Magtens oceaner

Engang var USA ramt af en reel energikrise, præsidenten erklærede national energiuafhængighed som moralsk ækvivalent til krig, Feds begyndte at bruge rigtige penge på offbeat energikilder, og omtrent det mest usikre var ocean termisk energikonvertering (OTEC).

Den grundlæggende idé, der blev foreslået et århundrede tidligere, var enkel: Store strækninger af tropiske og subtropiske have viser en forskel på omkring 20 °C mellem varmt overfladevand og næsten frysende vand en kilometer eller to under. Den temperaturforskel kunne drive massive turbiner og producere elektrisk strøm døgnet rundt med minimal miljøforringelse.

For 20 år siden kastede energiministeriet mere end 200 millioner dollars på ideen. Forskere drømte om en flåde af græssende OTEC-planteskibe, der hver især støt udmaler så meget som 500 megawatt strøm. Men det føderale program udløb med få synlige resultater bortset fra stakke af tekniske rapporter.

Hengivne i USA og i udlandet blev ved med at skubbe ideen frem, men mest med fokus på små, ø-baserede varianter. Næste år, hvis alt går vel, begynder byggeriet af det første kommercielle havtermiske anlæg, en operation på én megawatt ved Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority på øen Hawaii.

Electrical Power Plus

I modsætning til det tidligere arbejde stopper nutidens havtermiske projekter ikke ved elektrisk strøm, men fokuserer på en blanding af produkter, der passer til et givet sted, siger Hans Krock, professor i havteknik ved University of Hawaii-Manoa. Disse kunne omfatte:

• ferskvand (ofte i høj efterspørgsel)
• brug af næringsrigt dybt vand til akvakultur (herunder opdræt af koldtvandsfisk)
• kystkøling (køling af koldt vand på tværs af varmevekslere for at drive klimaanlæg kan vise sig at være omkostningseffektivt mod ø-elektricitet til høje priser)

Et eksempel på dette er Natural Energy Laboratory-stedet ved Keahole Point på Hawaii, hjemsted for banebrydende havtermisk arbejde. Laboratoriet lukkede sin sidste OTEC-prototype ned for to år siden. Men den fortsætter med at pumpe dybt havvand op til kommerciel akvakulturdrift og kystkøling.

Laboratoriet tilføjer også endnu et dybvandsrør, stort og dybt nok til at håndtere det nye havtermiske system, der vil generere 1 til 1,4 megawatt strøm. Det 140 centimeter brede rør bliver lavet i et enkelt stykke næsten tre kilometer langt, siger Tom Daniel, NELHAs videnskabelige og tekniske direktør. Rørprojektet på $11,2 millioner er planlagt til færdiggørelse næste sommer.

Alligevel er det en meget højrisikooperation at bugsere røret til stedet og forsigtigt sænke det ned, kommenterer Daniel. (Et indisk regeringsprojekt om at bygge et flydende havtermisk anlæg på én megawatt faldt tilsyneladende og mistede sit rør, siger han.)

Cykle videre

Fordi havets termiske anlæg kører på en relativt lille temperaturforskel sammenlignet med konventionelle dampdrevne anlæg, har ingeniører lavet mange geniale designs for at vride den største effektivitet ud, især for de afgørende varmevekslere og lavtryksturbiner.

Hawaii-anlægget vil køre på Kalina-cyklussen, med sin arbejdsvæske en forseglet blanding af ammoniak og vand. Varmt havvand fordamper blandingen, som driver en turbine. Blandingen adskilles i ammoniakrige og ammoniakfattige vandløb, kondenseres med koldt dybt vand og kombineres derefter i endnu en omgang.

Kalina-teknologien er udbredt i nye konventionelle kraftværker. Exergy of Hayward, CA, har kommercialiseret det i andre slags anlæg med relativt små temperaturforskelle, herunder geotermiske anlæg og stålværker. Hver eneste del af teknologien er på hylden, og den virker, siger Krock.

Hvordan arbejdsvæske kommer rundt i et (forenklet) lukket kredsløb for havtermisk energikonvertering.

En alternativ tilgang kommer fra Sea Solar Power, et kontroversielt havtermisk firma baseret i Baltimore, MD. Dens varmevekslerdesign bruger propylen som arbejdsvæske og en turbulent flow-proces inspireret af køleteknikker, siger præsident Robert Nicholson.

Sea Solar er omkring halvvejs gennem et to-årigt $20 millioner projekt for at optimere varmeveksleren og andre komponenter med finansiering fra Baltimores Abell Foundation, siger Nicholson. Men udenforstående ser på virksomheden med en blanding af respekt for dets grundlæggeres tekniske dygtighed, irritation over dets afvisning af at detaljere sin teknologi og forsigtighed, da ingen af ​​dets kommercielle projekter endnu er kommet igennem.

Vand overalt, og noget at drikke

En tredje mulighed, åben cyklus design, der bruger havvand som arbejdsvæske, er primært blevet undersøgt for dets evne til at producere ferskvand. Krock siger, at to hovedproblemer - kondensering af gasser frigivet af fordampningsprocessen og behovet for specialiserede turbiner - er blevet overvundet.

Han og hans elever har foreslået et anlæg til Oahu, hvor ferskvandsressourcerne er tæt på at blive tappet ud, siger han. Til en pris på omkring 80 millioner dollars ville anlægget producere fem millioner gallons ferskvand om dagen, 8 til 10 megawatt strøm og 20 megawatts kystkøling.

Øer i (koldtvands)strømmen

Sea Solar Power har underskrevet et aftalememorandum med Guam om at skabe et havtermisk anlæg og forhandler med andre potentielle købere, siger Nicholson. Han hævder, at der er midler til rådighed til at bygge et første 10 megawatt-anlæg, som han anslår til omkring $45 til $50 millioner.

Krocks gruppe har også fremsat forslag til andre ø-baserede havtermiske systemer. En til flådebasen ved Diego Garcia i Det Indiske Ocean kunne for eksempel spare 30 procent af omkostningerne ved at generere strøm og ferskvand, vurderer han.

Den Mexicanske Golf er et perfekt sted at lave OTEC, tilføjer Krock, givet de nye dybvandsolieplatforme. Ironisk nok er olieoperatører uundgåeligt arvere af denne teknologi.

Saltvandsrørdrømme?

Alligevel hænger drømmene om de græssende planteskibe stadig, selvom de ses med skepsis af mange veteranhavingeniører.

Sea Solar Powers Nicholson siger, at det kunne samle flere OTEC-kraftenheder til et 100-megawatt-skib, der er en ottendedel af størrelsen og prisen for de giganter, som den føderale forskning forestiller sig. Vi er klar til at bygge 100 megawatt-anlæg nu, erklærer han.

Andre eksperter køber ikke sådanne påstande. Det er latterligt, siger NELHAs Daniel. Du skal opskalere først.

Længere ude i horisonten antyder Krock, at OTEC-planteskibe kunne skrue brint ud, når verdensøkonomien begynder at skifte mod det brændstof. At bruge det kolde vand som en køleplade kunne hjælpe processen med at gøre brint flydende, påpeger han.

Robert Cohen, en Boulder, CO, konsulent, der var programleder for Department of Energys havenergiprogram, bevarer sin entusiasme for havtermisk energi. OTEC kunne i sidste ende levere en betydelig del af det globale energibehov, siger Cohen, både ved at generere elektricitet og ved at skabe energiintensive brændstoffer som brint.

Cohen bemærker dog, at teknologien har lidt under en historie med store mål og krav. OTEC ser ud til at bringe ekstremt subjektive meninger frem fra to grupper, som jeg kalder skeptikerne og ildsjælene, siger Cohen, mens sandheden har en tendens til at gemme sig et sted mellem yderpunkterne.

skjule