artistieke weergave van een 10mW otec plant.
Ocean Thermal Energy Conversion (Otec) is een proces dat elektriciteit kan produceren door gebruik te maken van het temperatuurverschil tussen diep koud oceaanwater en warm tropisch oppervlaktewater. OTEC plants pompen grote hoeveelheden diep koud zeewater en oppervlakte zeewater om een energiecyclus te draaien en elektriciteit te produceren. OTEC is firm power (24/7), een schone energiebron, milieuvriendelijk en in staat om enorme niveaus van energie te leveren.
onlangs hebben hogere elektriciteitskosten, toegenomen bezorgdheid over de opwarming van de aarde en een politiek engagement voor energiezekerheid de eerste commercialisering van OTEC economisch aantrekkelijk gemaakt in tropische eilandgemeenschappen waar een hoog percentage van de elektriciteitsproductie gebaseerd is op olie. Zelfs binnen de VS is deze eilandmarkt erg groot; wereldwijd is het vele malen groter. Naarmate de otec-technologie rijpt, moet het economisch aantrekkelijk worden in het zuidoosten van de VS.
Makai heeft baanbrekend OTEC-onderzoek verricht sinds hij in 1979 aan de eerste elektriciteitscentrale werkte. Sinds die tijd is Makai een sub-of hoofdaannemer voor tientallen unieke onderzoeks-en ontwikkelingscontracten in OTEC. Makai heeft in het verleden met Lockheed Martin en anderen gewerkt aan de ontwikkeling van 100 MW otec-planten voor eilandgemeenschappen als Hawaii en Guam.
Klik hier voor meer informatie over onze otec netverbindingsceremonie.Makai heeft internationaal erkende expertise in OTEC ontwikkeld op het gebied van commerciële en proefinstallatieontwerpen, algemene technische en economische modellering, ontwerp en testen van warmtewisselaars, ontwerp en implementatie van koudwaterleidingen, milieueffecten (modellering van hydro – en biopluimen) en de stroomkabel naar de wal.
Waarom heeft de VS Dit Ocean Energy Research Center?
Het Ocean Energy Research Center in Kailua-Kona, Hawaii
- zeewater airconditioning (SWAC)
- mariene warmtewisselaars voor andere toepassingen
- Marien Corrosieonderzoek.
De OERC is de enige onderzoeksfaciliteit in zijn soort met continue toegang tot ondiep en diep zeewater. Er is een turbinegenerator geïnstalleerd om de otec-Centrale op het land van OERC te voltooien, die voor het eerst in de geschiedenis van de VS gesloten otec-stroom levert aan het net vanaf de late zomer van 2015.
- pijpleidingen: lopend onderzoek en ontwerp van koudwaterleidingen.
- milieueffecten: Onderzoek naar meervoudige lozing van water hydro – en bio-pluim.
wat wordt er gedaan op de OERC?
exploitatie van de OTEC-Centrale
Makai heeft in augustus 2015 een turbinegenerator van 100 kW aan de OERC toegevoegd. Dit is momenteel de grootste op het net aangesloten otec-fabriek ter wereld. Deze volledig functionerende otec-Centrale biedt verschillende voordelen:
- ontwikkeling van otec power control-en automatiseringssystemen
- meet het werkelijke versus voorspelde vermogen
- gebruik operationele langetermijngegevens om toekomstige commerciële otec-installatieontwerpen en kostenprognoses te verbeteren
Otec-en Marine Heat Exchanger Testing
a basic closed-cyclus otec plant is weergegeven in de figuur hierboven. Warm zeewater gaat door een verdamper en verdampt de werkvloeistof, ammoniak. De ammoniakdamp gaat door een turbine die een generator draait die elektriciteit maakt. De lagere druk damp verlaat de turbine en condenseert in de condensor aangesloten op een stroom van diep koud zeewater. De vloeibare ammoniak verlaat de condensor en wordt naar de verdamper gepompt om de cyclus te herhalen.het Ocean Energy Research Center (OERC) is een essentieel instrument voor de ontwikkeling en het testen van kandidaat-otec warmtewisselaars. Warmtewisselaars zullen de duurste component zijn in een commerciële offshore otec-fabriek en daarom zijn het optimaliseren van hun kosten, levensduur en prestaties cruciaal voor het economische succes van otec. De bedrijfsomstandigheden van otec warmtewisselaars zijn uniek en een optimaal ontwerp moet nog worden ontwikkeld.
