211service.com
Oceanen van Macht
Er was eens een echte energiecrisis in de VS, de president verklaarde nationale energie-onafhankelijkheid het morele equivalent van oorlog, de FBI begon echt geld uit te geven aan ongebruikelijke energiebronnen, en ongeveer de meest ongebruikelijke was oceaan thermische energieomzetting (OTEC).
Het basisidee, een eeuw eerder voorgesteld, was eenvoudig: uitgestrekte tropische en subtropische zeeën vertonen een verschil van ongeveer 20 °C tussen warm oppervlaktewater en bijna vrieswater een kilometer of twee lager. Dat temperatuurverschil zou enorme turbines kunnen aandrijven, die de klok rond elektrisch vermogen produceren met minimale aantasting van het milieu.
Twintig jaar geleden gooide het ministerie van Energie meer dan $ 200 miljoen op het idee. Onderzoekers bedachten een vloot van grazende OTEC-fabrieken, die elk gestaag maar liefst 500 megawatt aan vermogen vermalen. Maar het federale programma liep af met weinig zichtbare resultaten, afgezien van stapels technische rapporten.
Liefhebbers in de VS en in het buitenland bleven het idee echter naar voren schuiven, waarbij ze zich vooral concentreerden op kleine, eilandgebaseerde varianten. Volgend jaar, als alles goed gaat, zal de bouw beginnen van de eerste commerciële oceaanthermische centrale, een operatie van één megawatt in het Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority op het eiland Hawaï.
Elektrisch vermogen Plus
In tegenstelling tot het eerdere werk, stoppen de huidige thermische oceaanprojecten niet bij elektrische stroom, maar richten ze zich op een mix van producten die geschikt zijn voor een bepaalde locatie, zegt Hans Krock, hoogleraar oceaantechniek aan de Universiteit van Hawaii-Manoa. Deze kunnen zijn:
- zoet water (vaak veel gevraagd)
- gebruik van voedselrijk diep water voor aquacultuur (inclusief het kweken van koudwatervissen)
- kustkoeling (koud water over warmtewisselaars laten lopen om airconditioners aan te drijven kan kosteneffectief blijken te zijn tegen dure eilandelektriciteit)
Een voorbeeld hiervan is de Natural Energy Laboratory-site op Keahole Point in Hawaï, de thuisbasis van baanbrekend oceaanthermisch werk. Het lab sloot zijn laatste OTEC-prototype twee jaar geleden af. Maar het blijft diep zeewater oppompen voor commerciële aquacultuuractiviteiten en kustkoeling.
Het lab voegt ook nog een diepwaterleiding toe, groot en diep genoeg om het nieuwe thermische oceaansysteem aan te kunnen dat 1 tot 1,4 megawatt aan vermogen zal genereren. De 140 centimeter brede pijp wordt uit één stuk gemaakt van bijna drie kilometer lang, zegt Tom Daniel, wetenschappelijk en technisch directeur van NELHA. Het pijpproject van $ 11,2 miljoen moet volgende zomer worden voltooid.
Toch is het een zeer risicovolle operatie om de pijp naar de locatie te slepen en voorzichtig te laten zinken, merkt Daniel op. (Een project van de Indiase overheid om een drijvende thermische centrale van één megawatt in de oceaan te bouwen, is blijkbaar gevallen en verloor zijn leiding, zegt hij.)
Vooruit fietsen
Omdat thermische centrales in de oceaan werken op een relatief klein temperatuurverschil in vergelijking met conventionele stoomaangedreven centrales, hebben ingenieurs veel ingenieuze ontwerpen bedacht om de meeste efficiëntie te bereiken, vooral voor de cruciale warmtewisselaars en lagedrukturbines.
De fabriek in Hawaii zal draaien op de Kalina-cyclus, met als werkvloeistof een afgesloten mengsel van ammoniak en water. Warm zeewater verdampt het mengsel, dat een turbine aandrijft. Het mengsel wordt gescheiden in ammoniakrijke en ammoniakarme stromen, gecondenseerd door koud diep water en vervolgens gecombineerd voor nog een ronde.
Kalina-technologie is wijdverbreid in nieuwe conventionele energiecentrales. Exergy uit Hayward, CA, heeft het gecommercialiseerd in andere soorten installaties met relatief kleine temperatuurverschillen, waaronder geothermische installaties en staalfabrieken. Elk stukje technologie is van de plank en het werkt, zegt Krock.
 |
| Hoe werkvloeistof rond een (vereenvoudigd) oceaansysteem voor thermische energieconversie met gesloten cyclus gaat. |
Een alternatieve benadering komt van Sea Solar Power, een controversieel oceaanthermisch bedrijf gevestigd in Baltimore, MD. Het ontwerp van de warmtewisselaar maakt gebruik van propyleen als werkvloeistof en een turbulent stromingsproces dat is geïnspireerd op koeltechnieken, zegt president Robert Nicholson.
Sea Solar is ongeveer halverwege een tweejarig project van $ 20 miljoen om de warmtewisselaar en andere componenten te optimaliseren, met financiering van Baltimore's Abell Foundation, zegt Nicholson. Buitenstaanders bekijken het bedrijf echter met een mengeling van respect voor de technische bekwaamheid van de oprichters, ergernis over de weigering om zijn technologie in detail te beschrijven, en voorzichtigheid, aangezien geen van zijn commerciële projecten nog is doorgekomen.
Overal water en wat om te drinken
Een derde optie, open kringloopontwerpen die zeewater als werkvloeistof gebruiken, is voornamelijk onderzocht vanwege het vermogen om zoet water te produceren. Krock zegt dat twee belangrijke problemen - condenserende gassen die vrijkomen bij het verdampingsproces en de behoefte aan gespecialiseerde turbines - zijn opgelost.
Hij en zijn studenten hebben een installatie voorgesteld voor Oahu, waar de zoetwaterbronnen bijna worden aangeboord, zegt hij. Tegen een kostprijs van ongeveer $ 80 miljoen zou de fabriek vijf miljoen gallons zoet water per dag produceren, 8 tot 10 megawatt aan stroom en 20 megawatt aan kustkoeling.
Eilanden in de (koudwater)stroom
Sea Solar Power heeft een memorandum van overeenstemming getekend met Guam om een thermische oceaancentrale te bouwen en onderhandelt met andere potentiële kopers, zegt Nicholson. Hij beweert dat er financiering beschikbaar is om een eerste 10 megawatt-installatie te bouwen, die hij op ongeveer $ 45 tot $ 50 miljoen schat.
De groep van Krock heeft ook voorstellen gedaan voor andere op eilanden gebaseerde thermische systemen in de oceaan. Een voor de marinebasis Diego Garcia in de Indische Oceaan zou bijvoorbeeld 30 procent kunnen besparen op de kosten voor het opwekken van stroom en zoet water, schat hij.
De Golf van Mexico is een perfecte plek om OTEC te doen, voegt Krock eraan toe, gezien de nieuwe diepwater petroleumplatforms. Ironisch genoeg zijn oliebedrijven onvermijdelijk de erfgenamen van deze technologie.
Zoutwaterpijp dromen?
Maar dromen over de grazende plantships blijven hangen, hoewel veel ervaren oceaaningenieurs met scepsis worden bekeken.
Nicholson van Sea Solar Power zegt dat het meerdere OTEC-stroomeenheden kan samenvoegen tot een schip van 100 megawatt dat een achtste is van de grootte en de kosten van de kolossen die door het federale onderzoek worden voorzien. We zijn nu klaar om 100 megawatt-installaties te bouwen, verklaart hij.
Andere experts kopen dergelijke claims niet. Dat is belachelijk, zegt Daniel van NELHA. Je moet eerst opschalen.
Verder aan de horizon suggereert Krock dat OTEC-fabrieken waterstof zouden kunnen produceren naarmate de wereldeconomie naar die brandstof begint te verschuiven. Het gebruik van het koude water als koellichaam kan het proces van het vloeibaar maken van waterstof helpen, benadrukt hij.
Robert Cohen, een Boulder, CO, consultant die programmamanager was voor het oceaanenergieprogramma van het Department of Energy, behoudt zijn enthousiasme voor thermische oceaanenergie. OTEC zou uiteindelijk in een aanzienlijk deel van de wereldwijde energiebehoefte kunnen voorzien, zegt Cohen, zowel door elektriciteit op te wekken als door energie-intensieve brandstoffen zoals waterstof te maken.
Cohen merkt echter op dat de technologie heeft geleden onder een geschiedenis van grote doelen en claims. OTEC lijkt extreem subjectieve meningen naar voren te brengen van twee groepen, die ik de sceptici en de zeloten noem, zegt Cohen, terwijl de waarheid ergens tussen de uitersten op de loer ligt.