Ozeanthermalenergiekonvertierung (OTEC) verwendet den Temperaturunterschied zwischen kühlerem tiefem und wärmerem seichtem oder Oberflächenozeanwasser, um einen Hitzemotor zu führen und nützliche Arbeit gewöhnlich in der Form der Elektrizität zu erzeugen.

Ein Hitzemotor gibt größere Leistungsfähigkeit und Macht, wenn geführt, mit einem großen Temperaturunterschied. In den Ozeanen ist der Temperaturunterschied zwischen tiefem und Oberflächenwasser in den Wendekreisen, obwohl noch bescheidene 20 bis 25 °C am größten. Es ist deshalb in den Wendekreisen, dass OTEC die größten Möglichkeiten anbietet.

OTEC hat das Potenzial, um globale Beträge der Energie anzubieten, die 10 bis 100mal größer sind als andere Ozeanenergieoptionen wie Welle-Macht. OTEC Werke können unaufhörlich Versorgung einer Grundlast-Versorgung für ein Generationssystem der elektrischen Leistung operieren.

Die technische Hauptherausforderung von OTEC ist, bedeutende Beträge der Macht effizient von kleinen Temperaturunterschieden zu erzeugen. Es wird noch als eine erscheinende Technologie betrachtet. Frühe OTEC Systeme waren Thermalleistungsfähigkeit von 1 bis 3 %, ganz unter dem theoretischen Maximum für diesen Temperaturunterschied zwischen 6 und 7 %. Wie man erwartet, sind aktuelle Designs am Maximum näher. Das erste betriebliche System wurde in Kuba 1930 gebaut und hat 22 Kilowatt erzeugt. Moderne Designs erlauben Leistung, die sich der theoretischen maximalen Leistungsfähigkeit von Carnot nähert, und das größte gebaut 1999 durch die USA hat 250 Kilowatt erzeugt.

Der meistens verwendete Hitzezyklus für OTEC ist der Zyklus von Rankine mit einer Unterdruckturbine. Systeme können entweder geschlossener Zyklus oder offener Zyklus sein. Arbeitsflüssigkeiten des Gebrauches von Motoren des geschlossenen Zyklus, von denen normalerweise als Kühlmittel wie Ammoniak oder R-134a gedacht wird. Motoren des offenen Zyklus verwenden Dampf vom Meerwasser selbst als die Arbeitsflüssigkeit.

OTEC kann auch Mengen von kaltem Wasser als ein Nebenprodukt liefern. Das kann für die Klimatisierung und Kühlung verwendet werden, und das fruchtbare tiefe Ozeanwasser kann biologische Technologien füttern. Ein anderes Nebenprodukt ist vom Meer destilliertes Süßwasser.

Geschichte

Versuche, OTEC Technologie sich zu entwickeln und zu raffinieren, haben in den 1880er Jahren angefangen. 1881 hat Jacques Arsene d'Arsonval, ein französischer Physiker, vorgehabt, die Thermalenergie des Ozeans zu klopfen. Der Student von D'Arsonval, Georges Claude, hat das erste OTEC Werk, in Matanzas, Kuba 1930 gebaut. Das System hat 22 Kilowatt der Elektrizität mit einer Unterdruckturbine erzeugt.

1931 hat Nikola Tesla "Unsere Zukünftige Motiv-Macht" veröffentlicht, die solch ein System beschrieben hat. Tesla hat schließlich beschlossen, dass die Skala der Technik verlangt hat, hat es unpraktisch für die in großem Umfang Entwicklung gemacht.

1935 hat Claude ein Werk an Bord eines von der Küste Brasiliens vertäuten 10,000-Tonne-Ladungsbehälters gebaut. Wetter und Wellen haben es zerstört, bevor es Nettomacht erzeugen konnte. (Netz-Macht ist der Betrag der erzeugten Macht, nachdem Abstriche machende Macht das System führen musste.)

1956 haben französische Wissenschaftler ein 3 MW Werk für Abidjan, die Elfenbeinküste entworfen. Das Werk wurde nie vollendet, weil neu großer Beträge von preiswertem Öl findet, hat es unwirtschaftlich gemacht.

1962, J. Hilbert Anderson und James H. Anderson der Jüngere. konzentriert zunehmende Teilleistungsfähigkeit. Sie haben ihren neuen "geschlossenen Zyklus" Design 1967 patentiert.

Japan ist ein Hauptmitwirkender zur Entwicklung der Technologie. Der Anfang 1970 von Tokyo Electric Power Company hat erfolgreich gebaut und hat einen 100-Kilowatt-geschlossenen Zyklus OTEC Werk auf der Insel Naurus eingesetzt. Das Werk ist betrieblich am 1981-10-14 geworden, ungefähr 120 Kilowatt der Elektrizität erzeugend; 90 Kilowatt wurden verwendet, um das Werk anzutreiben, und die restliche Elektrizität wurde verwendet, um eine Schule und andere Plätze anzutreiben. Das hat einen Weltrekord für die Macht-Produktion von einem OTEC System gebrochen, wohin die Macht an einen Wirkleistungsbratrost gesandt wurde. Zurzeit ist das Institut für die Ozeanenergie, Saga-Universität, der Führer und konzentriert sich auf den Macht-Zyklus und viele der sekundären Vorteile.

Die Vereinigten Staaten sind beteiligt 1974 geworden, das Natürliche Energielaboratorium der Autorität von Hawaiiinseln am Keahole-Punkt auf der Küste von Kona der Hawaiiinseln gründend. Die Hawaiiinseln sind die besten Vereinigten Staaten. OTEC Position, wegen seines warmen Oberflächenwassers, Zugangs zu sehr tiefem, sehr kaltem Wasser und Hawaiiinseln hohen Elektrizitätskosten. Das Laboratorium ist eine Haupttestmöglichkeit für die OTEC Technologie geworden.

Indien hat einen MW gebaut, der OTEC Piloten Werk in der Nähe von tamilischem Nadu schwimmen lässt, und seine Regierung setzt fort, Forschung zu sponsern.

Zyklus-Typen

Kaltes Meerwasser ist ein integraler Bestandteil von jedem der drei Typen von OTEC Systemen: geschlossener Zyklus, offener Zyklus und Hybride. Um zu funktionieren, muss das kalte Meerwasser zur Oberfläche gebracht werden. Die primären Annäherungen sind das aktive Pumpen und Entsalzen. Das Entsalzen des Meerwassers in der Nähe vom Meeresboden senkt seine Dichte, die es veranlasst, sich zur Oberfläche zu erheben.

Die Alternative zu kostspieligen Pfeifen, um sich verdichtendes kaltes Wasser zur Oberfläche zu bringen, soll verdunstete niedrige Siedepunkt-Flüssigkeit in die Tiefen pumpen, die zu kondensieren sind, so pumpende Volumina reduzierend und technische und Umweltprobleme reduzierend und Kosten senkend.

Geschlossen

Systeme des geschlossenen Zyklus verwenden Flüssigkeit mit einem niedrigen Siedepunkt wie Ammoniak, um eine Turbine anzutreiben, um Elektrizität zu erzeugen. Warmes Oberflächenmeerwasser wird durch einen Hitzeex-Wechsler gepumpt, um die Flüssigkeit zu verdunsten. Der dehnbare Dampf dreht den Turbogenerator. Kaltes Wasser, das durch einen zweiten Hitzeex-Wechsler gepumpt ist, kondensiert den Dampf in eine Flüssigkeit, die dann durch das System wiederverwandt wird.

1979 haben das Natürliche Energielaboratorium und mehrere Partner des privaten Sektors den "Mini-OTEC" Experiment entwickelt, das das erste erfolgreiche auf See Produktion der elektrischen Nettoleistung vom geschlossenen Zyklus OTEC erreicht hat. Der OTEC Minibehälter wurde von der hawaiischen Küste vertäut und hat genug Nettoelektrizität erzeugt, um die Glühbirnen des Schiffs zu illuminieren und seine Computer und Fernsehen zu führen.

Offen

Offener Zyklus OTEC verwendet warmes Oberflächenwasser direkt, um Elektrizität zu machen. Das Stellen warmen Meerwassers in einem Unterdruckbehälter veranlasst es zu kochen. Der dehnbare Dampf steuert eine einem elektrischen Generator beigefügte Unterdruckturbine. Der Dampf, der sein Salz und andere Verseuchungsstoffe im Unterdruckbehälter verlassen hat, ist reines Süßwasser. Es wird in eine Flüssigkeit durch die Aussetzung von kalten Temperaturen von Tief-Ozeanwasser kondensiert. Diese Methode erzeugt entsalztes Süßwasser, das für Trinkwasser oder Bewässerung passend ist.

1984 hat das Sonnenenergieforschungsinstitut (jetzt das Nationale Erneuerbare Energielaboratorium) einen Evaporator der vertikalen Tülle entwickelt, um warmes Meerwasser in den Unterdruckdampf für Werke des offenen Zyklus umzuwandeln. Umwandlungswirksamkeit war nicht weniger als 97 % für die Konvertierung des Meerwassers zum Dampf (die gesamte Leistungsfähigkeit mit einem Evaporator der vertikalen Tülle würde noch nur einiges Prozent sein). Im Mai 1993 hat ein offener Zyklus OTEC Werk am Keahole-Punkt, die Hawaiiinseln, 50,000 Watt der Elektrizität während eines Macht erzeugenden Nettoexperimentes erzeugt. Das hat die Aufzeichnung von 40 Kilowatt gebrochen, die durch ein japanisches System 1982 gesetzt sind.

Hybride

Ein hybrider Zyklus verbindet die Eigenschaften des geschlossenen - und Systeme des offenen Zyklus. In einer Hybride geht warmes Meerwasser in einen Vakuumraum ein und wird Blitz-verdampft, zum Eindampfungsprozess des offenen Zyklus ähnlich. Der Dampf verdunstet das Ammoniak Arbeitsflüssigkeit einer Schleife des geschlossenen Zyklus auf der anderen Seite eines Ammoniak-Zerstäubers. Die verdunstete Flüssigkeit steuert dann eine Turbine, Elektrizität zu erzeugen. Der Dampf verdichtet sich innerhalb des Hitzeex-Wechslers und stellt entsalztes Wasser zur Verfügung. (sieh Wärmerohr)

Arbeitsflüssigkeiten

Eine populäre Wahl von Arbeitsflüssigkeit ist Ammoniak, das höhere Transporteigenschaften, leichte Verfügbarkeit und niedrige Kosten hat. Ammoniak ist jedoch toxisch und feuergefährlich. Kohlenstoff von Fluorinated wie CFCs und HCFCs ist nicht toxisch oder feuergefährlich, aber sie tragen zu Ozon-Schicht-Erschöpfung bei. Kohlenwasserstoffe sind auch gute Kandidaten, aber sie sind hoch feuergefährlich; außerdem würde das Konkurrenz für den Gebrauch von ihnen direkt als Brennstoffe schaffen. Die Kraftwerk-Größe ist auf den Dampf-Druck der Arbeitsflüssigkeit abhängig. Mit dem zunehmenden Dampf-Druck nimmt die Größe der Turbine und Hitzeex-Wechsler ab, während die Wanddicke der Pfeife und Hitzeex-Wechsler zunimmt, um Hochdruck besonders auf der Evaporator-Seite zu erleiden.

Land, Bord und Schwimmseiten

OTEC hat das Potenzial, um gigawatts der elektrischen Leistung, und in Verbindung mit der Elektrolyse zu erzeugen, konnte genug Wasserstoff erzeugen, um den ganzen geplanten globalen Verbrauch des fossilen Brennstoffs völlig zu ersetzen. Das Reduzieren von Kosten bleibt eine ungelöste Herausforderung jedoch. OTEC Werke verlangen eine lange, große Diameter-Aufnahme-Pfeife, die ein Kilometer oder mehr in die Tiefen des Ozeans untergetaucht wird, um kaltes Wasser zur Oberfläche zu bringen.

Landgestützt

Landgestützt und Möglichkeiten der nahen Küste bieten drei Hauptvorteile gegenüber denjenigen an, die in tiefem Wasser gelegen sind. Werke, die auf oder in der Nähe vom Land gebaut sind, verlangen das hoch entwickelte Festmachen, die langen Stromkabel oder die umfassendere mit Offen-Ozeanumgebungen vereinigte Wartung nicht. Sie können in geschützten Gebieten installiert werden, so dass sie vor Stürmen und schweren Meeren relativ sicher sind. Elektrizität, entsalztes Wasser und kaltes, nährreiches Meerwasser konnten von Möglichkeiten der nahen Küste über Bock-Brücken oder Dämme übersandt werden. Außerdem, landgestützt oder Seiten der nahen Küste erlauben Werken, mit zusammenhängenden Industrien wie mariculture oder diejenigen zu funktionieren, die entsalztes Wasser verlangen.

Begünstigte Positionen schließen ein diejenigen mit schmalen Borden (vulkanische Inseln), steil (15-20 Grade) neigen sich von der Küste, und relativ glatte Seestöcke. Diese Seiten minimieren die Länge der Aufnahme-Pfeife. Ein landgestütztes Werk konnte gut landeinwärts von der Küste gebaut werden, mehr Schutz vor Stürmen, oder am Strand anbietend, wo die Pfeifen kürzer sein würden. In jedem Fall hilft der leichte Zugang für den Aufbau und die Operation, Kosten zu senken.

Landgestützt oder Seiten der nahen Küste kann auch mariculture unterstützen. Zisternen oder Lagunen haben auf Küste gebaut erlauben Arbeitern, Miniaturseeumgebungen zu kontrollieren und zu kontrollieren. Produkte von Mariculture können geliefert werden, um über den Standardtransport einzukaufen.

Ein Nachteil von landgestützten Möglichkeiten entsteht aus dem unruhigen Wellenschlag in der Brandungszone. Wenn die Wasserversorgung des OTEC Werks und Entladungspfeifen in Schutzgräben nicht begraben werden, werden sie äußerster Betonung während Stürme und verlängerte Perioden von schweren Meeren unterworfen sein. Außerdem muss die Mischentladung des kalten und warmen Meerwassers eventuell mehrere hundert Meter von der Küste getragen werden, um die richtige Tiefe zu erreichen, bevor es veröffentlicht wird. Diese Einordnung verlangt zusätzlichen Aufwand im Aufbau und der Wartung.

OTEC Systeme können einige der Probleme und Ausgaben des Funktionierens in einer Brandungszone vermeiden, wenn sie gerade von der Küste in Wasser im Intervall von 10 bis 30 Metern tiefen (Ocean Thermal Corporation 1984) gebaut werden. Dieser Typ des Werks würde kürzer (und deshalb weniger kostspielig) Aufnahme und Entladungspfeifen verwenden, die die Gefahren der unruhigen Brandung vermeiden würden. Das Werk selbst würde jedoch Schutz vor der Seeumgebung, wie Wellenbrecher und gegen die Erosion widerstandsfähige Fundamente verlangen, und die Pflanzenproduktion würde der Küste übersandt werden müssen.

Basiertes Bord

Um die unruhige Brandungszone zu vermeiden sowie der Kalt-Wasserquelle näher zu rücken, können OTEC Werke zum Festlandsockel an Tiefen bis dazu bestiegen werden. Ein Bord-bestiegenes Werk konnte zur Seite abgeschleppt und am Seeboden angebracht werden. Dieser Typ des Aufbaus wird bereits für Auslandsbohrtürme verwendet. Die Kompliziertheiten, ein OTEC Werk in tieferem Wasser zu bedienen, können sie teurer machen als landgestützte Annäherungen. Probleme schließen die Betonung von Offen-Ozeanbedingungen und schwierigerer Produktübergabe ein. Das Wenden starker Ozeanströme und großer Wellen fügt Technik- und Bauaufwand hinzu. Plattformen verlangen, dass umfassender pilings eine stabile Basis aufrechterhält. Macht-Übergabe kann lange verlangen, dass Unterwasserkabel Land erreichen. Aus diesen Gründen sind Bord-bestiegene Werke weniger attraktiv.

Das Schwimmen

Das Schwimmen OTEC Möglichkeiten funktioniert von der Küste. Obwohl potenziell optimal, für große Systeme, Möglichkeiten schwimmen lassend, präsentieren mehrere Schwierigkeiten. Die Schwierigkeit, Werke in sehr tiefem Wasser zu vertäuen, kompliziert Macht-Übergabe. Schwimmplattformen beigefügte Kabel sind gegen den Schaden besonders während Stürme empfindlicher. Kabel an Tiefen, die größer sind als 1000 Meter, sind schwierig, aufrechtzuerhalten und zu reparieren. Steiger-Kabel, die das Seebett und das Werk verbinden, müssen gebaut werden, um Verwicklung zu widerstehen.

Als mit Bord-bestiegenen Werken, Werke schwimmen lassend, brauchen eine stabile Basis für die dauernde Operation. Hauptstürme und schwere Meere können die vertikal aufgehobene kalte Huka brechen und warme Wasseraufnahme ebenso unterbrechen. Um zu helfen, diese Probleme zu verhindern, können Pfeifen aus flexiblem Polyäthylen gemacht werden, das dem Boden der Plattform und gimballed mit Gelenken oder Kragen beigefügt ist. Pfeifen müssen eventuell vom Werk ausgeschaltet werden, um Sturmschaden zu verhindern. Als eine Alternative zu einer warmen Huka kann Oberflächenwasser direkt in die Plattform gezogen werden; jedoch ist es notwendig, den Aufnahme-Fluss davon abzuhalten, beschädigt oder während gewaltsamer durch schwere Meere verursachter Bewegungen unterbrochen zu werden.

Das Anschließen eines Schwimmwerks, um Lieferkabel anzutreiben, verlangt, dass das Werk relativ stationär bleibt. Das Festmachen ist eine annehmbare Methode, aber aktuelle sich festmachende Technologie wird auf Tiefen ungefähr beschränkt. Sogar an seichteren Tiefen können die Kosten des Festmachens untersagend sein.

Einige vorgeschlagene Projekte

OTEC Projekte unter der Rücksicht schließen ein kleines Werk für die amerikanische Marinebasis auf der britischen überseeischen Territorium-Insel von Diego Garcia im Indischen Ozean ein. OCEES International, Inc. arbeitet mit der amerikanischen Marine an einem Design für ein vorgeschlagenes 13-MW OTEC Werk, um die aktuellen Dieselgeneratoren zu ersetzen. Das OTEC Werk würde auch 1.25 Millionen Gallonen pro Tag trinkbaren Wassers zur Verfügung stellen. Eine private amerikanische Gesellschaft hat vorgehabt, ein 10-MW OTEC Werk auf Guam zu bauen.

Die Hawaiiinseln

Die alternative Energieentwicklungsmannschaft von Lockheed Martin hat mit der Makai Ozeantechnik vereinigt

die Konstruktionsphase eines 10-MW geschlossenen Zyklus OTEC Pilot System zu vollenden, das betrieblich in den Hawaiiinseln im 2012-2013 Zeitrahmen werden wird. Dieses System wird entworfen, um sich zu 100-MW kommerziellen Systemen in der nahen Zukunft auszubreiten. Im November 2010 hat der amerikanische Marinemöglichkeitstechnikbefehl (NAVFAC) Lockheed Martin eine Vertragsmodifizierung von US$ 4.4 Millionen zuerkannt, um kritische Systembestandteile und Designs für das Werk zu entwickeln, bis 2009 $ 8.1 Millionen Vertrag und zwei Energieministerium-Bewilligungen hinzufügend, die sich auf $ 1 Million 2008 und März 2010 belaufen.

Zusammenhängende Tätigkeiten

OTEC hat Nutzen außer der Energieerzeugung.

Klimatisierung

Das kalte durch ein OTEC System bereitgestellte Meerwasser schafft eine Gelegenheit, große Beträge des Abkühlens zu Operationen in der Nähe vom Werk zur Verfügung zu stellen. Das Wasser kann in Abgekühlt-Wasserrollen verwendet werden, um Klimaanlage für Gebäude zur Verfügung zu stellen. Es wird geschätzt, dass eine Pfeife im Durchmesser 4,700 Gallonen pro Minute Wasser liefern kann. Wasser daran konnte mehr zur Verfügung stellen als genug Klimaanlage für ein großes Gebäude. 8,000 Stunden pro Jahr anstatt des elektrischen Bedingens bedienend, das für 5-10 ¢ pro mit dem Kilowatt stündigen verkauft, würde es $ 200,000-400,000 in Energierechnungen jährlich sparen.

Das InterContinental Resort und der Thalasso-Kurort auf der Insel Bora Bora verwenden ein OTEC System, um seine Gebäude zu klimatisieren. Das System passiert Meerwasser durch einen Hitzeex-Wechsler, wo es Süßwasser-in einem System des geschlossenen Regelkreises kühl wird. Das Süßwasser-wird dann zu Gebäuden gepumpt und kühlt direkt die Luft ab.

Landwirtschaft des abgekühlten Bodens

OTEC Technologie unterstützt Landwirtschaft des abgekühlten Bodens. Wenn kaltes Meerwasser durch unterirdische Pfeifen fließt, kühlt es den Umgebungsboden ab. Der Temperaturunterschied zwischen Wurzeln im kühlen Boden und Blättern in der warmen Luft erlaubt Werke, die sich in gemäßigten in den Subtropen anzubauenden Klimas entwickelt haben. Dr John P. Craven, Dr Jack Davidson und Richard Bailey haben diesen Prozess patentiert und haben es an einer Forschungsmöglichkeit am Natürlichen Energielaboratorium der Autorität von Hawaiiinseln (NELHA) demonstriert. Die Forschungsmöglichkeit hat demonstriert, dass mehr als 100 verschiedene Getreide verwendend dieses Systems angebaut werden können. Viele konnten normalerweise in den Hawaiiinseln oder am Keahole-Punkt nicht überleben.

Aquakultur

Aquakultur ist das am besten bekannte Nebenprodukt, weil es die Finanzkosten und Energiekosten reduziert, große Volumina von Wasser vom tiefen Ozean zu pumpen. Tiefes Ozeanwasser enthält hohe Konzentrationen von wesentlichen Nährstoffen, die in Oberflächenwasser wegen des biologischen Verbrauchs entleert werden. Dieser "künstliche upwelling" ahmt die natürlichen upwellings nach, die dafür verantwortlich sind, die größten Seeökosysteme in der Welt und die größten Dichten des Lebens auf dem Planeten fruchtbar zu machen und zu unterstützen.

Kalt-Wasserfeinheiten, wie Lachs und Hummer, gedeihen darin nährreich, tief, Meerwasser. Mikroalgen wie Spirulina, eine Reformhauskost-Ergänzung, können auch kultiviert werden. Tief-Ozeanwasser kann mit Oberflächenwasser verbunden werden, um Wasser bei einer optimalen Temperatur zu liefern.

Nichtheimische Arten wie Salmon, Hummer, Forelle, Austern und Muscheln können in durch GeOTEC-pumptes Wasser gelieferten Lachen erhoben werden. Das erweitert die Vielfalt von frischen für nahe gelegene Märkte verfügbaren Meeresfrüchte-Produkten. Solche preisgünstige Kühlung kann verwendet werden, um die Qualität der geernteten Fische aufrechtzuerhalten, die sich schnell in warmen tropischen Gebieten verschlechtern.

Entsalzen

Entsalztes Wasser kann im offenen erzeugt werden - oder Werke des hybriden Zyklus mit Oberflächenkondensatoren, um sich zu drehen, haben Meerwasser in trinkbares Wasser verdampft. Systemanalyse zeigt an, dass ein 2-Megawatt-Werk über entsalzten Wassers jeden Tag erzeugen konnte. Ein anderes von Richard Bailey patentiertes System schafft Kondensatwasser durch die Regulierung tiefen Ozeanwasserflusses Oberflächenkondensatoren, die schwankenden Temperaturen des Tau-Punkts entsprechen. Dieses Kondensationssystem verwendet keine zusätzliche Energie und hat keine bewegenden Teile.

Wasserstoffproduktion

Wasserstoff kann über die Elektrolyse mit der OTEC Elektrizität erzeugt werden. Der erzeugte Dampf mit Elektrolyt-Zusammensetzungen, die zusätzlich sind, um Leistungsfähigkeit zu verbessern, ist ein relativ reines Medium für die Wasserstoffproduktion. OTEC kann erklettert werden, um große Mengen von Wasserstoff zu erzeugen. Die Hauptherausforderung wird hinsichtlich anderer Energiequellen und Brennstoffe gekostet.

Mineralförderung

Der Ozean enthält 57 Spurenelemente in Salzen und anderen Formen und aufgelöst in der Lösung. In der Vergangenheit haben die meisten Wirtschaftsanalysen beschlossen, dass das Bergwerk des Ozeans für Spurenelemente teilweise wegen der Energie unrentabel sein würde, die erforderlich ist, das Wasser zu pumpen. Bergwerk nimmt allgemein Minerale ins Visier, die in hohen Konzentrationen vorkommen, und leicht wie Magnesium herausgezogen werden können. Mit OTEC Werken, die Wasser liefern, sind die einzigen Kosten für die Förderung.

Die Japaner haben die Möglichkeit untersucht, Uran herauszuziehen, und haben gefunden, dass Entwicklungen in anderen Technologien (besonders Material-Wissenschaften) die Aussichten verbesserten.

Politische Sorgen

Weil OTEC Möglichkeiten mehr oder weniger stationäre Oberflächenplattformen sind, können ihre genaue Position und rechtliche Stellung durch die Tagung der Vereinten Nationen auf dem Gesetz des Seevertrags (UNCLOS) betroffen werden. Dieser Vertrag gewährt Küstennationen 3-, 12-, und Zonen, gesetzliche Autorität vom Land zu ändern, potenzielle Konflikte und Durchführungsbarrieren schaffend. OTEC Werke und ähnliche Strukturen würden als künstliche Inseln laut des Vertrags betrachtet, ihnen keine unabhängige rechtliche Stellung gebend. OTEC Werke konnten entweder als eine Drohung oder als potenzieller Partner zu Fischereien oder zu von der Internationalen Meeresboden-Autorität kontrollierten Meeresboden-Bergbaubetrieben wahrgenommen werden.

Kosten und Volkswirtschaft

Für OTEC, um als eine Macht-Quelle lebensfähig zu sein, muss die Technologie Steuer- und konkurrierenden Energiequellen ähnliche Subventionsbehandlung haben. Weil OTEC Systeme noch nicht weit aufmarschiert worden sind, sind Kostenvoranschläge unsicher. Eine Studie schätzt Energieerzeugungskosten so niedrig wie die Vereinigten Staaten 0.07 $ pro mit dem Kilowatt stündigen im Vergleich zu $ 0.05-0.07 für subventionierte Windsysteme.

Vorteilhafte Faktoren, die in Betracht gezogen werden sollten, schließen den Mangel von OTEC an Abfallprodukten und Kraftstoffverbrauch, dem Gebiet ein, in dem es, (häufig innerhalb von 20 ° des Äquators) die geopolitischen Effekten der Erdölabhängigkeit, Vereinbarkeit mit abwechselnden Formen der Ozeanmacht wie Welle-Energie, Gezeitenenergie und Methan-Hydrat und ergänzender Gebrauch für das Meerwasser verfügbar ist.

Mathematik von OTEC

Eine strenge Behandlung von OTEC offenbart, dass ein 20 °K Temperaturunterschied so viel Energie zur Verfügung stellen wird, wie ein Wasserkraftwerk mit 34 M auf dasselbe Volumen des Wasserflusses zugeht.

Der niedrige Temperaturunterschied bedeutet, dass Wasservolumina sehr groß sein müssen, um nützliche Beträge der Hitze herauszuziehen, und enorme Hitzeex-Wechsler im Vergleich zu denjenigen verwendet werden müssen, die an einem Werk verwendet sind, das mit einem größeren Temperaturunterschied solcher als in der herkömmlichen Thermalenergieerzeugung läuft.

Schwankung der Ozeantemperatur mit der Tiefe

Der ganze insolation, der durch die Ozeane (Bedeckung von 70 % der Oberfläche der Erde, mit dem Klarheitsindex 0.5 und der durchschnittlichen Energieretention von 15 %) erhalten ist, ist

Wir können das Gesetz von Lambert verwenden, um die Sonnenenergieabsorption durch Wasser, zu messen

wo y die Tiefe von Wasser ist, bin ich Intensität, und μ ist der Absorptionskoeffizient.

Die obengenannte Differenzialgleichung, lösend

Der Absorptionskoeffizient μ kann sich von 0.05 M für sehr klares Süßwasser zu 0.5 M für sehr salziges Wasser erstrecken.

Da die Intensität exponential mit der Tiefe y fällt, wird Hitzeabsorption an den Spitzenschichten konzentriert. Normalerweise in den Wendekreisen sind Oberflächentemperaturwerte darüber, während an die Temperatur darüber ist. Das wärmere (und folglich leichter) das Wasser an der Oberfläche bedeutet, dass es keine Thermalkonvektionsströme gibt. Wegen der kleinen Temperaturanstiege ist die Wärmeübertragung durch die Leitung zu niedrig, um die Temperaturen gleichzumachen. Der Ozean ist so sowohl eine praktisch unendliche Hitzequelle als auch ein praktisch unendliches Hitzebecken.

Dieser Temperaturunterschied ändert sich mit der Breite und Jahreszeit mit dem Maximum in tropischem, subtropischem und äquatorialem Wasser. Folglich sind die Wendekreise allgemein die besten OTEC Positionen.

Open/Claude Zyklus

In diesem Schema geht warmes Oberflächenwasser darum in einen Evaporator am Druck ein bisschen unter dem Sättigungsdruck ein, der es veranlasst zu verdampfen.

Wo H enthalpy von flüssigem Wasser bei der Einlasstemperatur, T ist.

Dieses provisorisch überhitzte Wasser erlebt Volumen, das im Vergleich mit der Lache kocht, die in herkömmlichen Boilern kocht, wo die Heizungsoberfläche im Kontakt ist. So blinkt das Wasser teilweise, um mit dem zweiphasigen Gleichgewicht-Vorherrschen zu dämpfen. Nehmen Sie an, dass der Druck innerhalb des Evaporators am Sättigungsdruck, T aufrechterhalten wird.

Hier ist x der Bruchteil von Wasser durch die Masse, die verdampft. Der warme Wassermassendurchfluss pro Einheitsturbinenmassendurchfluss ist 1/x.

Der Tiefdruck im Evaporator wird durch eine Vakuumpumpe aufrechterhalten, die auch das aufgelöste nichtkondensierbare Benzin vom Evaporator entfernt. Der Evaporator enthält jetzt eine Mischung von Wasser und Dampf der sehr niedrigen Dampf-Qualität (Dampfinhalt). Der Dampf wird vom Wasser als gesättigter Dampf getrennt. Das restliche Wasser wird gesättigt und wird zum Ozean im offenen Zyklus entladen. Der Dampf ist ein Tiefdruck / hohes spezifisches Volumen Arbeitsflüssigkeit. Es breitet sich in einer speziellen Tiefdruck-Turbine aus.

Hier entspricht H T. Für ein Ideal isentropic (umkehrbar adiabatisch) Turbine,

Die obengenannte Gleichung entspricht der Temperatur am Auslassventil der Turbine, T. ist x der Massenbruchteil des Dampfs an staatlichen 5.

Der enthalpy an T, ist

Dieser enthalpy ist niedriger. Die adiabatische umkehrbare Turbine arbeitet = H-H.

Wirkliche Turbinenarbeit

Die Kondensator-Temperatur und der Druck sind niedriger. Da das Turbinenauslassventil zurück in den Ozean entladen werden soll, wird ein direkter Kontakt-Kondensator verwendet, um das Auslassventil mit kaltem Wasser zu mischen, das auf ein Nähe-durchtränktes Wasser hinausläuft. Dieses Wasser wird jetzt zurück zum Ozean entladen.

H=H, an T. T ist die Temperatur des mit kaltem Seewasser gemischten Auslassventils, weil der Dampf-Inhalt jetzt, unwesentlich

Die Temperaturunterschiede zwischen Stufen schließen das zwischen warmem Oberflächenwasser und Arbeitsdampf, dem zwischen dem Auspuffdampf und kühl werdenden Wasser und dem zwischen Abkühlen des Wassererreichens des Kondensators und tiefem Wasser ein. Diese vertreten Außennichtumkehrbarkeit, die den gesamten Temperaturunterschied reduziert.

Der kalte Wasserdurchfluss pro Einheitsturbinenmassendurchfluss,

Turbinenmassendurchfluss,

Warmer Wassermassendurchfluss,

Kalter Wassermassendurchfluss

Zyklus von Closed/Anderson

Das entwickelte Starten in den 1960er Jahren mit J. Hilbert Anderson von Sea Solar Power, Inc. In diesem Zyklus ist Q die Hitze, die im Evaporator vom warmen Seewasser bis die Arbeitsflüssigkeit übertragen ist. Die Arbeitsflüssigkeit herrscht über den Evaporator als ein Benzin in der Nähe von seinem Tau-Punkt.

Das Hochdruck-, Hoch-Temperaturbenzin wird dann in der Turbine ausgebreitet, um Turbinenarbeit, W nachzugeben. Die Arbeitsflüssigkeit wird am Turbinenausgang ein bisschen überhitzt, und die Turbine hat normalerweise eine Leistungsfähigkeit von auf der umkehrbaren, adiabatischen Vergrößerung gestützten 90 %.

Vom Turbinenausgang geht die Arbeitsflüssigkeit in den Kondensator ein, wo es Hitze,-Q zum kalten Seewasser zurückweist. Das Kondensat wird dann zum höchsten Druck im Zyklus zusammengepresst, Kondensatpumpe-Arbeit, W verlangend. So hat der Anderson geschlossen Zyklus ist ein dem herkömmlichen Kraftwerk-Dampfzyklus ähnlicher Rankine-Typ-Zyklus, außer dass im Anderson Rad fahren, wird die Arbeitsflüssigkeit mehr nie überhitzt als einige Grad Fahrenhei. Infolge klebriger Effekten fällt flüssiger Arbeitsdruck sowohl im Evaporator als auch im Kondensator. Dieser Druck-Fall, der von den Typen von verwendeten Hitzeex-Wechslern abhängt, muss in Konstruktionsberechnungen betrachtet werden, aber wird hier ignoriert, um die Analyse zu vereinfachen. So wird die parasitische Kondensatpumpe-Arbeit, W, geschätzt hier niedriger sein, als wenn der Hitzeex-Wechsler-Druck-Fall eingeschlossen wurde. Die parasitischen zusätzlichen Hauptenergievoraussetzungen im OTEC Werk sind die kalte Wasserpumpe-Arbeit, W, und die warme Wasserpumpe-Arbeit, W. Alle anderen parasitischen Energievoraussetzungen durch W anzeigend, ist die Nettoarbeit vom OTEC Werk, W

Der durch die Arbeitsflüssigkeit erlebte thermodynamische Kreisprozess kann ohne ausführliche Rücksicht der parasitischen Energievoraussetzungen analysiert werden. Aus dem ersten Gesetz der Thermodynamik, des Energiegleichgewichtes für die Arbeitsflüssigkeit weil ist das System

wo die Nettoarbeit für den thermodynamischen Kreisprozess ist. Für den idealisierten Fall, in dem es keinen flüssigen Arbeitsdruck-Fall in den Hitzeex-Wechslern, gibt

und

so dass die Nettoarbeit des thermodynamischen Kreisprozesses wird

Unterkühlte Flüssigkeit geht in den Evaporator ein. Wegen des Hitzeaustausches mit warmem Seewasser findet Eindampfung statt, und gewöhnlich überhitzter Dampf verlässt den Evaporator. Dieser Dampf steuert die Turbine, und die 2-phasige Mischung geht in den Kondensator ein. Gewöhnlich verlässt die unterkühlte Flüssigkeit den Kondensator und schließlich, diese Flüssigkeit wird zum Evaporator gepumpt, der einen Zyklus vollendet.

Technische Schwierigkeiten

Aufgelöstes Benzin

Die Leistung von direkten Kontakt-Hitzeex-Wechslern, die an typischen OTEC Grenzbedingungen funktionieren, ist für den Zyklus von Claude wichtig. Viele frühe Zyklus-Designs von Claude haben einen Oberflächenkondensator verwendet, seitdem ihre Leistung gut verstanden wurde. Jedoch bieten direkte Kontakt-Kondensatoren bedeutende Nachteile an. Als sich kaltes Wasser in der Aufnahme-Pfeife, den Druck-Abnahmen zum Punkt erhebt, wo Benzin beginnt sich zu entwickeln. Wenn ein bedeutender Betrag von Benzin aus der Lösung kommt, eine Gasfalle legend, bevor die direkten Kontakt-Hitzeex-Wechsler gerechtfertigt werden können. Experimente, die Bedingungen in der warmen Wasseraufnahme-Pfeife vortäuschen, haben angezeigt, dass sich ungefähr 30 % aufgelöstes Benzin in der Spitze der Tube entwickeln. Der Umtausch zwischen des Meerwassers und der Ausweisung von nichtkondensierbarem Benzin vom Kondensator ist von der Gasevolutionsdynamik, deaerator Leistungsfähigkeit, Hauptverlust, Öffnungskompressor-Leistungsfähigkeit und parasitische Macht abhängig. Experimentelle Ergebnisse zeigen an, dass vertikale Tülle-Kondensatoren ungefähr 30 % besser leisten als fallende Strahltypen.

Das mikrobische Beschmutzen

Weil rohes Meerwasser den Hitzeex-Wechsler durchführen muss, muss Sorge genommen werden, um gutes Thermalleitvermögen aufrechtzuerhalten. So dünne Schichten von Biofouling, wie Hitzeex-Wechsler-Leistung durch nicht weniger als 50 % erniedrigen kann. Eine 1977-Studie, in der nachgemachte Hitzeex-Wechsler zum Meerwasser seit zehn Wochen ausgestellt wurden, hat beschlossen, dass, obwohl das Niveau des mikrobischen Beschmutzens niedrig war, das Thermalleitvermögen des Systems bedeutsam verschlechtert wurde. Die offenbare Diskrepanz zwischen dem Niveau des Beschmutzens und der Wärmeübertragungsschwächung ist das Ergebnis einer dünnen Schicht von Wasser, das durch das mikrobische Wachstum auf der Oberfläche des Hitzeex-Wechslers gefangen ist.

Eine andere Studie hat beschlossen, dass das Beschmutzen Leistung mit der Zeit erniedrigt und beschlossen hat, dass, obwohl das regelmäßige Bürsten im Stande gewesen ist, den grössten Teil der mikrobischen Schicht mit der Zeit zu entfernen, sich eine zähere Schicht geformt hat, der durch das einfache Bürsten nicht entfernt werden konnte. Die Studie hat Schwamm-Gummibälle durch das System passiert. Es hat beschlossen, dass, obwohl die Ball-Behandlung die schmutzig werdende Rate vermindert hat, es nicht genug war, Wachstum völlig zu halten, und das Bürsten gelegentlich notwendig war, Kapazität wieder herzustellen. Die Mikroben sind schneller später im Experiment wiedergewachsen (d. h. das Bürsten ist notwendig öfter geworden) das Wiederholen der Ergebnisse einer früheren Studie. Die vergrößerte Wachstumsrate nach nachfolgendem cleanings scheint, sich aus Auswahl-Druck auf die mikrobische Kolonie zu ergeben.

Der dauernde Gebrauch von 1 Stunde pro Tag und periodisch auftretenden Perioden des freien Beschmutzens und dann Chloren-Perioden (wieder 1 Stunde pro Tag) wurde studiert. Chloren hat verlangsamt, aber hat mikrobisches Wachstum nicht aufgehört; jedoch können sich Chloren-Niveaus von.1 Mg pro Liter seit 1 Stunde pro Tag wirksam für die langfristige Operation eines Werks erweisen. Die Studie hat beschlossen, dass, obwohl das mikrobische Beschmutzen ein Problem für den warmen Oberflächenwasserhitzeex-Wechsler war, der kalte Wasserhitzeex-Wechsler wenig oder keinen biofouling und nur das minimale anorganische Beschmutzen ertragen hat.

Außer der Wassertemperatur hängt das mikrobische Beschmutzen auch von Nährniveaus mit dem Wachstum ab, das schneller in reichem Nährwasser vorkommt. Die schmutzig werdende Rate hängt auch vom Material ab, das verwendet ist, um den Hitzeex-Wechsler zu bauen. Aluminiumröhren verlangsamen das Wachstum des mikrobischen Lebens, obwohl die Oxydschicht, die sich innerhalb der Pfeifen formt, Reinigung kompliziert und zu größeren Leistungsfähigkeitsverlusten führt. Im Gegensatz erlauben Titan-Röhren biofouling, schneller vorzukommen, aber Reinigung ist wirksamer als mit Aluminium.

Das Siegeln

Der Evaporator, die Turbine und der Kondensator funktionieren im teilweisen Vakuum im Intervall von 3 % bis 1 % des atmosphärischen Drucks. Das System muss sorgfältig gesiegelt werden, um in der Leckage atmosphärischer Luft zu verhindern, die sich abbauen oder Operation schließen kann. Im geschlossenen Zyklus OTEC ist das spezifische Volumen des Unterdruckdampfs im Vergleich zu dieser der unter Druck gesetzten Arbeitsflüssigkeit sehr groß. Bestandteile müssen große Fluss-Gebiete haben, um sicherzustellen, dass Dampfgeschwindigkeiten übermäßig hohe Werte nicht erreichen.

Parasitischer Macht-Verbrauch durch den Auspuffkompressor

Eine Annäherung, für den Auspuffkompressor parasitischer Macht-Verlust zu reduzieren, ist wie folgt. Nachdem der grösste Teil des Dampfs durch Tülle-Kondensatoren kondensiert worden ist, wird die non-condensible Gasdampfmischung durch ein aktuelles Gegengebiet passiert, das die Gasdampf-Reaktion durch einen Faktor fünf vergrößert. Das Ergebnis ist die 80-%-Verminderung des Auslassventils, das Macht-Voraussetzungen pumpt.

Kälte lüftet Wasserkonvertierung/wärmt

Im Winter in Arktischen Küstenpositionen kann Meerwasser 40 °C (72 °F) wärmer sein als umgebende Lufttemperatur. Systeme des geschlossenen Zyklus konnten den Luftwassertemperaturunterschied ausnutzen. Das Beseitigen von Meerwasser-Förderungspfeifen könnte ein System gestützt auf diesem Konzept weniger teuer machen als OTEC. Diese Technologie ist wegen H. Barjots, der Butan als cryogen, wegen seines Siedepunkts und seiner Nichtlöslichkeit in Wasser vorgeschlagen hat. Ein Niveau der Leistungsfähigkeit von realistischen 4 % annehmend, zeigen Berechnungen, dass der Betrag der Energie, die mit einem Kubikmeter-Wasser bei einer Temperatur in einem Platz mit einer Lufttemperatur dessen erzeugt ist, dem Betrag der erzeugten Energie gleichkommt, indem er dieses Kubikmeter-Wasser ein Wasserkraftwerk von 4000 Fuß (1,200 m) Höhe durchbohren lässt.

Barjot Polare Kraftwerke konnte auf Inseln im polaren Gebiet gelegen oder als schwimmende Lastkähne oder der Eiskappe beigefügte Plattformen entworfen werden. Die Wetterwarte Myggbuka an Greenlands nach Osten Küste zum Beispiel, die nur 2,100 km weg von Glasgow ist, entdeckt monatlich Mitteltemperaturen unten während 6 Wintermonate im Jahr.

Siehe auch

• Tiefes Seewasser, das kühl wird
• Heizen Sie Motor
• Ozeantechnik
• Osmotische Macht
• Meerwasser-Klimatisierung

Kommentare

• http://www.lockheedmartin.com/products/OTEC/index.html
• http://www.makai.com/e-otec.htm
• http://www.ocees.com

Quellen

• Erneuerbare Energie Vom Ozean - Ein Handbuch Zu OTEC, William H. Avery, Chih Wu, Presse der Universität Oxford, 1994. Bedeckt die OTEC geleistete Arbeit am Johns Hopkins Angewandtes Physik-Laboratorium von 1970-1985 in Verbindung mit dem Energieministerium und den anderen Unternehmen.

Links

• Sejarah Perkembangan Teknologi OTEC

• - Ozeanenergierat: Wie OTEC-Arbeit tut?
• nrel.gov - was ist OTEC?
• US-Energieministerium, Informationsmittel
• Das Interview der verdrahteten Zeitschrift mit John Piña Craven auf der Zukunft von OTEC
• OTEC Nachrichten - eine Nachrichtenseite über OTEC
• 2007-Ausgabe des Überblicks über Energiemittel, die vom Weltenergierat erzeugt sind
• Das grüne Ozeanprojekt - OTEC Bibliothek
• Das Grüne Ozeanprojekt (CO Ausgabe)
• Sondieren der Ozeane konnte grenzenlose saubere Energie bringen
• http://www.engineeringtoolbox.com/steel-pipes-flow-capacities-d_640.html überflutet Maximales Wasser Kapazität von Stahlpfeifen - Dimensionen, die sich 2 - 24 Zoll erstrecken

Der Technikwerkzeugkasten. weil andere Typen der Ozeanenergie zu ((Gezeitenenergie)) gehen