De OERC stelt otec-ingenieurs in staat om OTEC-warmtewisselaars snel te ontwerpen, te bouwen en te testen op een operationele otec-fabriek op het land, waarbij de feedback wordt gegeven die nodig is voor optimalisatie. Makai maakt gebruik van een unieke otec-installatieanalysesoftware om warmtewisselaars te ontwerpen die de levensduur, de prestaties (warmteoverdracht en pompefficiëntie) en de kosten (fabricage en effect op het platform) verantwoorden om echte optimalisatie mogelijk te maken. Makai is bezig met het opschalen van een ontwerp voor een goedkoop, compact, corrosiebestendig ontwerp dat otec warmtewisselaars kan revolutioneren. Daarnaast levert Makai objectieve prestatietestdiensten aan andere otec-ingenieursbureaus voor meerdere warmtewisselaars tegelijk.
Wat is de toekomst van de OERC?
Makai ‘ S Ocean Energy Research Center zal blijven fungeren als het belangrijkste testbed voor otec-technologie en een platform voor samenwerking met de internationale otec-gemeenschap. Makai is een technische dienstverlener en daarom werken we samen met meerdere otec projectontwikkelaars om objectieve technische begeleiding te bieden op alle niveaus, van engineering en economische haalbaarheid tot componentontwerp. Ten slotte zal de exploitatie van een otec-fabriek op het land door Makai waardevolle kennis en expertise opleveren voor de volgende stap in de commercialisering van OTEC: de bouw van een grootschalige proefinstallatie.
voordelen en kansen van OTEC
OTEC is in veel opzichten een zeer aantrekkelijke oplossing voor Amerikaanse energievraagstukken (energiezekerheid, prijsvolatiliteit, niet-duurzame levering, klimaatverandering en milieurisico ‘ s):
- Immense hulpbron: otec is zonne-energie, waarbij de oceanen 24 uur lang als thermisch opslagsysteem worden gebruikt productie. In tegenstelling tot andere hernieuwbare energiebronnen, wordt de maximale beschikbare energie van OTEC niet beperkt door land, kustlijnen, water, milieu-impact, menselijke impact, enz.
- Basislastvermogen: OTEC produceert continu elektriciteit, 24 uur per dag gedurende het hele jaar. Intermitterende hernieuwbare energiebronnen zijn geen basisbelasting en vereisen vaak opslag van hun energie tijdens piekuren voor later verbruik. Grote otec-basislastcentrales zouden daadwerkelijk kunnen beginnen met het vervangen van op fossiele brandstoffen gestookte elektriciteitscentrales zonder de stabiliteit van het net in gevaar te brengen.
- Dispatchable Power: OTEC is dispatchable, wat betekent dat zijn vermogen snel (in een kwestie van seconden) kan worden opgevoerd om fluctuerende vraag of aanbod van energie uit intermitterende hernieuwbare energiebronnen te compenseren. Daarom is OTEC een aanvulling op andere hernieuwbare energiebronnen, zoals zonne-en windenergie, en kan het een verdere penetratie op het net mogelijk maken en tegelijkertijd de stabiliteit ervan helpen behouden.
- veiligheid: OTEC biedt de mogelijkheid om een immense energiebron aan te boren die niet door andere landen wordt gecontroleerd.
- hernieuwbaar: otec wordt conservatief beschouwd als duurzaam bij vier of meer maal de huidige totale elektrische energieproductie van de mens.
- schone energie: OTEC heeft het potentieel om een zeer schone alternatieve energie te zijn – uniek voor een stevige energiebron die in staat is om enorme energiebehoeften te voorzien. Het milieurisico bij OTEC is zeer laag.
- Offshore: OTEC-productie vindt offshore plaats. Er zijn geen andere landvoorraden nodig dan voor landlanding aan land. OTEC concurreert niet om andere vitale bronnen zoals voedsel en zoet water.
- laag risico: conventionele gesloten cyclus OTEC is een laag risico
het probleem met deze opmerkelijke hernieuwbare energie is kosten. Op dit moment kunnen otec-installaties worden gebouwd die economisch aantrekkelijk zijn voor Hawaii, Puerto Rico en Guam (met elektrische snelheden net boven de twintig cent per kWh bereik zonder energie credits). Makai Ocean Engineering deed een studie voor Office of Naval Research naar een offshore otec-industrie die via ammoniak als energiedrager energie levert aan de continentale VS. Deze toekomstige OTEC-prijzen zijn licht hoog, maar bijna concurrerend met andere hernieuwbare energiebronnen en met overlappende foutenmarges.
De winnaars: eilandgemeenschappen, Verenigde Staten Ministerie van Defensie (die sterke supporters van OTEC zijn geweest en willen kleinere otec-fabrieken voor basislocaties), en het Amerikaanse publiek. Een volwassen en goed ontwikkelde otec-industrie (die zal bestaan na het bouwen van tientallen otec-fabrieken alleen maar om de Amerikaanse tropische eilanden te voorzien) is een enorme back-uptechnologie, omdat de VS zich terugtrekt in een energiehoek en meer afhankelijk wordt van nucleaire en schone steenkool om aan onze niet-oliebehoeften te voldoen. Die technologieën brengen enorme milieurisico ‘ s met zich mee. Biomassa, Wind en zonne-energie kunnen in sommige gevallen lagere kosten opleveren, maar deze zijn beperkt in de totale hoeveelheid geleverde energie. Otec als een levensvatbaar en kostenconcurrerend alternatief zou een zeer gezonde positie voor de VS zijn.
recente ontwikkelingen
sinds 2008 hebben hogere energieprijzen, milieuoverwegingen en het nieuwe Ministerie van Marine-energiebeleid geleid tot overheids-en commerciële steun om belangrijke otec-technologieën te verbeteren. Tegelijkertijd begonnen Makai Ocean Engineering en Lockheed Martin hun eerdere otec-ondersteuning uit de jaren 1970 opnieuw aan te wakkeren en richtten ze interne R&D resources op om een otec technology development team te creëren.
- Lockheed vond een unieke technologie voor de fabricage van glasvezel koudwaterleidingen uit, die leidde tot een gezamenlijk gefinancierd project van het Departement voor energie.naval Facilities Engineering Command (NAVFAC) heeft in 2009 een concurrerend bod uitgebracht op bedrijven voor de ontwikkeling van otec-installaties voor tropische marinebases. Makai en Lockheed Martin wonnen dit project en verfijnen ontwerpen om te voldoen aan NAVFAC eisen.het Office of Naval Research (ONR) en NAVFAC hebben gezamenlijk de bouw van een nieuwe Otec-testfaciliteit voor warmtewisselaars gefinancierd. Makai Ocean Engineering is de ontwerper en aannemer voor deze faciliteit, en zal de prestaties en corrosie testen van verschillende warmtewisselaar ontwerpen worden gebouwd door verschillende bedrijven. Deze inspanning wordt ook ondersteund door de staat Hawaï.
Ben Markus van Hawaii Public Radio publiceert het verhaal” Ocean Power Gains New Life”over OTEC R&D van Makai en Lockheed Martin.
Heat Exchanger Manufacturing and R&D Facility
deze nieuwe, state-of-the-art faciliteit beschikt over geavanceerde productieapparatuur voor de fabricage van geheel nieuwe en innovatieve warmtewisselaars. Naast het bedienen van thermische energieconversie (Otec) centrales in de oceaan, kunnen deze warmtewisselaars worden gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder:
- zeewater – en meerwaterkoeling voor elektriciteitscentrales,
- vloeibaar aardgas (LNG),
- papierpulpfabrieken,
- staal-en ijzerertsmolens,
- voedsel & drankverwerking fabrieken, petrochemische installaties, ontzilting en koeling aan boord van schepen-speciaal voor de Amerikaanse marine. aangezien de bevolking steeds meer wordt geëlektrificeerd en de bezorgdheid over energie-efficiëntie en de CO2-voetafdruk wereldwijd toeneemt, zoeken industriële en militaire gebruikers naar manieren om hun thermische energiebronnen efficiënter te gebruiken. Makai ‘ s nieuwe warmtewisselaars worden ontwikkeld om aan deze eisen te voldoen.
Makai ‘ s betrokkenheid bij Otec-gerelateerd onderzoek
Makai heeft een lange en intense betrokkenheid bij otec. De onderstaande tabel toont OTEC-projecten die 30 jaar teruggaan tot de eerste netto-energieproducerende otec-fabriek in 1979 met Lockheed Martin en de staat Hawaï.
navigeren
Makai is gebundeld uit onze OTEC SBIR studie uitgevoerd voor ONR en beheerd door NAVFAC van 2005-2008 (project #10 in de tabel hierboven) die het potentieel van OTEC in de huidige energiemarkt en klimaatcrisis erkende. Die studie ontwikkelde een gedetailleerde evaluatie van korte termijn drijvende otec-installaties die elektriciteit leveren aan de wal en een lange termijn otec-industrie die een energiedrager produceert voor de continentale VS. Eerste Plantontwerpen en analytische tools werden ontwikkeld die belangrijke ontwerptools zijn die vandaag de dag worden gebruikt in otec planning. Er is een Ontwikkelingsroadmap opgesteld die nu wordt geïmplementeerd. De volgende projecten, punten 1-9, zijn een rechtstreeks gevolg van dit eerdere SBIR-werk. In Mei 2010 ontving Makai van de Small Business Administration de Region IX contractant of the Year Award in 2010 voor ons werk aan dit otec-project en het gebruik ervan in het otec-programma dat vandaag aan de gang is.in de loop van dit ONR SBIR werk realiseerde Makai dat we een belangrijke partner nodig hadden in deze ontwikkeling en benaderden we Lockheed Martin (we werkten vroeger samen aan Mini OTEC in 1979). Zo konden we ons enthousiasme, otec-ervaring en analytische tools benutten door ons aan te sluiten bij Lockheed Martin Corporation. In deze samenwerking richtten we ons op de ontwikkeling van ‘ s werelds eerste grote commerciële otec-fabriek met een vermogen van 100 MW. Een otec-fabriek van deze omvang moet nog worden gebouwd. Een kleinere proefinstallatie is weergegeven in de figuur hierboven.
Otec Koudwaterpijpgrijperproeven bij Makai Ocean Engineering
een drijvende otec-installatie van 100 MW werd ontworpen voor de NAVFAC-studie. In een offshore drijvende otec-fabriek wordt diep, koud zeewater getrokken door een verticale glasvezel pijpleiding vanaf een diepte van 1000 meter (3300 voet). Deze koudwaterleiding zou een diameter van 10 meter hebben en zijn gewicht in water zou meer dan 2,1 miljoen kilogram (2300 ton) bedragen. Deze pijp is ongekend in de offshore industrie en Lockheed Martin heeft een methode ontwikkeld om deze glasvezel pijp te fabriceren op een drijvend otec platform op zee.
een belangrijke technische uitdaging is echter hoe deze grote, flexibele en delicate pijpleiding veilig naar beneden te brengen in de oceaan, aangezien deze sectie voor sectie op het dek van het platform wordt gefabriceerd. Makai heeft een systeem ontworpen om deze taak te volbrengen, en een 1 / 20e schaalmodel is gebouwd en getest op de Makai Research Pier.
het apparaat bestaat uit twee “grijpers”, zo genoemd vanwege de manier waarop zij het gewicht van de pijp dragen door op de buitenkant van de pijp te grijpen. Deze grijpers knijpen op de buitenkant van de pijp van alle kanten, en houden het verticale gewicht van de pijpleiding door Kevlar versterkte rubberen pads met behulp van wrijving. De twee grijpers zijn identiek van structuur, behalve dat de onderste grijper op en neer beweegt met behulp van hydraulische cilinders en de bovenste grijper is bevestigd aan het platform. De grijpers verlagen de pijpleiding door een overdrachtssequentie waar de grijpers het gewicht heen en weer overbrengen; er moet te allen tijde slechts één grijper op de pijp worden geperst.
belangrijke problemen die in het ontwerp worden overwogen, zijn het breken van de pijp en het laten vallen van de pijp. Al deze zorgen werden opgelost met het ontwerp ontwikkeld door Makai. Rigoureuze tests van dit model toonden aan dat de grijpers de pijp betrouwbaar kunnen ondersteunen en laten zakken (en zelfs de pijp zonder stroom kunnen houden!) en grijpers zijn ontworpen voor zowel 10 MW en 100 MW OTEC-installaties op basis van deze lessen geleerd.
Otec Heat Exchanger Test Facility at NELHA
een testfaciliteit is gebouwd in het Natural Energy Laboratory of Hawaii (NELHA) op het grote eiland Hawaï. NELHA is een state-owned business technology park dat warm en koud zeewater levert aan hun huurders. Het diepzeewater wordt verkregen via een 620 meter diepe 40″ inlaatleiding, of een 914 meter diepe 55 ” pijpleiding. NELHA kan in totaal 26.000 gpm koud zeewater leveren, met bijbehorende warme waterstromen. Geen enkele andere faciliteit ter wereld kan zulke grote stromen diepzeewater leveren.
de testfaciliteit voor warmtewisselaars is een toren van 40’hoog die maximaal drie verschillende verdampers, drie verschillende condensors, 24″ zeewaterleidingen en een nauwkeurig geïnstrumenteerd ammoniakbewerkingsvloeistofleidingssysteem met twee pompen en drukvaten ondersteunt. De testfaciliteit stelt Makai in staat om de prestaties van verdampers en condensors te meten, als functie van de watersnelheid, het temperatuurverschil en het ammoniakdebiet. De figuur rechts toont de faciliteit in aanbouw medio oktober 2010, delen van deze systemen zijn zichtbaar.
NAVFAC en ONR hebben de installatie gesponsord omdat het kosteneffectiever is om de prestaties van warmtewisselaars aan land te testen, in plaats van de hoge incidentele kosten van de installatie ervan in een drijvend schip met zijn afmeersysteem. Goed doordachte “kleinschalige” testen kunnen worden uitgevoerd omdat otec warmtewisselaars modulaire componenten zijn. Bijvoorbeeld, een prototype warmtewisselaar op de faciliteit zal iets minder dan een vierkante meter in doorsnede, hebben een hoogte variërend van 2 – 8 meter hoog, en vereist een typisch ontwerp zeewaterstroom van 0,25 m3/sec (4000 gpm). De faciliteit zal ons in staat stellen om de voorspelde prestaties van een warmtewisselaar zorgvuldig te bevestigen en later ontwerpwerk voor veel grotere faciliteiten te valideren.
Download de Nelha Facilities Brochure
Otec Hydrodynamic Plume Model at Makai
Makai heeft onlangs een numeriek hydrodynamisch model ontwikkeld om de fysische effecten van otec-lozingen in het oceaanmilieu te beoordelen met financiering van de nationale Defense center of excellence voor onderzoek in oceaanwetenschappen. Gezien het feit dat er geen otec-planten zijn gebouwd, is het onzeker hoe het nabijgelegen oceaanmilieu zal worden beïnvloed door de lozing van het nutriëntenrijke diepzeewater. Het doel van het project was om een toolset te creëren voor duurzaam ontwerp van otec-installaties, die voor een 100 MW-installatie 720 m3/s koud voedingsrijk zeewater en 420 m3/s warm oppervlaktewater nodig zouden hebben.
het 3D-hydrodynamisch model is gebaseerd op de EPA-approved Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) en is aangepast om de regionale stroomvelden en dichtheidsvelden nauwkeurig te genereren die worden geleverd door het data assimilative Regional Ocean Modeling System (ROMS) van de Universiteit van Hawaï. Otec planten werden “ingevoegd” in het domein met behulp van een dynamisch gekoppeld eindige-element jet-pluim model, dat de entrainment en turbulente menging van grote schaal pluimen simuleert. De succesvolle ontwikkeling van het model biedt de tools die nodig zijn om de impact van otec-planten te voorspellen in de aanwezigheid van realistische en tijdsafhankelijke oceaanomstandigheden.
de resultaten van de inspanning werden gepresenteerd tijdens de Otec Environmental workshop van NOAA in juni 2010, en het Ministerie van energie heeft een uitbreiding van het project gefinancierd (in het kader van het Marine Hydrokinetics Initiative) om een biologische component van het model te ontwikkelen om elke bio-stimulatie te beoordelen die kan optreden als gevolg van de nutriëntenrijke lozingen.
Download 2011 Water energie Technologieën Peer Review Rapport
OTEC Biologische Pluim Model
OTEC Biologische Pluim Model
Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) maakt gebruik van grote stromen van warm oppervlak zeewater en koude en diepe zeewater te genereren van schone elektriciteit. De tropische oceaan op een typische otec site heeft twee verschillende lagen: een warme oppervlaktelaag met een laag nutriëntengehalte en een koude diepe laag die rijk is aan voedingsstoffen. Het introduceren van diepe voedingsstoffen in de door de zon verlichte bovenste lagen van de oceaan kan potentieel de planktongroei verhogen of algenbloei veroorzaken. Zeewater dat van een otec-plant wordt afgevoerd, moet dus diep genoeg in de oceaan worden teruggevoerd, zodat deze voedingsstoffen geen biologische groei veroorzaken.
het Amerikaanse Ministerie van energie heeft een rapport gepubliceerd waarin de gesimuleerde biologische impact van de exploitatie van grote otec-installaties wordt beschreven. De studie werd uitgevoerd door Makai Ocean Engineering onder een gedeelde kosten subsidie en kan hier worden gedownload. Dit rapport is peer reviewed door DoE Peer Review for Marine & Hydrokinetic Energy Devices op pagina xii en 167.
deze nieuwe software is de meest geavanceerde tool voor het modelleren van de milieueffecten van OTEC tot nu toe. Wanneer het model met een otec-installatie wordt uitgevoerd, kan het de grootte, diepte en stromen van de zeewaterlozingen van de otec-installatie bepalen, waardoor planktonverhogingen tot een minimum worden beperkt. In alle gevallen gemodelleerd in Hawaiiaanse wateren, geen toename van plankton niveaus opgetreden in de bovenste 40 meter (130 ft) van de oceaan. Van 40 tot 120 meter (130-400 ft) otec-geïnduceerde plankton groei is laag en ruim binnen de natuurlijk voorkomende variabiliteit. Deze resultaten suggereren dat goed ontworpen grote otec-planten geen significante toename van de biologische groei zullen veroorzaken. Dit model zal belangrijk zijn voor ontwikkelaars en toezichthouders als commerciële otec zich ontwikkelt.
voor meer informatie en prijzen kunt u contact opnemen met: