konstnärlig återgivning av en 10mW otec anläggning.
Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) är en process som kan producera el genom att använda temperaturskillnaden mellan djupt kallt havsvatten och varmt tropiskt ytvatten. Otec-anläggningar pumpar stora mängder djupt kallt havsvatten och ytvatten för att driva en kraftcykel och producera el. OTEC är fast kraft (24/7), en ren energikälla, miljömässigt hållbar och kan ge massiva energinivåer.nyligen har högre elkostnader, ökad oro för global uppvärmning och ett politiskt engagemang för energisäkerhet gjort initial otec-kommersialisering ekonomiskt attraktiv i tropiska ösamhällen där en hög andel elproduktion är oljebaserad. Även inom USA är denna ömarknad mycket stor; globalt är den många gånger större. När otec-tekniken mognar bör den bli ekonomiskt attraktiv i sydöstra USA.
Makai har varit banbrytande otec-forskning sedan arbetet med den första kraftproducerande anläggningen 1979. Sedan dess har Makai varit en under-eller huvudentreprenör för dussintals unika forsknings-och utvecklingskontrakt i OTEC. Makai har tidigare arbetat med Lockheed Martin och andra för att utveckla 100MW OTEC-växter för ösamhällen som Hawaii och Guam.
Klicka här för att lära dig mer om vår otec grid-connection ceremoni.
Makai har utvecklat internationellt erkänd expertis inom otec inom kommersiella och pilotanläggningar, övergripande teknisk och ekonomisk modellering, värmeväxlardesign och testning, kallvattenrördesign och distribution, miljöeffekter (hydro – och bio-plume modellering) och strömkabeln till land.
varför har USA Detta forskningscenter för havsenergi?
Ocean Energy Research Center i Kailua-Kona, Hawaii
- havsvatten luftkonditionering (SWAC)
- Marina värmeväxlare för andra tillämpningar
- Marin Korrosionsforskning.
OERC är den enda forskningsanläggningen i sitt slag med kontinuerlig tillgång till grunt och djupt havsvatten. En turbingenerator har installerats för att slutföra OERC: s landbaserade otec-kraftverk, som levererar otec-kraft med sluten cykel till nätet för första gången i USA: s historia från och med sensommaren 2015.
- Pipelines: pågående forskning och design av kallvattenrör.
- miljöeffekter: Flera urladdningsvatten hydro-och bio-plume studier.
Vad görs på OERC?
otec Power Plant Operation
Makai lade till en 100 kW turbingenerator till OERC i augusti 2015. Detta är för närvarande den största nätanslutna otec-anläggningen i världen. Detta fullt fungerande otec kraftverk ger flera fördelar:
- utveckling av otec power control and automation systems
- Mät den faktiska kontra förutsagda effekten
- använd långsiktiga operativa data för att förbättra framtida kommersiella otec-anläggningsdesigner och kostnadsprognoser
otec och Marine värmeväxlare testning
A grundläggande sluten cykel otec anläggning visas i figuren ovan. Varmt havsvatten passerar genom en förångare och förångar arbetsvätskan, ammoniak. Ammoniakångan passerar genom en turbin som förvandlar en generator som gör El. Den lägre tryckångan lämnar turbinen och kondenserar i kondensorn ansluten till ett flöde av djupt kallt havsvatten. Den flytande ammoniaken lämnar kondensorn och pumpas till förångaren för att upprepa cykeln.Ocean Energy Research Center (OERC) är ett viktigt verktyg för utveckling och testning av kandidat otec värmeväxlare. Värmeväxlare kommer att vara den enskilt dyraste komponenten i en kommersiell offshore otec-anläggning och därmed optimera deras kostnad, livslängd och prestanda är avgörande för OTECS ekonomiska framgång. Driftsförhållandena för otec värmeväxlare är unika och en optimal design har ännu inte utvecklats.
OERC gör det möjligt för otec-ingenjörer att snabbt designa, bygga och testa otec-värmeväxlare på en operativ landbaserad otec-anläggning, vilket ger den feedback som är nödvändig för optimering. Makai använder en unik otec-analysprogramvara för att designa värmeväxlare som står för livslängd, prestanda (värmeöverföring och pumpeffektivitet) och kostnad (tillverkning och effekt på plattformen) för att möjliggöra sann optimering. Makai håller på att skala upp en design för en billig, kompakt, korrosionsbeständig design som kan revolutionera otec värmeväxlare. Dessutom tillhandahåller Makai objektiva prestandatesttjänster till andra otec-ingenjörsföretag för flera värmeväxlare samtidigt.
vad är framtiden för OERC?
Makai ’ S Ocean Energy Research Center kommer att fortsätta att fungera som den främsta testbädden för otec-teknik och en plattform för samarbete med det internationella otec-samhället. Makai är en leverantör av ingenjörstjänster, och därmed arbetar vi med flera otec-projektutvecklare för att ge objektiv teknisk vägledning på alla nivåer, från teknisk och ekonomisk genomförbarhet till komponentdesign. Slutligen kommer driften av en landbaserad otec-anläggning av Makai att ge ovärderlig kunskap och expertis för nästa steg i otec-kommersialisering: byggandet av en storskalig pilotanläggning.
fördelar och möjligheter med OTEC
OTEC är på många sätt en mycket attraktiv lösning på amerikanska energifrågor (energisäkerhet, prisvolatilitet, ohållbar försörjning, klimatförändringar och miljörisker):
- enorm resurs: OTEC är solenergi, med hjälp av oceanerna som ett termiskt lagringssystem för energiförsörjning, energiförsörjning och 24-timmars produktion. Till skillnad från andra förnybara energikällor är den maximala tillgängliga energin från OTEC inte begränsad av land, strandlinjer, vatten, miljöpåverkan, mänsklig påverkan etc.
- Baslastkraft: OTEC producerar el kontinuerligt, 24 timmar om dygnet under hela året. Intermittenta förnybara energikällor är inte basbelastning och kräver ofta lagring av sin energi under toppproduktionstimmar för senare konsumtion. Stora, baslastade otec-anläggningar kan faktiskt börja ersätta fossila bränsleeldade kraftverk utan att kompromissa med nätstabiliteten.
- Dispatchable Power: OTEC är dispatchable, vilket innebär att dess makt kan ramped upp och ner snabbt (på några sekunder) för att kompensera för fluktuerande effektbehov eller utbud från intermittenta förnybara energikällor. Av denna anledning kompletterar OTEC andra förnybara energikällor som sol och vind, och kan möjliggöra ytterligare penetration på nätet samtidigt som det bidrar till att bibehålla stabiliteten.
- säkerhet: OTEC erbjuder möjligheten att knacka på en enorm energiresurs som inte kontrolleras av andra nationer.
- förnybar: OTEC tros konservativt vara hållbart vid fyra eller flera gånger människans nuvarande totala elektriska energiproduktion.
- ren energi: OTEC har potential att vara en mycket ren alternativ energi – unik för en fast kraftkälla som kan ge massiva energibehov. Miljörisken med OTEC är mycket låg.
- Offshore: otec-produktion sker offshore. Markresurser behövs inte annat än för landning på land. OTEC konkurrerar inte om andra viktiga resurser som mat och färskvatten.
- låg Risk: konventionell sluten cykel OTEC är en låg risk
problemet med denna anmärkningsvärda förnybara energi är kostnad. För närvarande kan otec-anläggningar byggas som kommer att vara ekonomiskt attraktiva för Hawaii, Puerto Rico och Guam (med elektriska priser strax över tjugo cent per kWh-intervall utan energikrediter). Makai Ocean Engineering utförde en studie för Office of Naval Research som tittade på en offshore OTEC-industri som gav energi till kontinentala USA via ammoniak som energibärare. Dessa framtida otec-priser är något höga, men nära att konkurrera med andra förnybara energikällor och med överlappande felmarginaler.
vinnarna: Ösamhällen, USA. Försvarsdepartementet (som har varit starka anhängare av OTEC och vill ha mindre otec-anläggningar för basplatser) och den amerikanska allmänheten. En mogen och välutvecklad otec-industri (som kommer att existera efter att ha byggt dussintals otec-växter bara för att ge de amerikanska tropiska öarna) är en enorm backupteknik, eftersom USA backar in i ett energihörn och blir mer beroende av kärnkraft och rent kol för att uppfylla våra icke-oljebehov. Dessa tekniker kommer med enorma miljörisker. Biomassa, vind och sol kan i vissa fall ge lägre kostnad energi, men dessa är begränsade i den totala mängden energi som levereras. Att ha OTEC som ett lönsamt och kostnadseffektivt konkurrenskraftigt alternativ skulle vara en mycket hälsosam position för USA.
den senaste utvecklingen
sedan 2008 ökade energipriser, miljöhänsyn och ny avdelning för marinens energipolitik ledde till statligt och kommersiellt stöd för att förbättra viktiga otec-tekniker. Samtidigt återupplivade Makai Ocean Engineering och Lockheed Martin sitt tidigare otec-stöd från 1970-talet och riktade interna r&d-resurser för att skapa ett otec-teknikutvecklingsteam.
- Lockheed uppfann en unik glasfiber kallvattenrör tillverkningsteknik, vilket ledde till ett samarbetsfinansierat Department of Energy-projekt.
- Navfac (Navfac) genomförde ett konkurrenskraftigt bud under 2009 för företag att utveckla otec-anläggningskonstruktioner avsedda för tropiska marinbaser. Makai och Lockheed Martin vann detta projekt och har raffinerat mönster för att uppfylla NAVFAC-kraven.
- Office of Naval Research (ONR) och NAVFAC har gemensamt finansierat byggandet av en ny otec värmeväxlare testanläggning. Makai Ocean Engineering är designer och entreprenör för denna anläggning, och kommer att genomföra prestanda och korrosionstestning av flera värmeväxlare mönster byggs av flera olika företag. Denna insats stöds också av staten Hawaii.
Ben Markus från Hawaii Public Radio publicerar berättelse” Ocean Power får nytt liv”om OTEC R&d av Makai och Lockheed Martin.
värmeväxlare tillverkning och R&d anläggning
i slutet av 2016 slutförde Makai installationen av sofistikerad avancerad tillverkningsutrustning för snabb prototypning och tillverkning av värmeväxlare av marin kvalitet vid vårt Ocean Energy Research Center på Natural Energy Lab of Hawaii Authority (NELHA) campus. Detta projekt möjliggjordes av bidrag från Office of Naval Research (ONR) i samarbete med University of Hawaii Hawaii Natural Energy Institute (UH-HNEI), med matchande medel från High Technology Development Corporations Manufacturing Assistance Program (MAP).
denna nya, toppmoderna anläggning har avancerad tillverkningsutrustning som ska användas vid tillverkning av helt nya och innovativa värmeväxlarkonstruktioner. Förutom att betjäna Ocean thermal energy conversion (OTEC) kraftverk kan dessa värmeväxlarenheter användas i en mängd olika applikationer, inklusive:
- havsvatten och sjövattenkylning för kraftverk,
- flytande naturgas (LNG) kondensering,
- pappersmassabruk,
- stål – och järnmalmsbruk,
- mat & dryckesbearbetningsanläggningar,
- petrokemiska anläggningar,
- avsaltning och
- kylning ombord-speciellt för den amerikanska flottan.
med en alltmer Elektrifierad befolkning och oro över energieffektivitet och koldioxidavtryck som ökar över hela världen letar industriella och militära användare efter sätt att effektivisera användningen av sina termiska energiresurser. Makais nya värmeväxlare utvecklas för att möta dessa krav.
Makais engagemang i otec-relaterad forskning
Makai har ett långt och intensivt engagemang med OTEC. Tabellen nedan visar OTEC-projekt som sträcker sig över 30 år från den första nätkraftproducerande otec-anläggningen 1979 med Lockheed Martin och delstaten Hawaii.
navigera
Makai var involverad med Lockheed Martin och US Navy i fokus på kommersiell utveckling av 100MW otec-anläggningar för ösamhällen som hawaii och Guam 2009. Vi har betydande program i värmeväxlare design och testning, plym modellering, kraftmodul design, växt layout, kallt vatten rör hantering och distribution, en pilot anläggning design, analysera strömkabeln till stranden, och bioplume modellering.
Makai har utnyttjats från vår otec SBIR-studie utförd för ONR och hanterad av NAVFAC från 2005-2008 (projekt #10 i tabellen ovan) som erkände otecs potential i dagens energimarknad och klimatkris. Den studien utvecklade en detaljerad utvärdering av kortsiktiga flytande otec-anläggningar som tillhandahåller el till land och en långsiktig otec-industri som tillverkar en energibärare för kontinentala USA. Initiala anläggningsdesign och analysverktyg utvecklades som är viktiga designverktyg som används idag i otec-planering. En utvecklingsvägskarta skapades som nu implementeras. De efterföljande projekten, punkterna 1-9, har varit en direkt följd av detta tidigare SBIR-arbete. I maj 2010 fick Makai från Small Business Administration utmärkelsen Region IX Contractor Of The Year 2010 för vårt arbete med detta otec-projekt och utnyttja det i OTEC-programmet som pågår idag.
under detta ONR SBIR-arbete insåg Makai att vi behövde en stor partner i denna utveckling och vi kontaktade Lockheed Martin (vi arbetade tidigare tillsammans på Mini OTEC 1979). Vi kunde därmed utnyttja vår entusiasm, otec-erfarenhet och analytiska verktyg genom att anpassa oss till Lockheed Martin Corporation. I detta teaming-arrangemang fokuserade vi på ett tillvägagångssätt för att utveckla världens första stora kommersiella otec-anläggning på 100MW. En otec-anläggning av denna storlek har ännu inte byggts. En mindre pilotanläggning visas i figuren ovan.
otec Cold Water Pipe Gripper tester vid Makai Ocean Engineering
en 100 MW flytande otec-anläggning designades för NAVFAC-studien. I en offshore flytande otec-anläggning dras djupt, kallt havsvatten genom en vertikal glasfiberrörledning från ett djup av 1000 meter (3300 fot). Denna kallvattenledning skulle ha en diameter på 10 meter (33 fot) och dess vikt i vatten skulle vara över 2,1 miljoner kilo (2300 ton). Detta rör saknar motstycke i offshore-industrin och Lockheed Martin har utvecklat en metod för att tillverka detta glasfiberrör på en flytande OTEC-plattform till sjöss.en stor teknisk utmaning är dock hur man säkert sänker denna stora, flexibla och känsliga rörledning ner i havet eftersom den är tillverkad sektion för sektion på plattformens däck. Makai har utformat ett system för att utföra denna uppgift, och en 1/20th skala modell har byggts och testats på Makai Research Pier.
apparaten består av två ”Gripare”, så kallade på grund av hur de stöder rörets vikt genom att gripa på rörets utsida. Dessa Gripare klämmer på rörets utsida från alla sidor och håller rörledningens vertikala vikt genom Kevlar-förstärkta gummikuddar med friktion. De två griparna är identiska i strukturen förutom att den nedre griparen rör sig upp och ner med hydraulcylindrar och den övre griparen är fäst vid plattformen. Griparna sänker rörledningen genom en överlämningssekvens där griparna överför vikten fram och tillbaka; endast en gripare måste pressas på röret hela tiden.
stora problem som beaktas i konstruktionen inkluderar att krossa röret och släppa röret. Alla dessa problem löstes med den design som utvecklats av Makai. Rigorösa tester av denna modell visade att griparna på ett tillförlitligt sätt kan stödja och sänka röret (och till och med hålla röret utan ström!) och Gripare har konstruerats för både 10 MW och 100 MW otec-anläggningar baserat på dessa lärdomar.
otec värmeväxlare testanläggning vid NELHA
en testanläggning har byggts vid Natural Energy Laboratory av hawaii (NELHA), på den stora ön Hawaii. NELHA är en statligt ägd affärsteknikpark som ger varmt och kallt havsvatten till sina hyresgäster. Det djupa havsvattnet erhålls via en 620 meter djup 40″ inloppsrörledning eller en 914 meter djup 55″ rörledning. NELHA kan förse totalt 26 000 GPM kallt havsvatten, med motsvarande varmt vattenflöden. Ingen annan anläggning i världen kan ge så stora flöden av djupt havsvatten.
värmeväxlartestanläggningen är ett 40 ’högt torn som stöder upp till tre olika förångare, tre olika kondensatorer, 24″ havsvattenrör och ett exakt instrumenterat ammoniakvätskesystem med två pumpar och tryckkärl. Testanläggningen gör det möjligt för Makai att mäta prestanda för förångare och kondensatorer, som en funktion av vattenhastighet, temperaturskillnad och ammoniakflöde. Figuren till höger visar anläggningen under uppbyggnad i mitten av oktober 2010, delar av dessa system är synliga.
NAVFAC och ONR sponsrade anläggningen eftersom det är mer kostnadseffektivt att testa värmeväxlarens prestanda på land, snarare än att ådra sig de höga tillfälliga kostnaderna för att installera dem i ett flytande fartyg med sitt förtöjningssystem. Korrekt utformad” liten ” skala testning kan utföras eftersom otec värmeväxlare är modulära komponenter. Till exempel kommer en prototyp värmeväxlare vid anläggningen har något mindre än en kvadratmeter i tvärsnitt, har en höjd som sträcker sig från 2 – 8 meter lång, och kommer att kräva en typisk konstruktion havsvatten flöde av 0,25 m3/sek (4000 gpm). Anläggningen gör det möjligt för oss att noggrant bekräfta en värmeväxlares förutsagda prestanda och validera senare designarbete för mycket större anläggningar.
ladda ner NELHA Facilities Brochure
otec Hydrodynamic Plume Model at Makai
Makai har nyligen utvecklat en numerisk hydrodynamisk modell för att bedöma de fysiska effekterna av otec-utsläpp i havsmiljön med finansiering från National Defense center of excellence för forskning inom havsvetenskap. Med tanke på att inga otec-växter har konstruerats är det osäkert hur den närliggande havsmiljön kommer att påverkas av utsläpp av det näringsrika djupa havsvattnet. Projektets mål var att skapa en verktygssats för hållbar design av otec-anläggningar, som för en 100MW-anläggning skulle kräva 720 m3/s kallt näringsrikt havsvatten och 420 m3/s varmt ytvatten.
den 3D-hydrodynamiska modellen är baserad på EPA-godkänd Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) och är anpassad för att exakt generera de regionala flödesfälten och densitetsfälten som tillhandahålls av University of Hawaii data assimilative Regional Ocean Modeling System (ROM). Otec-växter ”infördes” i domänen med hjälp av en dynamiskt kopplad Jet-plume-modell med ändligt element, som simulerar entrainment och turbulent blandning av storskaliga plymer. Den framgångsrika utvecklingen av modellen ger de verktyg som behövs för att förutsäga effekterna av OTEC-växter i närvaro av realistiska och tidsvarierande havsförhållanden.
resultaten av ansträngningen presenterades vid NOAA: s otec Environmental workshop i juni 2010 och Institutionen för energi har finansierat en förlängning av projektet (under Marine Hydrokinetics Initiative) för att utveckla en biologisk komponent i modellen för att bedöma eventuell biostimulering som kan uppstå på grund av de näringsrika utsläppen.
ladda ner 2011 Water Power Technologies Peer Review Report
otec biologisk Plume Modell
otec biologisk plummodell
ocean Thermal Energy Conversion (otec) använder stora flöden av varmt ytvatten och kallt djupt havsvatten för att generera ren el. Det tropiska havet på en typisk otec-plats har två distinkta lager: ett varmt ytskikt med låga näringsnivåer och ett kallt djupt lager som är näringsrikt. Att introducera djupa näringsämnen i havets solbelysta övre lager kan potentiellt öka planktontillväxten eller orsaka algblomningar. Således bör havsvatten som släpps ut från en otec-anläggning återföras i havet tillräckligt djupt så att dessa näringsämnen inte utlöser biologisk tillväxt.
US Department of Energy har släppt en rapport som beskriver den simulerade biologiska effekten från drift av stora otec-anläggningar. Studien utfördes av Makai Ocean Engineering under ett kostnadsdelat bidrag och kan laddas ner här. Denna rapport har granskats av DoE Peer Review för Marine & hydrokinetiska Energianordningar på sidorna xii och 167 här.
denna nya programvara är det mest sofistikerade verktyget för modellering av otec: s miljöeffekter hittills. När den körs med en otec-anläggning kan modellen bestämma storlek, djup och flöden av otec-anläggningens havsvattenutsläpp som skulle minimera planktonökningar. I alla fall modellerade i Hawaiiska vatten inträffade ingen ökning av planktonnivåerna i de övre 40 meter (130 fot) av havet. Från 40 till 120 meter (130 – 400 ft) är otec-inducerad planktontillväxt låg och väl inom den naturligt förekommande variationen. Dessa resultat tyder på att lämpligt utformade stora otec-växter inte kommer att orsaka någon signifikant ökning av biologisk tillväxt. Denna modell kommer att vara viktig för utvecklare och tillsynsmyndigheter när kommersiell OTEC utvecklas.
För mer information och priser, kontakta: