predarea artistică a unei uzine OTEC de 10 MW.
conversia energiei termice oceanice (OTEC) este un proces care poate produce energie electrică prin utilizarea diferenței de temperatură dintre apa rece adâncă a oceanului și apele tropicale calde de suprafață. Plantele OTEC pompează cantități mari de apă de mare rece adâncă și apă de mare de suprafață pentru a rula un ciclu de putere și a produce energie electrică. OTEC este o putere fermă (24/7), o sursă de energie curată, durabilă din punct de vedere ecologic și capabilă să furnizeze niveluri masive de energie.recent, costurile mai mari ale energiei electrice, preocupările crescute pentru încălzirea globală și angajamentul politic față de securitatea energetică au făcut ca comercializarea OTEC inițială să fie atractivă din punct de vedere economic în comunitățile insulare tropicale, unde un procent ridicat de producție de energie electrică se bazează pe petrol. Chiar și în SUA, această piață insulară este foarte mare; la nivel global este de multe ori mai mare. Pe măsură ce tehnologia OTEC se maturizează, ar trebui să devină atractivă din punct de vedere economic în sud-estul SUA.
Makai a fost pionierul cercetării OTEC de când a lucrat la prima centrală producătoare de energie netă în 1979. Din acel moment, Makai a fost un sub – sau prim contractor pentru zeci de contracte unice de cercetare și dezvoltare în OTEC. Makai a lucrat cu Lockheed Martin și alții în trecut, urmărind dezvoltarea plantelor OTEC de 100 MW pentru comunitățile insulare precum Hawaii și Guam.
Click aici pentru a afla mai multe despre ceremonia noastră otec grid-conectare.Makai a dezvoltat o expertiză recunoscută la nivel internațional în OTEC în domeniile proiectării instalațiilor comerciale și pilot, modelării tehnice și economice generale, proiectării și testării schimbătorului de căldură, proiectării și implementării conductelor de apă rece, efectelor asupra mediului (modelarea hidro – și bio-plume) și cablul de alimentare la țărm.
De ce SUA au acest centru de cercetare a energiei oceanice?
Centrul de cercetare a energiei oceanice din Kailua-Kona, Hawaii
- aer condiționat cu apă de mare (SWAC)
- schimbătoare de căldură Marine pentru alte aplicații
- cercetarea coroziunii Marine.
OERC este singura unitate de cercetare de acest gen cu acces continuu la apa de mare superficială și adâncă. Un generator de turbine a fost instalat pentru a finaliza centrala OTEC terestră a OERC, furnizând energie OTEC cu ciclu închis rețelei pentru prima dată în istoria SUA începând cu sfârșitul verii 2015.
- conducte: cercetare și proiectare în curs de desfășurare a conductelor de apă rece.
- efectele asupra mediului: Multiple studii hidro – și bio-Plum de apă cu descărcare.
ce se face la OERC?
funcționarea centralei OTEC
Makai a adăugat un generator de turbină de 100 kW la OERC în August 2015. Aceasta este în prezent cea mai mare fabrică OTEC conectată la rețea din lume. Această centrală electrică OTEC complet funcțională oferă mai multe beneficii:
- dezvoltarea sistemelor de control și automatizare a puterii OTEC
- măsurați puterea reală versus cea prezisă
- Utilizați date operaționale pe termen lung pentru a îmbunătăți viitoarele modele comerciale ale instalațiilor OTEC și proiecțiile costurilor
testarea schimbătorului de căldură OTEC și Marin
instalația otec cu ciclu închis de bază este prezentată în figura de mai sus. Apa de mare caldă trece printr-un evaporator și vaporizează fluidul de lucru, amoniacul. Vaporii de amoniac trec printr-o turbină care transformă un generator care produce electricitate. Vaporii de presiune mai mică părăsesc turbina și se condensează în condensator conectat la un flux de apă de mare rece adâncă. Amoniacul lichid părăsește condensatorul și este pompat în evaporator pentru a repeta ciclul.Ocean Energy Research Center (OERC) este un instrument esențial pentru dezvoltarea și testarea schimbătoarelor de căldură otec candidate. Schimbătoarele de căldură vor fi cea mai scumpă componentă dintr-o uzină comercială OTEC offshore și, astfel, optimizarea costurilor, longevității și performanței acestora sunt esențiale pentru succesul economic al OTEC. Condițiile de funcționare ale schimbătoarelor de căldură OTEC sunt unice, iar un design optim nu a fost încă dezvoltat.
OERC permite inginerilor OTEC să proiecteze, să construiască și să testeze rapid schimbătoarele de căldură OTEC pe o instalație operațională OTEC terestră, oferind feedback-ul necesar pentru optimizare. Makai utilizează un software unic de analiză a plantelor OTEC pentru a proiecta schimbătoare de căldură care reprezintă durata de viață, performanța (transferul de căldură și eficiența pompării) și costul (fabricarea și efectul pe platformă), pentru a permite optimizarea adevărată. Makai este în proces de extindere a unui design pentru un design ieftin, compact, rezistent la coroziune, care ar putea revoluționa schimbătoarele de căldură OTEC. În plus, Makai oferă servicii obiective de testare a performanței altor firme de inginerie OTEC pentru mai multe schimbătoare de căldură simultan.
care este viitorul OERC?
Centrul de cercetare Ocean Energy Makai va continua să servească drept platformă de testare premier pentru tehnologia OTEC și o platformă de colaborare cu comunitatea internațională OTEC. Makai este un furnizor de servicii de inginerie și, prin urmare, lucrăm cu mai mulți dezvoltatori de proiecte OTEC pentru a oferi îndrumări tehnice obiective la toate nivelurile, de la inginerie și fezabilitate economică până la proiectarea componentelor. În cele din urmă, funcționarea unei uzine OTEC pe uscat de către Makai va oferi cunoștințe și expertiză neprețuite pentru următorul pas în comercializarea OTEC: construcția unei uzine pilot pe scară largă.
beneficiile și oportunitățile OTEC
OTEC este în multe privințe o soluție foarte atractivă pentru problemele energetice din SUA (securitatea energetică, volatilitatea prețurilor, aprovizionarea nesustenabilă, schimbările climatice și riscurile de mediu):
- resursă imensă: OTEC este energia solară, folosind oceanele ca sistem de stocare termică pentru producție de 24 de ore. Spre deosebire de alte energii regenerabile, energia maximă disponibilă de la OTEC nu este limitată de uscat, țărmuri, apă, impact asupra mediului, impact uman etc.
- puterea de încărcare de bază: OTEC produce energie electrică în mod continuu, 24 de ore pe zi pe tot parcursul anului. Sursele intermitente de energie regenerabilă nu sunt de bază și necesită adesea stocarea energiei lor în timpul orelor de vârf de producție pentru consumul ulterior. Centralele OTEC mari, cu încărcare de bază, ar putea începe de fapt să înlocuiască centralele electrice pe bază de combustibili fosili, fără a compromite stabilitatea rețelei.
- putere Dispecabilă: OTEC este dispecabil, ceea ce înseamnă că puterea sa poate fi accelerată în sus și în jos rapid (în câteva secunde) pentru a compensa cererea sau oferta fluctuantă de energie din surse regenerabile intermitente. Din acest motiv, OTEC este complementar cu alte surse regenerabile, cum ar fi energia solară și eoliană, și ar putea permite pătrunderea în continuare a rețelei, contribuind în același timp la menținerea stabilității acesteia.
- securitate: OTEC oferă posibilitatea de a exploata o resursă imensă de energie care nu este controlată de alte națiuni.
- regenerabil: OTEC este considerat Conservator a fi durabil la patru sau mai multe ori producția totală de energie electrică a omului.
- energie curată: OTEC are potențialul de a fi o energie alternativă foarte curată – unică pentru o sursă de energie fermă capabilă să furnizeze nevoi masive de energie. Riscul de mediu cu OTEC este foarte scăzut.
- Offshore: producția OTEC are loc în larg. Resursele funciare nu sunt necesare decât pentru aterizarea pe țărm. OTEC nu concurează pentru alte resurse vitale, cum ar fi alimentele și apa dulce.
- risc scăzut: ciclul închis convențional OTEC este un risc scăzut
problema cu această energie regenerabilă remarcabilă este costul. În prezent, pot fi construite fabrici OTEC care vor fi atractive din punct de vedere economic pentru Hawaii, Puerto Rico și Guam (la rate electrice puțin peste douăzeci de cenți pe kWh fără credite de energie). Makai Ocean Engineering a efectuat un studiu pentru biroul de Cercetări navale privind o industrie otec offshore care furnizează energie SUA continentale prin amoniac ca purtător de energie. Aceste viitoare prețuri OTEC sunt ușor ridicate, dar aproape de a concura cu alte surse regenerabile de energie și cu marje de eroare care se suprapun.
câștigătorii: comunitățile insulare, S. U. A. Departamentul Apărării (care au fost susținători puternici ai OTEC și doresc uzine OTEC mai mici pentru locațiile de bază) și publicul american. O industrie OTEC matură și bine dezvoltată (care va exista după construirea a zeci de centrale OTEC doar pentru a furniza insulele tropicale din SUA) este o tehnologie de rezervă extraordinară, deoarece SUA se sprijină într-un colț energetic și devine mai dependentă de cărbune nuclear și curat pentru a ne îndeplini nevoile non-petroliere. Aceste tehnologii prezintă un risc enorm pentru mediu. Biomasa, energia eoliană și energia solară pot furniza, în unele cazuri, energie cu costuri mai mici, dar acestea sunt limitate în cantitatea totală de energie livrată. Având OTEC ca o alternativă viabilă și competitivă a costurilor ar fi o poziție foarte sănătoasă pentru SUA.
evoluții recente
Din 2008, creșterea prețurilor la energie, preocupările de mediu, și noul departament al politicii energetice Marinei a condus la guvern și sprijin comercial pentru a îmbunătăți tehnologiile-cheie OTEC. În același timp, Makai Ocean Engineering și Lockheed Martin și-au reaprins sprijinul OTEC anterior din anii 1970 și au direcționat resursele interne R&D pentru a crea o echipă de dezvoltare tehnologică OTEC.
- Lockheed a inventat o tehnologie unică de fabricare a conductelor de apă rece din fibră de sticlă, care a condus la un proiect finanțat în cooperare de Departamentul de energie.
- Comandamentul de Inginerie a instalațiilor navale (NAVFAC) a efectuat o ofertă competitivă în cursul anului 2009 pentru ca companiile să dezvolte modele de instalații OTEC destinate bazelor navale tropicale. Makai și Lockheed Martin au câștigat acest proiect și au perfecționat modele pentru a îndeplini cerințele NAVFAC.
- Biroul de Cercetări navale (ONR) și NAVFAC au finanțat în comun construcția unei noi instalații de testare a schimbătorului de căldură OTEC. Makai Ocean Engineering este proiectantul și contractantul pentru această facilitate și va efectua teste de performanță și coroziune a mai multor modele de schimbătoare de căldură construite de mai multe firme diferite. Acest efort este susținut și de statul Hawaii.
Ben Markus de la Hawaii Public Radio publică povestea „Ocean Power Gains new Life” În ceea ce privește OTEC r&D de Makai și Lockheed Martin.
schimbător de căldură de fabricație și R&D facilitate
la sfârșitul anului 2016, Makai a finalizat instalarea de echipamente sofisticate avansate de fabricație pentru prototiparea rapidă și fabricarea schimbătoarelor de căldură de calitate marină la centrul nostru de cercetare a energiei oceanice din campusul Natural Energy Lab of Hawaii Authority (NELHA). Acest proiect a fost posibil prin granturi de la Biroul de Cercetări navale (ONR) în parteneriat cu Universitatea din Hawaii Hawaii Natural Energy Institute (UH-HNEI), cu fonduri potrivite din programul de asistență pentru producție (MAP) al High Technology Development Corporation.
această instalație nouă, de ultimă generație, oferă echipamente avansate de fabricație pentru a fi utilizate în fabricarea de modele complet noi și inovatoare de schimbătoare de căldură. În plus față de deservirea centralelor electrice de conversie a energiei termice oceanice (OTEC), aceste unități de schimbător de căldură pot fi utilizate într – o varietate de aplicații, inclusiv:
- apă de mare și răcire cu apă de lac pentru centrale electrice,
- lichefierea gazelor naturale lichide (GNL),
- fabrici de celuloză de hârtie,
- oțel și mori de minereu de fier,
- alimente &
- instalații petrochimice,
- desalinizare și
- răcire la bordul navei-în special pentru Marina SUA.
cu o populație din ce în ce mai electrificată și preocupările legate de eficiența energetică și amprenta de carbon în creștere la nivel mondial, utilizatorii industriali și militari caută modalități de utilizare mai eficientă a resurselor lor de energie termică. Noile schimbătoare de căldură Makai sunt dezvoltate pentru a răspunde acestor cerințe.
implicarea Makai în cercetare legate de OTEC
Makai are o implicare lungă și intensă cu OTEC. Tabelul de mai jos prezintă proiectele OTEC care se întind pe 30 de ani, datând de la prima fabrică OTEC producătoare de energie electrică netă în 1979 cu Lockheed Martin și statul Hawaii.
navigarea
a fost implicat cu Lockheed Martin și Marina SUA în concentrându-se pe dezvoltarea comercială a plantelor otec 100MW pentru comunitățile insulare, cum ar fi Hawaii și GUAM în 2009. Avem programe semnificative în proiectarea și testarea schimbătorului de căldură, modelarea penei, proiectarea modulului de alimentare, dispunerea instalației, manipularea și desfășurarea conductelor de apă rece, proiectarea instalației pilot, analizarea cablului de alimentare la țărm și modelarea bioplumelor.
Makai a fost valorificat din studiul nostru OTEC SBIR realizat pentru ONR și gestionat de NAVFAC în perioada 2005-2008 (proiectul #10 din tabelul de mai sus) care a recunoscut potențialul OTEC pe piața energetică actuală și pe criza climatică. Acest studiu a dezvoltat o evaluare detaliată a centralelor OTEC plutitoare pe termen scurt care furnizează energie electrică la țărm și o industrie OTEC pe termen lung care produce un purtător de energie pentru SUA continentale. Au fost dezvoltate proiecte inițiale de plante și instrumente analitice, care sunt instrumente majore de proiectare utilizate astăzi în planificarea OTEC. A fost creată o foaie de parcurs pentru dezvoltare, care este acum implementată. Proiectele ulterioare, punctele 1-9, au fost o consecință directă a acestei lucrări anterioare SBIR. În mai 2010, Makai a primit de la Small Business Administration Premiul Regiunea IX contractantul anului în 2010 pentru munca noastră la acest proiect OTEC și valorificarea acestuia în programul OTEC care este în curs de desfășurare astăzi.
pe parcursul acestei lucrări ONR SBIR, Makai și-a dat seama că avem nevoie de un partener major în această dezvoltare și am abordat Lockheed Martin (anterior am lucrat împreună la Mini OTEC în 1979). Astfel, am reușit să ne valorificăm entuziasmul, experiența OTEC și instrumentele analitice, aliniindu-ne cu Lockheed Martin Corporation. În acest aranjament de echipă ne-am concentrat pe o abordare pentru a dezvolta prima fabrică comercială majoră OTEC din lume la 100MW. O fabrică OTEC de această dimensiune nu a fost încă construită. O instalație pilot mai mică este prezentată în figura de mai sus.
