Ulaz za korisnike

Energije iz oceanskih dubina

Energije iz oceanskih dubina
 
Energije iz oceanskih dubina
Pretvorba toplinske energije oceana (eng. ocean thermal energy conversion - OTEC) metoda je generiranja električne energije kojom se iskorištava temperaturna razlika između plitkih i dubokih voda oceana

Ideja OTEC-a nije nova jer je još 1881. godine francuski inženjer Jacques D'Arsonval iznio ideju o pretvorbi unutrašnje kaloričke energije mora u korisni oblik energije iskorištavanjem razlike u temperaturama mora na površini i dubini. Da bi se stvorila dovoljna razlika temperature vode na površini i one u dubinama, hladna se voda crpi iz dubina od 1000 m. OTEC postrojenja najbolje funkcioniraju kada je razlika temperatura u spremnicima 20 stupnjeva, što je tipična razlika temperature u tropskim područjima.

Razlika u temperaturama

Razlika u temperaturama, odnosno njen gradijent, nije u svakom dijelu zemaljske kugle ista, a razlozi leže u morskim strujama. Struje u oceanima, kao i u atmosferi, dominantno su uzrokovane vjetrom te razlikom u temperaturi mora između polarnih i ekvatorskih područja. Stoga one prenose toplinsku energiju meridionalno, no zbog postojanja kopnenih područja te zbog djelovanja Coriolisove sile, značajan prijenos toplinske energije odvija se i zonalno.

Glavni sustavi površinskih struja u oceanima posljedica su termohaline cirkulacije i djelovanja vjetra na površinu mora. U ekvatorskom se području tako javljaju Sjeverna i Južna ekvatorska struja kao posljedica puhanja pasatnih vjetrova. U umjerenim geografskim širinama Atlantskog i Tihog oceana strujni su sustavi određeni toplim istočnim strujama (Golfska struja, Kuroshio) te hladnim polarnim strujama (Labradorska struja, Oyashio). Razdioba toplih i hladnih struja u tom području, preko evaporacijskih procesa te prijenosa topline i mase između mora i atmosfere, bitno utječe na klimatske karakteristike okolnih kopnenih područja. Slični se sustavi nalaze i na južnoj polutci, osim u području Antarktika gdje se, zbog komunikacije među oceanima, javlja stalna Antarktička cirkumpolarna struja.

Dubinska je cirkulacija u oceanima isključivo rezultat termohaline dinamike. Naime, ohlađena gusta voda, nastala u području sjevernog Atlantika i uz obale Antarktika, tone zbog vertikalne nestabilnosti u duboke i pridnene slojeve, širi se u ostale dijelove oceana, te se miješa sa starim vodenima masama. Dio dubokih voda biva uzdignut na površinu procesima uviranja u nižim geografskim širinama, te se dalje giba u sklopu površinskih struja sve do područja ohlađivanja i tonjenja vodenih masa.

Generiranje energije

Sunce kontinuirano grije površine oceana koje pokrivaju oko 70% površine Zemlje. Tako se stvara znatna temperaturna razlika između površinskih i dubokih voda. Ta se temperaturna razlika može iskoristiti za generiranje ogromnih količina električne energije, a da se tim postupkom ne zagađuje okolina niti se ispuštaju opasni staklenički plinovi. Tople površinske i hladne duboke vode rezultat su oceanskih struja kojima se voda grije u dijelovima oceana blizu ekvatora. Hladi se u blizini sjevernog pola, a ta hladna voda struji po dnu oceana prema ekvatoru.

Sam je princip generiranja električne energije vrlo jednostavan. Topla površinska voda koristi se za grijanje tekućine koja ima nisku temperaturu vrelišta (npr. propan). Stvorena para pokreće turbine generatora električne energije, a nakon toga hladi se hladnom vodom iz dubine oceana i time se natrag pretvara u tekuće stanje. Ukupna količina energije koja se može dobiti iskorištavanjem ovog načina pretvorbe energije je jedan do dva reda veličine veća od ostalih metoda iskorištavanja energije oceana, kao što je iskorištavanje energije valova ili one plime i oseke. Velik je problem kod iskorištavanja ovog oblika energije skupa oprema i mala ukupna efikasnost procesa. Efikasnost je zbog male temperaturne razlike između jedan i tri posto. Glavna je prednost procesa ekološka čistoća dobivanja energije i ogromne zalihe te energije koja bi se mogla iskoristiti.

Tipovi postrojenja

Prema smještaju postrojenja razaznajemo obalna postrojenja i postrojenja brodove, dok po načinu izgradnje toplinskog stroja razlikujemo otvoreni, zatvoreni i mješoviti ciklus.

Zatvoreni ciklus za pokretanje turbine koristi fluid niska vrelišta (najčešće amonijak) koji isparava u toplinskom spremniku. Ekspanzija tako stvorene pare pokreće turbinu te se nakon toga kondenzira u kondenzatoru (hladna voda sa 1000 m dubine). Kondenzirani se fluid vraća u prvi spremnik gdje se ciklus ponavlja. Kod otvorenog ciklusa topla morska voda isparava u potlačnom spremniku, a para u ekspanziji pokreće niskotlačnu turbinu te se kondenzira u spremniku koji hladi voda iz dubine.

Sunce kontinuirano grije površine oceana koje pokrivaju oko 70% površine Zemlje. Time se stvara znatna temperaturna razlika između površinskih i dubokih voda. Ta se temperaturna razlika može iskoristiti za generiranje ogromnih količina električne energije

Mane i prednosti OTEC postrojenja

Skupa konstrukcija cijevi za dovod hladne vode iz morskih dubina rezultira visokom početnom cijenom elektrana, što poskupljuje i energiju. Gradnja velikih postrojenja mogla bi kompenzirati negativne učinke i smanjiti specifičnu cijenu energije. I dok se klasične elektrane grade za oko 2-3000 $/ KW instalirane snage, za male snage (do 1 MW) cijena je i deset puta veća, za one srednje (do 20-tak MW) 3-5 puta veća, a za pogone iznad 100 MW cijena je „samo“ dvostruka. To je načelno skupa tehnologija i ukoliko se uzme u obzir skupo održavanje postrojenja te činjenica da su geografska područja u kojima su uređaji najučinkovitiji izložena uraganima, isplativost je vrlo niska u usporedbi s klasičnim izvorima.

Prednosti OTEC postrojenja su iznimne. Nema emisije CO2 tijekom eksploatacije i dobiva se stabilan izvor energije (osim servisa). Velike su mogućnosti za povećanje instalirane snage u svijetu, a postrojenja se mogu postaviti na mjesta gdje je utjecaj na okoliš vrlo malen.

Postoje i mogućnosti daljnjeg razvoja ove tehnologije te mogućnost korištenja plutajućih platformi za više namjena, npr. proizvodnja vodika, gnojiva (nutrijenti iz dubokih voda), desalinizacija, poljoprivreda, akvakulture itd., a sama je tehnologija pogodna i za primjenu u siromašnijim državama.

Osim ekološke proizvodnje, proizvodi se i čista voda za piće (destilat) i to u velikim količinama (npr. postrojenje od 2 MW dnevno bi proizvelo i više od 4 000 m3 ). Također, hladnom bi se vodom iz dubina mogao razviti uzgoj bilja kojima ne odgovaraju tropski uvjeti, a u konačnici ta bi se voda posredstvom rashladnih komora mogla koristiti i za kondicioniranje zraka. No, to je druga priča.

Povijest OTEC-a

Prva takva elektrana, snage 22 kW, izgrađena je 1919. godine uz obalu Kube. Pokazala je tehničku mogućnost iskorištavanja unutrašnje kaloričke energije mora, ali od daljnje se gradnje takvih postrojenja, zbog visokih troškova izgradnje, odustalo. Pokusni su pogoni zatim bili: Mini OTEC – CC OTEC -50 kW uz obalu Havaja (1979); te 50 kW OC-OTEC (1993); CC OTEC -250 kW (1999) i 210 kW OC-OTEC (1999) sve na Havajima.

Izvor: www.masmedia.hr

Materijali