja pinnavee ja külma süvavee vahel. Kui ookeani sügavusest toodud külm vesi jõuab pinnale ja see koht kokku puutub soojema vettetrassiga, tekib temperatuuri erinevus, mida saab kasutada soojusmootori töös—selleks kasutatakse spetsiaalseid seadmeid, mida nimetatakse OTEC-masinaks või ookeani soojusenergia muundamiseks. Sellise masina tööks peab läbi seadme liikuma suures koguses nii sooja kui ka külma vett, sest temperatuuriderivatvus on suhteliselt väike (tavaliselt mõnikümmend kraadi või vähem).

Temperatuurierinevus pinnavee ja süvavee vahel võib mõnes piirkonnas olla umbes 15 °C, kuid kommertslikus mõttes on soodsad tingimused siis, kui erinevus on suurem (nt ~20 °C või rohkem). Kuna erinevus on väike, on OTEC-süsteemid üldiselt suuremahulised: nad liiguvad suurt vett mahtusid, et toota võrreldes temperatuuriga suurema töö.

Tüübid

• Sulgtsükliga (closed-cycle): töös kasutatakse suletud ringi töövedelikku (nt ammoniaaki või muud madala keemispunktiga ainet), mida soojendab pinnavesi, see aurustub, ajab turbiini ja kondenseerub seejärel koos külma süvaveega.
• Ava-sükliga (open-cycle): pinnavesi ise aurustatakse madalrõhulises kambris (flash-aurustamine), saadud aur juhitakse turbiini või kasutatakse otseselt, seejärel aur kondenseeritakse külma süvveega, tulemuseks võib olla ka magedam (vähem soolane) vesi.
• Hübriidsüsteem: kombineerib sulgtsüklit ja ava-süklit, et suurendada efektiivsust ja võimalikke kõrvalsaadusi (nt magedam vesi).

Rakendused

OTEC ei taga ainult elektrit — selle kõrvaltooted ja võimalikud integreeritud rakendused on olulised:

• tootmine põhivõrgule sobivast pidevast elektrienergiast (baseload)
• Magedavee (desalination) tootmine ava- või hübriidsüsteemidega — kasulik ookeani keskel asuvatele saarte kogukondadele
• Jahutus ja kliimaseade — külm vesi sügavusest sobib otse suurte hoonete või kontseptsioonsete jahutussüsteemide tarbeks
• Kalakasvatus ja põllumajandus — külm või sopiv temperatuuriga vesi võib parandada kasvuhoonekeskkondi ja akvapoonikat
• tehnoloogilised rakendused nagu külmutus või tööstuslikud protsessid, kus on vaja suures koguses külma vett (külmutuseks)

Eelised ja piirangud

OTEC on atraktiivne mitmel põhjusel: see pakub püsivat ja ööpäevaringset taastuvat» energiat, vähendab sõltuvust imporditavast kütusest ning kõrvalsaadusena annab magedat vett ja külma vett. Hinnanguliselt võib OTEC anda 10 kuni 100 korda suurema energiakoguse kui teine ookeanienergia allikas, lainete energia, kui arvestada sobivate piirkondade pindala ja ressursi potentsiaali.

Kuid OTECiga kaasnevad ka märkimisväärsed väljakutsed:

• Suured investeeringukulud: külma vee torud, soojusvahetid ja muud mahukad rajatised on kallid.
• Madal termodünaamiline efektiivsus: väikese temperatuurierinevuse tõttu on masinate efektiivsus madal võrreldes tavaliste soojuselektrijaamadega.
• Tehnilised probleemid: korrosioon, kirbustamine (biofouling) ja hoiused soojusvahetites ning külmaveetorusüsteemides, samuti allveetoru ehituse keerukus ja hooldus.
• Keskkonnamõjud: süvavee tõstmisega võivad muutuda lokaalsed toitainete ja temperatuuri tingimused, mis võib mõjutada mereökosüsteeme; tuleb hoolikalt kavandada vee tagasivool ja kemikaalide kasutus.

Keskkonnaküsimused ja hooldus

OTEC-projektide kavandamisel tuleb hinnata:

• vee voolust ja tagasivoolu soojenemisest tulenevaid mõjusid
• sügavusest tõstetud vee rikastatus (toitained), mis võib soodustada või kahjustada kohalikke bioloogilisi protsesse
• tehnilisi riske, nagu torude rikked, lekkeid ja võimalikku mõju kaladele ning planktonile (imendumine süsteemi kaudu)

Regulaarne hooldus ja korrosioonivastased materjalid, samuti biofoulingu vastased meetodid on hädavajalikud süsteemide pikaealisuse tagamiseks.

Ajalugu ja näited

Esimene OTEC-masin ehitati Kuubal 1930. aastal ja see tootis umbes 22 kW elektrit — see oli tehnoloogia varajane katse. Suurim seni ehitatud seade (viidatud ajaloos) tootis 1999. aastal umbes 250 kW ja selle rajasid USA uurimisprogrammid. On tehtud plaane ja projekte arendada veelgi suuremaid, umbes 10 MW võimsusega ja suuremaid kommertsskaalal rajatisi; samuti uuritakse ujuv- ja rannalahendusi.

Tulevik

OTECil on potentsiaal kujuneda väärtuslikuks taastuva energia allikaks eelkõige troopilistes piirkondades, kus on sügav ookean lähestikku soojade pinnavete piirkondadega. Tehnoloogia areng (paremad soojusvahetid, vastupidavamad materjalid, madalamad ehituskulud ja paremad ärimudelid) võib muuta OTEC tööstuslikult ja majanduslikult konkurentsivõimelisemaks.

Kokkuvõtlikult: OTEC pakub huvitavat võimalust ookeanide soojusvarendust ära kasutada ning lisaks elektrile toob kaasa mageda vee ja külma vee kasutuse. Edu saavutamiseks tuleb tasakaalustada tehnilisi, majanduslikke ja keskkonnaalaseid aspekte ning arendada projekte, mis sobivad kohalikku ökoloogiasse ja tarbimisvajadustesse.

Küsimused ja vastused

K: Mis on ookeani soojusenergia muundamine (OTEC)?

K: Millest tuleneb temperatuuri erinevus ookeanis?

K: Kuidas kasutatakse temperatuuri erinevust energia tootmiseks?

K: Kas temperatuurierinevus sooja pinnavee ja külma süvavee vahel on märkimisväärne?

K: Milline on OTECi potentsiaal võrreldes teiste ookeani energiaallikatega?

K: Millised on OTECi muud eelised peale energiatootmise?

K: Millal ehitati esimene OTEC-masin ja kui palju elektrit see tootis?

Otsing