OTEC teste de prindere a conductelor de apă rece la Makai Ocean Engineering
o instalație otec plutitoare de 100 MW a fost proiectată pentru studiul NAVFAC. Într-o instalație OTEC plutitoare offshore, apa de mare adâncă și rece este trasă printr-o conductă verticală din fibră de sticlă de la o adâncime de 1000 de metri (3300 de picioare). Această conductă de apă rece ar avea un diametru de 10 metri (33 picioare), iar greutatea sa în apă ar fi de peste 2,1 milioane de kilograme (2300 tone). Această țeavă este fără precedent în industria offshore, iar Lockheed Martin a dezvoltat o metodă de fabricare a acestei țevi din fibră de sticlă în timp ce se afla pe o platformă otec plutitoare pe mare.cu toate acestea, o provocare majoră de inginerie este cum să coborâți în siguranță această conductă mare, flexibilă și delicată în ocean, deoarece este fabricată secțiune cu secțiune pe puntea platformei. Makai a proiectat un sistem pentru a îndeplini această sarcină, iar un model la scară 1/20 a fost construit și testat la digul de cercetare Makai.
aparatul este format din două „dispozitive de prindere”, numite astfel datorită modului în care susțin greutatea țevii prin prinderea pe exteriorul țevii. Aceste dispozitive de prindere se strâng pe exteriorul țevii din toate părțile și mențin greutatea verticală a conductei prin tampoane de cauciuc armate cu Kevlar folosind frecare. Cele două dispozitive de prindere au o structură identică, cu excepția faptului că dispozitivul de prindere inferior se deplasează în sus și în jos folosind cilindri hidraulici, iar dispozitivul de prindere superior este fixat pe platformă. Dispozitivele de prindere coboară conducta printr-o secvență de predare în care dispozitivele de prindere transferă greutatea înainte și înapoi; un singur dispozitiv de prindere trebuie să fie strâns pe țeavă în orice moment.preocupările majore luate în considerare în proiectare includ zdrobirea țevii și căderea țevii. Toate aceste preocupări au fost rezolvate cu designul dezvoltat de Makai. Testarea riguroasă a acestui model a arătat că dispozitivele de prindere pot susține și coborî în mod fiabil conducta (și chiar pot ține conducta fără alimentare!) și dispozitivele de prindere au fost proiectate atât pentru instalațiile OTEC de 10 MW, cât și pentru cele de 100 MW pe baza acestor lecții învățate.
facilitatea de testare a schimbătorului de căldură OTEC la NELHA
o instalație de testare a fost construită la laboratorul de energie naturală din Hawaii (nelha), pe insula mare din Hawaii. NELHA este un parc tehnologic de afaceri de stat care oferă apă de mare caldă și rece chiriașilor lor. Apa de mare adâncă este obținută printr-o conductă de admisie de 620 de metri adâncime de 40″ sau o conductă de 914 metri adâncime de 55″. NELHA poate furniza un total de 26.000 gpm apă de mare rece, cu fluxuri de apă caldă corespunzătoare. Nicio altă instalație din întreaga lume nu poate furniza fluxuri atât de mari de apă de mare adâncă.
instalația de testare a schimbătorului de căldură este un turn înalt de 40’care suportă până la trei evaporatoare diferite, trei condensatoare diferite, conducte de apă de mare de 24″ și un sistem de conducte de fluid de lucru cu amoniac instrumentat cu precizie, cu două pompe și vase sub presiune. Facilitatea de testare permite Makai să măsoare performanța evaporatoarelor și condensatoarelor, în funcție de viteza apei, diferența de temperatură și debitul de amoniac. Figura din dreapta arată instalația în construcție la mijlocul lunii octombrie 2010, porțiuni din aceste sisteme sunt vizibile.
NAVFAC și ONR au sponsorizat instalația deoarece este mai rentabil să se testeze performanța schimbătoarelor de căldură pe uscat, mai degrabă decât să se suporte costurile accidentale ridicate ale instalării lor într-o navă plutitoare cu sistemul său de ancorare. Testarea la scară „mică” concepută corespunzător poate fi efectuată deoarece schimbătoarele de căldură OTEC sunt componente modulare. De exemplu, un schimbător de căldură prototip la instalație va avea puțin mai puțin de un metru pătrat în secțiune transversală, va avea o înălțime cuprinsă între 2 și 8 metri înălțime și va necesita un debit tipic de apă de mare de 0,25 m3/sec (4000 gpm). Facilitatea ne va permite să confirmăm cu atenție performanța prevăzută a unui schimbător de căldură, validând lucrările de proiectare ulterioare pentru instalații mult mai mari.
descarcati brosura facilitatilor NELHA
modelul hidrodinamic OTEC la Makai
Makai a dezvoltat recent un model hidrodinamic numeric pentru a evalua impacturile fizice ale evacuarilor OTEC in mediul oceanic cu finanțare de la Centrul Național de excelență în apărare pentru cercetare în științele oceanice. Având în vedere că nu au fost construite plante OTEC, nu este sigur modul în care mediul oceanic din apropiere va fi afectat de descărcarea apei adânci bogate în nutrienți. Scopul proiectului a fost de a crea un set de instrumente de utilizat pentru proiectarea durabilă a plantelor OTEC, care pentru o instalație de 100 MW ar necesita 720 m3/s de apă de mare bogată în nutrienți reci și 420 m3/s de ape calde de suprafață.
modelul 3D-hidrodinamic se bazează pe codul de dinamică a fluidelor de mediu aprobat de EPA (EFDC) și este personalizat pentru a genera cu precizie câmpurile de flux regionale și câmpurile de densitate furnizate de sistemul regional de modelare a oceanelor (ROMS) al Universității din Hawaii. Plantele OTEC au fost” inserate ” în domeniu folosind un model de jet-plume cu element finit cuplat dinamic, care simulează antrenarea și amestecarea turbulentă a penelor la scară largă. Dezvoltarea cu succes a modelului oferă instrumentele necesare pentru a prezice impactul plantelor OTEC în prezența unor condiții oceanice realiste și variabile în timp.
rezultatele efortului au fost prezentate la atelierul de mediu OTEC al NOAA din iunie 2010, iar Departamentul de energie a finanțat o extindere a proiectului (în cadrul inițiativei Marine Hydrokinetics) pentru a dezvolta o componentă biologică a modelului pentru a evalua orice bio-stimulare care poate apărea din cauza deversărilor bogate în nutrienți.
descărcați raportul de evaluare inter pares 2011 Water Power Technologies
model de pană biologică OTEC
model de pană biologică otec
conversia energiei termice oceanice (Otec) folosește fluxuri mari de apă de mare de suprafață caldă și apă de mare rece adâncă pentru a genera electricitate curată. Oceanul tropical la un site tipic OTEC are două straturi distincte: un strat de suprafață cald cu niveluri scăzute de nutrienți și un strat adânc rece, bogat în nutrienți. Introducerea nutrienților adânci în straturile superioare luminate de soare ale oceanului ar putea crește creșterea planctonului sau ar putea provoca înflorirea algelor. Astfel, apa de mare evacuată dintr-o plantă OTEC ar trebui returnată în ocean suficient de adânc, astfel încât acești nutrienți să nu declanșeze creșterea biologică.Departamentul de energie al SUA a publicat un raport care descrie impactul biologic simulat al exploatării centralelor OTEC mari. Studiul a fost realizat de Makai Ocean Engineering în cadrul unui grant partajat cu costuri și poate fi descărcat aici. Acest raport a fost revizuit de către Doe Peer Review pentru Marine & dispozitive energetice Hidrokinetice la paginile xii și 167 aici.
acest nou software este cel mai sofisticat instrument pentru modelarea efectelor OTEC asupra mediului până în prezent. Când este rulat cu o instalație OTEC, modelul poate determina dimensiunea, adâncimea și fluxurile descărcărilor de apă de mare ale instalației OTEC care ar reduce la minimum creșterile planctonului. În toate cazurile modelate în apele Hawaiene, nu a avut loc nicio creștere a nivelurilor de plancton în partea superioară de 40 de metri (130 ft) a oceanului. De la 40 la 120 de metri (130 – 400 ft) creșterea planctonului indusă de OTEC este scăzută și se încadrează bine în variabilitatea naturală. Aceste rezultate sugerează că plantele OTEC mari proiectate corespunzător nu vor determina o creștere semnificativă a creșterii biologice. Acest model va fi important pentru dezvoltatori și autoritățile de reglementare pe măsură ce otec comercial se dezvoltă.
pentru mai multe informații și prețuri, contactați: