Мұхит энергиясын пайдалану: Жылу айырмашылығы негізінде электр энергиясын өндіру

Кіріспе

Мұхиттан энергия алу

Мұхит жылу энергиясын айналдыру (ОТЭК) – мұхиттың жылы беттік сулары мен салқын терең сулары арасындағы температура айырмасын пайдаланып, электр энергиясын өндіру үшін жылу қозғалтқышын іске қосатын жаңартылатын энергия технологиясы. Бұл таза энергия өндірудің ерекше түрі, ол тұрақты және үздіксіз энергия көзін қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. ОТЭК шешілуі керек қиындықтарына қарамастан, терең мұхит суына қол жеткізілетін тропикалық аймақтарда таза энергияның тұрақты және үздіксіз көзін ұсыну әлеуетіне ие.

Сипаттама

OTEC мұхиттың суық терең және жылы беттік сулары арасындағы жылу градиентін пайдаланып, жылу қозғалтқышын іске қосып, пайдалы жұмыс жасайды, әдетте электр энергиясы түрінде. OTEC өте жоғары қуат коэффициентімен жұмыс істей алады және осылайша, базалық жүктеме режимінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Солтүстік Атлант мұхиты мен Оңтүстік мұхитының белгілі бір аймақтарында мұхит бетіндегі судың суық атмосферамен әрекеттесуінен пайда болған тығыз суық су массалары терең теңіз алаптарына батып, термохалиндік айналым арқылы бүкіл терең мұхитқа таралады. Терең мұхиттан көтерілетін суық су, мұхит бетіндегі судың төмен қарай ағып түсуімен толықтырылады. Мұхит энергиясының түрлері арасында OTEC базалық қуатпен қамтамасыз етуге болатын, үздіріліссіз қолжетімді жаңаруға қабілетті энергия көзі болып табылады. OTEC-тің ресурстық әлеуеті басқа мұхит энергия түрлеріне қарағанда әлдеқайда жоғары деп есептеледі. Мұхиттың жылу құрылымына әсер етпей, OTEC-тен жылына 10 000 ТВт·сағ электр энергиясын өндіруге болады. Жүйелер жабық немесе ашық циклмен жұмыс істей алады. Жабық циклды OTEC аммиак немесе R 134a сияқты, әдетте тоңазытқыш ретінде қарастырылатын жұмыс сұйықтықтарын пайдаланады. Бұл сұйықтықтардың қайнау температурасы төмен болғандықтан, жүйе генераторын қуаттандырып, электр энергиясын өндіруге қолайлы. Бүгінгі күнге дейін OTEC үшін ең көп қолданылатын жылу циклы – төмен қысымды турбинаны пайдаланатын Ранкин циклы. Ашық циклды қозғалтқыштар жұмыс сұйықтығы ретінде теңіз суының буын пайдаланады. OTEC қосалқы өнім ретінде суық суды да жеткізе алады. Оны кондиционерлеу және тоңазыту үшін қолдануға болады, ал қоректік заттарға толы терең мұхит суы биологиялық технологияларды дамытуға пайдалы. Сонымен қатар, теңіз суынан алынған тұщы су да өнім ретінде шығады.

Тарих

OTEC технологиясын дамыту және жетілдіру әрекеттері 1880 жылдары басталды. 1881 жылы француз физигі Жак Арсен д’Арсонваль мұхиттың жылу энергиясын пайдалануды ұсынды. Д’Арсонвальдың шәкірті Жорж Клод 1930 жылы Кубаның Матансас қаласында алғашқы OTEC зауытын салды. Жүйе төмен қысымды турбинамен 22 кВт электр қуатын өндірді. Кейіннен зауыт дауыл кезінде қирады. 1935 жылы Клод Бразилия жағалауында орналасқан 10 000 тонналық жүк кемесінде зауыт салды. Ауа райы мен толқындар оны электр қуатын өндіруге мүмкіндік берместен бұрын жойды. Бұл жоба бастапқы жабық циклді Ранкин жүйесін жақсартты және оны мұнай немесе көмірден арзан электр энергиясын өндіретін зауыттың жобасына енгізді. Алайда, сол кезде олардың зерттеулеріне көп көңіл бөлінбеді, себебі көмір және ядролық энергия болашақтың энергиясы деп есептелді. 1970 жылдан бастап Токио электр энергетикасы компаниясы Науру аралында 100 кВт жабық циклді OTEC қондырғысын сәтті салып, іске қосты. 1981 жылы OTEC технологиясында маңызды даму болды: ресейлік инженер Александр Калина аммиак пен судың қоспасын электр энергиясын өндіру үшін пайдаланды. Бұл жаңа аммиак-су қоспасы электр циклының тиімділігін арттырды. 1994 жылы Сага университетінің Мұхит энергиясы институты жаңадан ойлап тапқан Уэхара циклын сынау мақсатында 4,5 кВт қондырғыны жобалап, салды. Бұл цикл сіңіру және экстракция процестерін қамтиды, бұл жүйеге Калина циклынан 1-2% артық өнімділік көрсетуге мүмкіндік береді. 1970 жылдары 1973 жылғы араб-израиль соғысынан кейін мұнай бағасы үш есеге өскен кезде OTEC зерттеулері мен дамуы қарқын алды. АҚШ федералды үкіметі OTEC зерттеулеріне 260 миллион доллар инвестициялады, ал президент Картер 1999 жылға дейін OTEC жүйелерінен 10 000 МВт электр қуатын өндіру мақсатына АҚШ-ты міндеттеген заңға қол қойды. 1974 жылы АҚШ Гавайидің Кона жағалауындағы Кеахоле нүктесінде Гавайи табиғи энергия зертханасын (NELHA) құрды. Гавайи АҚШ-тағы OTEC үшін ең қолайлы орын, себебі оның беткі суы жылы, өте терең және өте суық суға қол жеткізіледі, сондай-ақ электр энергиясының құны жоғары. Зертхана OTEC технологиясын сынау бойынша жетекші орталыққа айналды. Сол жылы Lockheed OTEC зерттеуі үшін АҚШ Ұлттық ғылым қорынан грант алды. Бұл Lockheed, АҚШ Әскери-теңіз күштері, Makai Ocean Engineering, Dillingham Construction және басқа да компаниялардың әлемдегі алғашқы және жалғыз таза электр қуатын өндіретін OTEC зауытын салуға әкелді, оны "Mini OTEC" деп атады. 1979 жылы үш ай бойы электр қуатының шағын мөлшері өндірілді. NELHA 1990 жылдары алты жыл бойы 250 кВт демонстрациялық қондырғыны іске қосты. АҚШ Әскери-теңіз күштерінің қаржысымен 2015 жылы жергілікті электр желісіне 105 кВт электр қуатын беретін зауыт іске қосылды. Ашық циклді OTEC-ті іске асыруға қатысты зерттеулер 1979 жылы АҚШ Энергетика министрлігінің қаржысымен Күн энергиясын зерттеу институтында (SERI) басталды. SERI буландырғыштарды және тиісті конфигурацияланған тікелей контактілі конденсаторларды әзірледі және патенттеді. Крейт пен Бхаратан электр қуатын өндіру эксперименті үшін алғашқы жобаны, содан кейін Макс Якоб Мемориалдық лекциясында сипаттады. Бастапқы жобада екі параллель осьтік турбиналар қолданылды, соңғы сатыдағы роторлар үлкен бу турбиналарынан алынды. Кейіннен Ұлттық жаңартылатын энергия зертханасының (NREL) докторы Бхаратан бастаған команда 210 кВт ашық циклді OTEC эксперименті үшін бастапқы тұжырымдамалық жобаны жасады. Бұл жоба циклдің барлық компоненттерін – буландырушы, конденсатор және турбинаны бір вакуумдік ыдысқа біріктірді, турбинаға судың жетуіне жол бермеу үшін турбина үстінде орнатылды. Ыдыс бетоннан жасалған, бұл осы типтегі алғашқы процестік вакуумдік ыдыс. Барлық компоненттерді арзан пластикалық материалдан жасау әрекеттері толыққанды жүзеге аспады, себебі турбина мен вакуумдық сорғылар үшін белгілі бір консервативтік көзқарас қажет болды. Кейін доктор Бхаратан бұл жобаны алдын ала және соңғы кезеңдерінде жүзеге асыру үшін Тынық мұхиты жоғары технология зерттеу институтының (PICHTR) инженерлер тобымен жұмыс істеді. Ол Таза энергия өндіру эксперименті (NPPE) деп аталды және Гавайидің табиғи энергия зертханасында (NELH) PICHTR компаниясы бас инженер Дон Эванс бастаған командамен және жобаны доктор Луис Вега басқарды. 2002 жылы Үндістан Тамил Наду маңында 1 МВт жүзуші OTEC пилоттық зауытын сынап көрді. Зауыт теңіздің тереңдігіндегі суық су құбырының бұзылуына байланысты сәтсіз аяқталды. Үкіметі зерттеулерді демелеуді жалғастыруда. 2006 жылы Makai Ocean Engineering АҚШ Әскери-теңіз зерттеу бюросынан (ONR) жылы, тропикалық суларда орналасқан теңіздегі жүзуші зауыттарда OTEC-тің ұлттық маңызы бар сутек мөлшерін өндіру әлеуетін зерттеу үшін келісім-шарт алды. OTEC-ті коммерцияландыру үшін үлкен серіктестердің қажеттілігін түсінген Makai бұрынғы қарым-қатынасын жаңару және OTEC үшін уақыт жетті ме екенін анықтау үшін Lockheed Martin компаниясына жүгінді. Осылайша, 2007 жылы Lockheed Martin OTEC саласындағы жұмысты қайта бастады және Makai-дің SBIR бағдарламасын қолдау үшін субподрядкер болды, содан кейін басқа да ынтымақтастықтар жасалды. 2015 жылдың маусымында жоба курорттың қаржылық және меншік мәселелерін шешкенге дейін тоқтатылды. 2016 жылдың тамызында мәселелер шешілгені және курорт 2017 жылдың наурызында ашылатыны туралы хабарланды. SWAC жүйесінің құрылысы сол кезде қайта басталады деп күтілуде. 2011 жылдың шілдесінде Makai Ocean Engineering Гавайи табиғи энергия зертханасында OTEC жылу алмастырғыштарын сынау орталығының жобасын аяқтады. Орталықтың мақсаты – OTEC жылу алмастырғыштарының өнімділігі мен қызмет ету мерзімін арттырып, құнын төмендету үшін (жылу алмастырғыштар OTEC зауытының ең қымбат бөлігі болып табылады) оптималды жобаны табу. 2013 жылдың наурызында Makai OTEC жылу алмастырғыштарын сынау орталығына 100 киловатттық турбинаны орнату және іске қосу туралы келісім-шартқа қол қойды, содан кейін OTEC қуатын қайтадан желіге қосуды жоспарлады. 2016 жылдың шілдесінде Виргин аралдарының мемлекеттік қызмет комиссиясы Ocean Thermal Energy Corporation компаниясының білікті нысан ретінде танылуына келісім берді. Компания енді Виргин аралдарының су және электр энергетикасы тағайындалған органымен (WAPA) OTEC зауыты үшін электр қуатын сатып алу шарты (PPA) туралы келіссөздер жүргізуге рұқсат алды. Бұл әлемдегі алғашқы коммерциялық OTEC зауыты болады. Африканың Сан-Томе және Принсипи елдерінде орнатылатын жоба әлемдегі алғашқы коммерциялық масштабтағы жүзуші OTEC платформасы болады. Global OTEC компаниясы әзірлеген Dominique құрылымы 1,5 МВт қуат өндіреді, ал елдің толық сұранысын қанағаттандыру үшін келесі баржалар орнатылады. 2022 жылы үкімет пен британдық стартап Global OTEC арасында өзара түсіністік туралы меморандумға қол қойылды.

Attempts to develop and refine OTEC technology started in the 1880s. In 1881, Jacques Arsene d'Arsonval, a French physicist, proposed tapping the thermal energy of the ocean. D'Arsonval's student, Georges Claude, built the first OTEC plant, in Matanzas, Cuba in 1930. The system generated 22 kW of electricity with a low pressure turbine. The plant was later destroyed in a storm. In 1935, Claude constructed a plant aboard a 10,000 ton cargo vessel moored off the coast of Brazil. Weather and waves destroyed it before it could generate net power. This design improved upon the original closed cycle Rankine system, and included this in an outline for a plant that would produce power at lower cost than oil or coal. At the time, however, their research garnered little attention since coal and nuclear were considered the future of energy. Beginning in 1970 the Tokyo Electric Power Company successfully built and deployed a 100 kW closed cycle OTEC plant on the island of Nauru. 1981 also saw a major development in OTEC technology when Russian engineer, Dr. Alexander Kalina, used a mixture of ammonia and water to produce electricity. This new ammonia water mixture greatly improved the efficiency of the power cycle. In 1994, the Institute of Ocean Energy at Saga University designed and constructed a 4.5 kW plant for the purpose of testing a newly invented Uehara cycle, also named after its inventor Haruo Uehara. This cycle included absorption and extraction processes that allow this system to outperform the Kalina cycle by 1–2%. The 1970s saw an uptick in OTEC research and development during the post 1973 Arab Israeli War, which caused oil prices to triple. The U. S. federal government poured $260 million into OTEC research after President Carter signed a law that committed the US to a production goal of 10,000 MW of electricity from OTEC systems by 1999. In 1974, The U. S. established the Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority (NELHA) at Keahole Point on the Kona coast of Hawaii. Hawaii is the best US OTEC location, due to its warm surface water, access to very deep, very cold water, and high electricity costs. The laboratory has become a leading test facility for OTEC technology. In the same year, Lockheed received a grant from the U. S. National Science Foundation to study OTEC. This eventually led to an effort by Lockheed, the US Navy, Makai Ocean Engineering, Dillingham Construction, and other firms to build the world's first and only net power producing OTEC plant, dubbed "Mini OTEC" For three months in 1979, a small amount of electricity was generated. NELHA operated a 250 kW demonstration plant for six years in the 1990s. With funding from the United States Navy, a 105 kW plant at the site began supplying energy to the local power grid in 2015. Research related to making open cycle OTEC a reality began earnestly in 1979 at the Solar Energy Research Institute (SERI) with funding from the US Department of Energy. Evaporators and suitably configured direct contact condensers were developed and patented by SERI (see). An original design for a power producing experiment, then called the 165 kW experiment was described by Kreith and Bharathan and as the Max Jakob Memorial Award Lecture. The initial design used two parallel axial turbines, using last stage rotors taken from large steam turbines. Later, a team led by Dr. Bharathan at the National Renewable Energy Laboratory (NREL) developed the initial conceptual design for up dated 210 kW open cycle OTEC experiment This design integrated all components of the cycle, namely, the evaporator, condenser and the turbine into one single vacuum vessel, with the turbine mounted on top to prevent any potential for water to reach it. The vessel was made of concrete as the first process vacuum vessel of its kind. Attempts to make all components using low cost plastic material could not be fully achieved, as some conservatism was required for the turbine and the vacuum pumps developed as the first of their kind. Later Dr. Bharathan worked with a team of engineers at the Pacific Institute for High Technology Research (PICHTR) to further pursue this design through preliminary and final stages. It was renamed the Net Power Producing Experiment (NPPE) and was constructed at the Natural Energy Laboratory of Hawaii (NELH) by PICHTR by a team led by Chief Engineer Don Evans and the project was managed by Dr. Luis Vega. In 2002, India tested a 1 MW floating OTEC pilot plant near Tamil Nadu. The plant was ultimately unsuccessful due to a failure of the deep sea cold water pipe. Its government continues to sponsor research. In 2006, Makai Ocean Engineering was awarded a contract from the U. S. Office of Naval Research (ONR) to investigate the potential for OTEC to produce nationally significant quantities of hydrogen in at sea floating plants located in warm, tropical waters. Realizing the need for larger partners to actually commercialize OTEC, Makai approached Lockheed Martin to renew their previous relationship and determine if the time was ready for OTEC. And so in 2007, Lockheed Martin resumed work in OTEC and became a subcontractor to Makai to support their SBIR, which was followed by other subsequent collaborations In June 2015, the project was put on pause while the resort resolved financial and ownership issues. In August 2016, it was announced that the issues had been resolved and that the resort would open in March 2017. It is expected that the SWAC system's construction will resume at that time. In July 2011, Makai Ocean Engineering completed the design and construction of an OTEC Heat Exchanger Test Facility at the Natural Energy Laboratory of Hawaii. The purpose of the facility is to arrive at an optimal design for OTEC heat exchangers, increasing performance and useful life while reducing cost (heat exchangers being the #1 cost driver for an OTEC plant). And in March 2013, Makai announced an award to install and operate a 100 kilowatt turbine on the OTEC Heat Exchanger Test Facility, and once again connect OTEC power to the grid. In July 2016, the Virgin Islands Public Services Commission approved Ocean Thermal Energy Corporation's application to become a Qualified Facility. The company is thus permitted to begin negotiations with the Virgin Islands Water and Power Authority (WAPA) for a Power Purchase Agreement (PPA) pertaining to an Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) plant on the island of St. Croix. This would be the world's first commercial OTEC plant. A project is set to be installed in the African country of São Tomé and Príncipe, which will be the first commercial scale floating OTEC platform in the world. Developed by Global OTEC, the structure named Dominique will generate 1.5MW, with subsequent barges being installed to help supply the full demand of the country. In 2022, an MoU was signed between the government and British startup Global OTEC.

Қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған OTEC қондырғылары

2013 жылдың наурыз айында Сага университеті түрлі жапондық өнеркәсіптермен бірлесіп жаңа OTEC қондырғысын орнатуды аяқтады. Окинава префектурасы 2013 жылдың 15 сәуірінде Куме аралында OTEC операциялық сынақтарының басталғанын жариялады. Басты мақсат – компьютерлік модельдердің дұрыстығын дәлелдеу және OTEC технологиясын жұртшылыққа көрсету. Сага университетінің қолдауымен сынақтар мен зерттеулер 2016 қаржы жылының соңына дейін жалғасады. IHI Plant Construction Co. Ltd, Yokogawa Electric Corporation және Xenesys Inc компанияларына Окинава префектурасының терең теңіз суын зерттеу орталығының аумағында 100 киловатт қуаттылықтағы қондырғыны салу тапсырылды. Бұл орын 2000 жылы зерттеу орталығы үшін орнатылған терең және беттік теңіз суын қабылдау құбырларын пайдалану үшін арнайы таңдалды. Аталған құбыр терең теңіз суын зерттеу, балық шаруашылығы және ауыл шаруашылығы мақсатында пайдалануға арналған. Қондырғы екі 50 кВт-тық қондырғыдан тұрады және екі Ранкин циклы бойынша жұмыс істейді. OTEC қондырғысы мен терең теңіз суын зерттеу орталығы ағылшын және жапон тілдеріндегі экскурсияларға тегін ашық. Қазіргі таңдағыда бұл әлемдегі толыққанды жұмыс істейтін екі OTEC қондырғысының бірі. Қондырғы арнайы сынақтар жүргізілмеген кезде үздіксіз режимде жұмыс істейді. 2011 жылы Makai Ocean Engineering NELHA-да жылу алмастырғыштарды сынауға арналған қондырғыны аяқтады. OTEC үшін қолданылатын жылу алмасу технологияларын сынау үшін пайдаланылған Makai 105 кВт турбинаны орнатуға қаржыландыру алды. Орнату нәтижесінде бұл қондырғы ең ірі операциялық OTEC қондырғысы болады, бірақ ең үлкен қуат көрсеткіші Хавайдағы ашық циклды қондырғыда қалады. 2014 жылдың шілдесінде DCNS тобы Akuo Energy компаниясымен серіктестікке келісіп, NEMO жобасына NER 300 қаржыландыруын алды. Егер жоба сәтті аяқталса, 16 МВт жалпы қуаты және 10 МВт таза қуаты бар теңіз үстіндегі қондырғы OTEC бойынша ең ірі қондырғы болар еді. DCNS 2020 жылға қарай NEMO қондырғысын іске қосуды жоспарлаған. 2018 жылдың сәуір айының басында Naval Energies негізгі суық суды қабылдау құбырымен байланысты техникалық қиындықтарға байланысты жобаны мерзімсіз тоқтатты. 2015 жылдың тамызында Makai Ocean Engineering компаниясы салған мұхит жылу энергиясын түрлендіру электр станциясы Гавайиде іске қосылды. Гавайи губернаторы Дэвид Иге қондырғыны іске қосу үшін "бастау түймесін" басты. Бұл АҚШ электр желісіне қосылған алғашқы жабық циклды мұхит жылу энергиясын түрлендіру (OTEC) қондырғысы. Ол 105 киловатт қуатты өндіруге қабілетті демонстрациялық қондырғы, бұл шамамен 120 үйді қуатпен қамтамасыз етуге жеткілікті.

In March 2013, Saga University with various Japanese industries completed the installation of a new OTEC plant. Okinawa Prefecture announced the start of the OTEC operation testing at Kume Island on April 15, 2013. The main aim is to prove the validity of computer models and demonstrate OTEC to the public. The testing and research will be conducted with the support of Saga University until the end of FY 2016. IHI Plant Construction Co. Ltd, Yokogawa Electric Corporation, and Xenesys Inc were entrusted with constructing the 100 kilowatt class plant within the grounds of the Okinawa Prefecture Deep Sea Water Research Center. The location was specifically chosen in order to utilize existing deep seawater and surface seawater intake pipes installed for the research center in 2000. The pipe is used for the intake of deep sea water for research, fishery, and agricultural use. The plant consists of two 50 kW units in double Rankine configuration. The OTEC facility and deep seawater research center are open to free public tours by appointment in English and Japanese. Currently, this is one of only two fully operational OTEC plants in the world. This plant operates continuously when specific tests are not underway. In 2011, Makai Ocean Engineering completed a heat exchanger test facility at NELHA. Used to test a variety of heat exchange technologies for use in OTEC, Makai has received funding to install a 105 kW turbine. Installation will make this facility the largest operational OTEC facility, though the record for largest power will remain with the Open Cycle plant also developed in Hawaii. In July 2014, DCNS group partnered with Akuo Energy announced NER 300 funding for their NEMO project. If the project was successful, the 16 MW gross 10 MW net offshore plant would have been the largest OTEC facility to date. DCNS planned to have NEMO operational by 2020. Early in April 2018, Naval Energies shut down the project indefinitely due to technical difficulties relating to the main cold water intake pipe. An ocean thermal energy conversion power plant built by Makai Ocean Engineering went operational in Hawaii in August 2015. The governor of Hawaii, David Ige, "flipped the switch" to activate the plant. This is the first true closed cycle ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) plant to be connected to a U. S. electrical grid. It is a demo plant capable of generating 105 kilowatts, enough to power about 120 homes.

Термодинамикалық тиімділік

Жылу қозғалтқышы үлкен температуралық айырмашылықпен жұмыс істегенде тиімділігі артады. Мұхиттарда беткі және терең сулар арасындағы температура айырмашылығы тропик аймақтарында ең жоғары, бірақ бәрібір 20-25 °C шамасында. Сондықтан OTEC технологиясы үшін ең көп мүмкіндіктер тропик аймақтарында бар. OTEC станциялары электр энергиясын өндіру жүйесіне тұрақты қуат беру үшін үздіксіз жұмыс істей алады. OTEC-тің басты техникалық қиындығы – кішкентай температура айырмашылығынан көп мөлшерде энергияны тиімді өндіру. Бұл технология әлі де дамып келе жатыр. OTEC-тің алғашқы жүйелерінің жылу тиімділігі 1-3 пайызды құрады, бұл аталған температура айырмашылығы үшін теориялық максимум 6 және 7 пайызбен салыстырғанда төмен көрсеткіш. Қымбат құбырлар арқылы суық суды бетке жеткізудің орнына, төмен қайнау температурасы бар сұйықтықты буландырып, тереңдікке сорғылап, конденсациялау арқылы сорғылау көлемін азайтуға, техникалық және экологиялық мәселелерді шешуге және шығындарды төмендетуге болады.

Жабық

Жабық циклды жүйелер электр энергиясын өндіру үшін турбинаны қуаттандыруға төмен қайнау температурасы бар сұйықтықты қолданады, мысалы аммиак (атмосфералық қысымда шамамен 33 °C қайнау температурасы бар). Жылы беткі теңіз суы жылу алмастырғыш арқылы сорылып, сұйықтықты буландырады. Кеңейіп жатқан бу турбогенераторды айналдырады. Суық су екінші жылу алмастырғыш арқылы өткізіліп, буды сұйықтыққа конденсациялайды, содан кейін ол жүйеге қайта жіберіледі. 1979 жылы Табиғи энергия зертханасы және бірнеше жеке сектор серіктестері "мини OTEC" экспериментін жасады, ол жабық циклды OTEC жүйесінен теңізде таза электр қуатын алғаш рет табысты өндіруге қол жеткізді. "Мини OTEC" кемесі Гавай аралдарының жағалауынан 2 километр қашықтықта орналасқан және кемедегі шамдарды жарықтандыруға, компьютерлерді және теледидарды іске қосуға жеткілікті электр қуатын өндірді.

Ашық

Ашық циклді OTEC жылу суын тікелей электр энергиясын өндіру үшін пайдаланады. Алдымен жылы теңіз суы төмен қысымдағы ыдысқа сорылады, бұл оның қайнауына себеп болады. Кейбір жүйелерде кеңейген бу электр генераторына қосылған төмен қысымды турбинаны қозғалтады. Бу, тұзы мен басқа да ластаушы заттарын төмен қысымдағы ыдыста қалдырып, таза тұщы суға айналады. Терең мұхит суының салқынына ұшырағаннан кейін ол сұйықтыққа конденсацияланады. Бұл әдіспен ауыз суға, суғаруға немесе аквакультураға жарамды тұщы су өндіріледі. Басқа схемаларда көтерілген бу суды айтарлық биіктікке көтеру үшін газдық көтеру әдісі қолданылады. Көрсетілген бу көтеру сорғыларының техникасы, сорғы қолданылғаннан бұрын немесе кейін гидроэлектрлік турбинадан қуат өндіруге мүмкіндік береді. 1984 жылы Күн энергиясын зерттеу институты (қазір Ұлттық жаңару энергиясы зертханасы) ашық циклді станциялар үшін жылы теңіз суын төмен қысымды буға айналдыратын тік шахталы буландырғышты жасады. Теңіз суын буға айналдыру тиімділігі 97%-ға дейін жетті (жалпы бу өндірісі кіріс судың бірнеше пайызын ғана құрайды). 1993 жылдың мамыр айында Гавайидегі Кеахоле Пойнттағы ашық циклді OTEC станциясы таза қуат өндіру эксперименті кезінде 80 кВт-қа жуық электр энергиясын өндірді. Бұл 1982 жылы жапондық жүйе орнатқан 40 кВт рекордты бұзды.

Жұмыс сұйықтықтары

Жұмыс сұйықтығы ретінде аммиак жиі қолданылады, ол тасымалдау қасиеттері жағынан артықшылықтарына, оңай қолжетімділігіне және төмен бағасына ие. Дегенмен, аммиак уытты және өрт қаупі бар. Фторланған көміртектер, мысалы, ХФҚ және ХХФҚ уытты немесе өртке қаупі жоқ, бірақ олар озон қабатының бұзылуына себеп болады. Көмірсутектер де жақсы нұсқалар, бірақ олардың өрт қаупі жоғары; сонымен қатар, бұл оларды тікелей отын ретінде пайдалануда бәсеке тудырады. Электр станциясының мөлшері жұмыс сұйықтығының бу қысымына байланысты. Бу қысымының жоғарылауымен турбина мен жылу алмастырғыштардың мөлшері кішірейеді, ал құбыр мен жылу алмастырғыштардың қабырға қалыңдығы, әсіресе буландырғыш жағында, жоғары қысымға төтеп беру үшін артады.

Жер, шельф және жүзбелі учаскелер

OTEC гигаватт электр қуатын өндіруге мүмкіндік береді, ал электролизбен байланыстырылғанда, жоспарланған жаһандық қазылған отын тұтынудың барлығын толықтай алмастыруға жеткілікті сутегін өндіруге болады. Дегенмен, құн төмендету әлі де шешілмеген мәселе болып қана қоймайды. OTEC станцияларына суық суды бетке көтеру үшін мұхиттың бір немесе одан да көп километр тереңдігіне батырылатын, үлкен диаметрлі ұзын құбыр қажет.

Құрлықтық

Құрлықтағы және жағалаудағы нысандар терең су нысандарына қарағанда үш негізгі артықшылық ұсынады. Құрлықта немесе оның жанында салынған станцияларға күрделі бекіту, ұзын электр кабельдері немесе ашық мұхит жағдайына байланысты кең ауқымды күтім қажет болмайды. Оларды дауылдар мен күшті толқындардан қорғалған жерлерге орнатуға болады. Электр энергиясы, тұзсыздандырылған су және суық, қоректік заттарға толы теңіз суы жағалаудағы нысандардан көпірлер немесе дамбалар арқылы тасымалдануы мүмкін. Бұған қоса, құрлықтағы немесе жағалауға жақын орналасқан станциялар теңіз өнімдерін өндіру сияқты байланысты салалармен немесе тұщы суды қажет ететін өнеркәсіптермен бірге жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Ең қолайлы орындарға тар шельфтері (мысалы, жанартаулық аралдар), теңізге қарай тік (15–20 градус) беткейлері және салыстырмалы түрде тегіс теңіз түбі бар жерлер жатады. Бұл жерлер су сору құбырының ұзындығын қысқартады. Құрлықтағы станцияны жағалаудан ішке қарай, дауылдардан жақсы қорғалатын жерге немесе құбырлардың ұзындығын қысқарту үшін жағажайға салуға болады. Екі жағдайда да құрылыс және пайдалануға ыңғайлы жағдай төмен шығындарға әкеледі. Құрлықтағы немесе жағалау маңындағы жерлер теңіз өнімдерін өндіруді немесе суытылған сумен шаруашылықты дамытуға мүмкіндік береді. Жағалауда салынған резервуарлар немесе лагуналар қызметкерлерге шағын теңіз ортасын бақылауға және басқаруға мүмкіндік береді. Теңіз өнімдерін стандартты көлікпен нарыққа жеткізуге болады. Құрлықтағы нысандардың бір кемшілігі – толқындардың серф аймағындағы күшті әсері. OTEC ағынды құбырларын дауыл кезінде және ұзақ мерзімді ауа райындағы күшті толқындардан туындайтын залалдың алдын алу үшін қорғаныш траншеяларына орнату керек. Сонымен қатар, суық және жылы теңіз суының қосылысын босату алдында тиісті тереңдікке жеткізу үшін бірнеше жүз метр қашықтыққа тасымалдау қажет болуы мүмкін, бұл құрылыс және күтім шығындарын арттырады. OTEC жүйелері серф аймағында жұмыс істеудің кейбір қиындықтары мен шығындарынан құтылу үшін 10-ден 30 метрге дейінгі тереңдіктегі жағалау суларында салу арқылы шеше алады (Ocean Thermal Corporation 1984). Мұндай станциялар үшін қысқарақ (демек, арзан) сору және ағынды құбырлар қолданылады, бұл күшті толқындардың қаупін азайтады. Дегенмен, станцияның өзі теңіз ортасынан, мысалы, толқын тосқыштар мен тозуға төзімді негіздерден қорғалуын қажет етеді, ал станцияның өнімдерін жағалауға жеткізу қажет.

Land based and near shore facilities offer three main advantages over those located in deep water. Plants constructed on or near land do not require sophisticated mooring, lengthy power cables, or the more extensive maintenance associated with open ocean environments. They can be installed in sheltered areas so that they are relatively safe from storms and heavy seas. Electricity, desalinated water, and cold, nutrient rich seawater could be transmitted from near shore facilities via trestle bridges or causeways. In addition, land based or near shore sites allow plants to operate with related industries such as mariculture or those that require desalinated water. Favored locations include those with narrow shelves (volcanic islands), steep (15–20 degrees) offshore slopes, and relatively smooth sea floors. These sites minimize the length of the intake pipe. A land based plant could be built well inland from the shore, offering more protection from storms, or on the beach, where the pipes would be shorter. In either case, easy access for construction and operation helps lower costs. Land based or near shore sites can also support mariculture or chilled water agriculture. Tanks or lagoons built on shore allow workers to monitor and control miniature marine environments. Mariculture products can be delivered to market via standard transport. One disadvantage of land based facilities arises from the turbulent wave action in the surf zone. OTEC discharge pipes should be placed in protective trenches to prevent subjecting them to extreme stress during storms and prolonged periods of heavy seas. Also, the mixed discharge of cold and warm seawater may need to be carried several hundred meters offshore to reach the proper depth before it is released, requiring additional expense in construction and maintenance. One way that OTEC systems can avoid some of the problems and expenses of operating in a surf zone is by building them just offshore in waters ranging from 10 to 30 meters deep (Ocean Thermal Corporation 1984). This type of plant would use shorter (and therefore less costly) intake and discharge pipes, which would avoid the dangers of turbulent surf. The plant itself, however, would require protection from the marine environment, such as breakwaters and erosion resistant foundations, and the plant output would need to be transmitted to shore.

Жадыға негізделген

Тұрақты толқынды аймақтан қашу және суық су ресурсына жақындау үшін OTEC станцияларын континенттік шельфке дейін орнатуға болады. Шельфке орнатылған станцияны құрылыс орнына буксирлеп әкеліп, теңіз түбіне бекітуге болады. Бұл құрылыс түрі қазірдің өзінде мұнай платформаларында қолданылады. OTEC станциясын терең суларда пайдаланудың қиындықтары оларды құрлықтағы әдістерге қарағанда қымбатқа түсіруі мүмкін. Мұндай мәселелерге ашық мұхит жағдайларының күйзелісі және өнімді жеткізудің қиындығы жатады. Күшті мұхит ағындарымен күресу және үлкен толқындарды басу инженерлік және құрылыс шығындарын арттырады. Платформалардың тұрақты негізін сақтау үшін кеңейтілген тіректер қажет. Электр қуатын жеткізу үшін құрлыққа дейін ұзын су асты кабельдері қажет болуы мүмкін. Осы себептерге байланысты шельфте орналасқан станциялар аз қызығушылық тудырады.

Саяси мәселелер

OTEC қондырғылары көбінесе стационарлық беттік платформалар болғандықтан, олардың нақты орналасқан жері мен құқықтық мәртебесіне Біріккен Ұлттар Ұйымының Теңіз құқығы жөніндегі конвенциясы (UNCLOS) әсер етуі мүмкін. Бұл конвенция жағалаудағы мемлекеттерге құрлықтан бастап әртүрлі құқықтық билік аймақтарын береді, бұл потенциалды қақтығыстар мен реттеуге кедергілер тудыруы мүмкін. OTEC станциялары және осыған ұқсас құрылымдар конвенция бойынша жасанды аралдар саналады және оларға тәуелсіз құқықтық мәртебе берілмейді. OTEC қондырғылары Халықаралық теңіз түбі жөніндегі орган бақылайтын балық шаруашылығы немесе теңіз түбіндегі кен өндіру операциялары үшін қауіпті немесе әлеуетті серіктес ретінде қарастырылуы мүмкін.

Құны мен экономика

OTEC жүйелері әлі кеңінен қолданылмағандықтан, құнына қатысты бағалаулар нақты емес. 2010 жылы Гавайи университеті жүргізген зерттеуде OTEC арқылы өндірілген электр энергиясының құны 1,4 МВт қуаттылығы бар станция үшін киловатт-сағатына (кВт/сағ) 94,0 цент, 10 МВт станция үшін 44,0 цент, ал 100 МВт станция үшін 18,0 цент деп бағаланған. 2015 жылы Халықаралық Энергетика Агенттігіне қарасты Ocean Energy Systems ұйымының баяндамасында 100 МВт станциялар үшін бір киловатт-сағаттың құны шамамен 20,0 цент деп көрсетілген. Тағы бір зерттеуде электр энергиясын өндіру құны киловатт-сағатына 7,0 центке дейін төмендеуі мүмкін екені айтылған. 2019 жылы Lazard жүргізген зерттеуге сәйкес, басқа энергия көздерімен салыстырғанда, күн энергиясы үшін субсидияланбаған электр энергиясының құны 3,2-ден 4,2 центке, ал жел энергиясы үшін 2,8-ден 5,4 центке дейін жетеді. 2014 жылы IRENA жариялаған баяндамада OTEC технологиясын коммерциялық тұрғыда кеңейтудің түрлі жолдары бар екені мәлімделді. «Шағын OTEC станцияларын 5000-ден 50 000 тұрғыны бар кішкентай қалалардың электрмен қамтамасыз етілуіне бейімдеуге болады, бірақ олардың экономикалық тиімді болуы үшін таза су немесе салқындату сияқты құнды қосымша өнімдерді өндіру қажет». Ірі OTEC станцияларын салу және орнату шығындары әлдеқайда жоғары болады. Назарға алу керек пайдалы факторлар: OTEC-тің қалдық өнімдері мен отын тұтынудың болмауы, оның қолжетімді аймағы (әдетте экватордан 20° ішінде), мұнайға тәуелділіктің геосаяси салдары, толқындық, тасқындық энергия және метан гидраттары сияқты мұхит энергиясының басқа түрлерімен үйлесімділік, сондай-ақ теңіз суын қосымша пайдалану мүмкіндігі.

Кейбір жобалар

OTEC жобалары қарастырылып жатыр, соның ішінде Үнді мұхитындағы Диего Гарсия аралындағы британдық теңіз маңы территориясында орналасқан АҚШ Әскери-теңіз күштерінің базасы үшін шағын станция бар. Ocean Thermal Energy Corporation (бұрынғы OCEES International, Inc.) АҚШ Әскери-теңіз күштерімен бірлесіп, қазіргі дизельдік генераторларды алмастыру мақсатындағы 13 МВт OTEC станциясының жобасын дамытуда. Бұл OTEC станциясы тәулігіне 1,25 миллион галлон ішуге жарамды сумен де қамтамасыз етеді. Аталған жоба қазіргі уақытта АҚШ әскери келісімшарт саясатындағы өзгерістерді күтуде. OTE Гуамда 10 МВт OTEC станциясын салуды ұсынды.

Багам аралдары

Ocean Thermal Energy Corporation (OTE) қазіргі уақытта АҚШ Виргин аралдарында екі 10 МВт OTEC электр стансасын және Багам аралдарында 5–10 МВт OTEC нысанын орнатуды жоспарлап отыр. OTE сондай-ақ Багам аралдарындағы курорт үшін әлемдегі ең ірі теңіз суын ауамен салқындату (SWAC) стансасын жобалады, ол ауаны салқындату үшін терең теңіз суын пайдаланады. 2015 жылдың ортасында 95% дайын болған жоба курорттың қаржылық және меншік құқығына қатысты мәселелерін шешу кезеңінде уақытша тоқтатылды. 2016 жылдың 22 тамызында Багам үкіметі Baha Mar курортының құрылысын аяқтау бойынша жаңа келісімге қол қойылғанын хабарлады. Қазіргі уақытта жоба тоқтап тұр және болашақта жалғастырылмауы мүмкін.

Хайнань

2013 жылдың 13 сәуірінде Lockheed компаниясы Рейнгвуд тобымен келісімшарт жасасып, Қытайдың оңтүстік жағалауында 10 мегаватттық электр стансасын салуға тапсырыс берді. Осындай қуатты станса бірнеше мың үйді қуатпен қамтамасыз ете алады. Рейнгвуд тобы 2011 жылы Opus Offshore компаниясын сатып алып, осыдан Рейнгвуд Оушен Инжиниринг бөлімшесі құрылды, ол терең су тесігін бұрғылауды дамытумен де айналысады.

Жапония

Қазіргі уақытта үздіксіз жұмыс істейтін OTEC жүйесі Жапонияның Окинава префектурасында орналасқан. Үкіметтік қолдау, жергілікті қоғамның қолдауы және Сага университеті жүргізген озық зерттеулер IHI Plant Construction Co. Ltd, Yokogawa Electric Corporation және Xenesys Inc мердігерлері үшін осы жобаның сәтті болуына ықпал етті. Қазір Куме аралында жаңа құбырлар қажет ететін 1 МВт қуаттылықтағы қондырыс салу жұмыстары жүргізілуде. 2014 жылдың шілдесінде 50-ден астам мүше Глобалды мұхит ресурстары мен энергия қауымдастығын (GOSEA) құрды – бұл халықаралық ұйым Кумейдзима моделін дамытуға және үлкен терең теңіз құбырларын және 1 МВт OTEC қондырысын орнатуға бағытталған жұмыстарды жүзеге асыру үшін құрылған. Ағымдағы OTEC жобаларына қатысатын компаниялар және басқа да мүдделі тараптар теңіздегі OTEC жүйелері үшін жоспарлар жасады. Толығырақ ақпарат алу үшін "Қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған OTEC станциялары" бөлімін қараңыз.

АҚШ Виргин аралдары

2014 жылдың 5 наурызында Ocean Thermal Energy Corporation (OTEC) және Америка Виргин аралдарының (USVI) 30-шы заң шығару жиналысы, USVI үшін жағалаудағы Океан жылу энергиясын электр энергиясына айналдыру (OTEC) жаңартылатын электр станцияларын және теңіз суын салқындату (SWAC) нысандарын орнатудың мүмкіндігі мен әлеуетті пайдасын бағалау мақсатындағы зерттеуді іске қосу үшін өзара түсіністік туралы меморандумға қол қойды. USVI-дегі зерттеуде OTEC арқылы өндірілетін базалық (күндіз-түнделі) таза электр энергиясы, сондай-ақ OTEC және SWAC-ке байланысты көптеген қосымша өнімдер, оның ішінде мол мөлшердегі таза ауыз су, энергияны үнемдейтін кондиционерлер, тұрақты аквакультура және марикультура, сонымен қатар Сент-Томас және Сент-Круа аралдарындағы ауыл шаруашылығын дамыту жобалары қарастырылады. 2016 жылдың 18 шілдесінде Virgin Islands Public Services Commission OTE компаниясының білікті нысан мәртебесіне ие болу туралы өтінішін мақұлдады.

Мартиника

Akuo Energy және DCNS компаниялары 2014 жылдың 8 шілдесінде NEMO (Мартиника және теңізасты аймақтары үшін жаңа энергия) жобасы үшін NER300 қаржыландыруын алды, бұл жоба 2020 жылы аяқталатын 10,7 МВт таза қуатты теңізде орналасқан нысан болып күтілуде. Жобаны дамытуға жәрдемдесу үшін берілген қаржы көлемі 72 миллион еуроны құрады.

Мальдив аралдары

2018 жылдың 16 ақпанында Global OTEC Resources компаниясы Мальдив аралдарында қонақ үйлер мен курорттарға арналған 150 кВт электр стансасын салу жоспарларын жариялады. "Бұл курорттардың барлығы дизель генераторларынан қуат алады. Сонымен қатар, кейбір жеке курорттар сұранысты қанағаттандыру үшін күніне 7000 литр дизельді тұтынады, бұл жылына 6000 тоннадан астам CO2 шығарылымына тең", - деді директор Дэн Греч. ЕО грант берді, ал Global OTEC Resources қалған бөлігін жаппай қаржыландыру науқанын іске қосты. Ричард Бейли патенттеген тағы бір жүйе терең мұхит суының ағынын реттеу арқылы конденсациялық суды жасайды, бұл жер бетіндегі конденсаторлармен ауытқитын нөлдік температураға байланысты. Бұл конденсация жүйесі қосымша энергияны пайдаланбайды және қозғалмалы бөліктері жоқ. 2015 жылдың 22 наурызында Сага университеті Кумеджимада Flash типіндегі тұзсыздандырудың демонстрациялық нысанын ашты. Олардың Мұхит энергиясы институтының бұл бөлімшесі Окинавадағы OTEC демонстрациялық нысанынан алынған OTEC-тен кейінгі терең теңіз суын және шикі жер бетіндегі теңіз суын пайдаланып тұщы су өндіреді. Ауа жабық жүйеден вакуумдық сорғы арқылы шығарылады. Шикі теңіз суы флеш камерасына соққанда қайнап, таза бу көтеріліп, тұз бен қалған теңіз суы алынады. Бу жылу алмастырғышта салқын OTEC терең теңіз суымен сұйыққа айналдырылады. Тұщы су сутегі өндірісіне немесе ауыз су ретінде (минералдар қосылған жағдайда) қолданылуы мүмкін. 1993 жылы құрылған NELHA зауыты күніне орташа есеппен 7000 галлон тұщы су өндірді. KOYO USA компаниясы осы жаңа экономикалық мүмкіндікті пайдалану үшін 2002 жылы құрылды. KOYO Гавайидегі NELHA зауытында өндірілген суды бөтелкеге құяды. Күн сайын бір миллион бөтелке су өндіруге қабілетті KOYO қазірде 140 миллион долларлық сату көлемімен Гавайидің ең ірі экспорттаушысы болып табылады. [81]

Ауаны баптау

OTEC жүйесімен қамтамасыз етілген суық теңіз суы, зауытқа жақын орналасқан өнеркәсіптік кәсіпорындар мен үйлерді үлкен көлемде суытуға мүмкіндік береді. Бұл суды салқындатылған су орамдарында пайдаланып, ғимараттарды кондициялауға болады. Диаметрі 30 см (0 метр) болатын құбыр минутына 4700 галлон су жеткізе алады деп есептеледі. Сумен жабдықталған жүйе үлкен ғимаратты толықтай кондициялауға жеткілікті. Жыл сайын 8000 сағат бойы жұмыс істесе, сағатына 5-10 центтен сатылатын электрлік кондициялауға қарағанда, жылына 200 000 – 400 000 доллар үнемдеуге болады. Бора-Бора аралындағы InterContinental Resort және Thalasso Spa курорты ғимараттарын кондициялау үшін SWAC жүйесін пайдаланады. Жүйе теңіз суын жылу алмастырғыштан өткізеді, онда тұщы су жабық циклмен салқындатылады. Содан кейін бұл тұщы су ғимараттарға сорылып, ауаны тікелей салқындатады. 2010 жылы Copenhagen Energy Данияның Копенгаген қаласында аудандық салқындату стансасын ашты. Бұл станса коммерциялық және өнеркәсіптік ғимараттарға суық теңіз суын жеткізеді және электр энергиясын тұтынуды 80 пайызға төмендетті. Ocean Thermal Energy Corporation (OTE) Багам аралдарындағы демалыс орны үшін 9800 тонналық SDC жүйесін жобалады.

Тоңазытылған топырақпен ауыл шаруашылығы

OTEC технологиясы салқындатылған топырақтағы егіншілікті қолдайды. Жер асты құбырлары арқылы суық теңіз суы ағып, қоршаған топырақты салқындатады. Салқындатылған топырақтағы тамырлар мен жылы ауадағы жапырақтар арасындағы температура айырмашылығы, орташа белдеу климатында дамыған өсімдіктерді субтропиктерде өсіруге мүмкіндік береді. Доктор Джон П. Крейвен, доктор Джек Дэвидсон және Ричард Бейли осы процесті патенттеді және оны Гавайи штатының Табиғи Энергия Зертханасының (NELHA) зерттеу орталығында көрсетті. Зерттеу орталығы осы жүйе арқылы 100-ден астам түрлі егін өсіруге болатынын көрсетті. Көптеген егіндер Гавайиде немесе Кеахоле Пойнт аймағында басқа жағдайда өмір сүре алмас еді. Жапония 2000 жылдан бері Окинавадағы Куме аралындағы Терең теңіз суын зерттеу институтында терең теңіз суын ауыл шаруашылығында қолдануды зерттеп келеді. Куме аралындағы қондырғылар топырақты салқындату үшін жер асты құбырлары арқылы жүретін жылу алмастырғышта терең теңіз суымен салқындатылған суды пайдаланады. Олардың әдістері арал қауымдастығы үшін маңызды ресурсқа айналды, өйткені олар жыл бойы қысқы көкөніс – шпинатты коммерциялық тұрде өндіреді. 2014 жылы Кумеджима қаласы OTEC демонстрациялық қондырғысының жанында терең теңіз суымен ауыл шаруашылығын кеңейтуді аяқтады. Жаңа қондырғы үлкен ауқымда салқындатылған топырақтағы егіншіліктің экономикалық тиімділігін зерттеуге арналған.

Аквакультура

Аквакультура – ең танымал қосымша өнім, себебі ол терең мұхит суын үлкен көлемде сорудың қаржылық және энергиялық шығындарын азайтады. Терең мұхит суында биологиялық тұтыну нәтижесінде беткі суларда азайып кететін, қажетті қоректік заттардың жоғары концентрациясы бар. Бұл жасанды судың жоғары көтерілуі, әлемдегі ең ірі теңіз экожүйелерін және планетадағы ең жоғары тіршілік тығыздығын қамтамасыз ететін табиғи судың жоғары көтерілуін имитациялайды. Лосось және омар сияқты салқын су жануарлары, осы қоректік заттарға толы терең теңіз суында жақсы өседі. Спирулина сияқты микротоқымалар, денсаулыққа пайдалы қосымша ретінде де өсірілуі мүмкін. Терең мұхит суын беткі сумен араластырып, оптималды температурада су беруге болады. OTEC жүйесімен қамтамасыз етілген бассейндерде лосось, омар, абулон, форель, устрица және моллюскалар сияқты жергілікті емес түрлер өсіріледі. Бұл жақын мандағы нарықтарға ұсынылатын теңіз өнімдерінің ассортиментін кеңейтеді. Мұндай төмен құнды суыту, жылы тропиктік аймақтарда тез бұзылатын балықтың сапасын сақтау үшін қолданылуы мүмкін. Гавайидегі Кона қаласында NELHA-мен ынтымақтаса жұмыс істейтін аквакультура компаниялары жыл сайын шамамен 40 миллион долларлық табыс табады, бұл Гавайидің ЖІӨ-сінің маңызды бөлігін құрайды.

Сутегін өндіру

Сутегі OTEC электр энергиясын қолдана отырып, электролиз арқылы өндірілуі мүмкін. Электролиттік қосылыстар қосылған бу, тиімділікті арттыру мақсатында сутегі өндіру үшін салыстырмалы түрде таза ортаны құрайды. OTEC-ті сутегінің көп көлемін өндіруге бейімдеуге болады. Басты мәселе – басқа энергия көздерімен және отындармен салыстырғандағы құны.

Минералдық қазбалар өндіру

Мұхитта тұздар мен басқа да түрлерде 57 ізді элемент кездеседі, олар ерітіндіде еріген күйде болады. Бұрынғы экономикалық талдаулар мұхиттан ізді элементтерді өндірудің тиімсіз екенін көрсеткен, себебі суды қажетті көлемде сорғылауға көп энергия кеткен. Кен өндірісі көбінесе жоғары концентрацияда кездесетін және магний сияқты оңай өндірілетін минералдарға бағытталған. OTEC станциялары сумен қамтамасыз еткен жағдайда, өндіріс шығыны ғана қалады. Жапон ғалымдары уранды өндіру мүмкіндігін зерттеді және басқа технологиялардың (әсіресе материалтану) жетілуі перспективаларды арттыратынын анықтады.

Климатты бақылау

Мұхиттың жылу градиенті жауын-шашынды арттыру және тропиктердегі жоғары температураны барынша төмендету үшін қолданылуы мүмкін, бұл адамзат, флора және фауна үшін зор пайда әкеледі. Теңіз бетінің температурасы бір аймақта салыстырмалы түрде жоғары болғанда, жақын жердегі құрлықтағы атмосфералық қысымға қарағанда төмен атмосфералық қысым аймағы қалыптасады, бұл құрлықтан мұхитқа қарай желдің соғылуына себеп болады. Мұхитқа қарай соғатын желдер құрғақ және жылы болады, ол құрлықтағы ылғалды желдерге қарағанда жауын-шашынның жақсы болуына үлкен үлес қоспайды. Құрлықта жеткілікті жауын-шашын мен қолайлы жазғы температураны (35°C-тан төмен) қамтамасыз ету үшін мұхиттан құрлыққа қарай ылғалды желдің соғуы қажет. Теңіз суының жасанды түрде жоғары көтерілуі арқылы жоғары қысым аймақтарын жасау, сондай-ақ, қалыпты муссонды жаһандық желдерді бұрып, құрлыққа бағыттау үшін де пайдалануға болады. Азық заттарға бай терең мұхит суын жасанды түрде бетке шығару тропикалық және қоңыржай аймақтарда балық шаруашылығының өсуін күшейтеді. Бұл сонымен қатар, жақсартылған балдыр өсуінен және мұздықтардың қар көбеюінен мұхиттардың көміртегіні сіңіру қабілетін арттырады, теңіз деңгейінің көтерілуіне немесе жаһандық жылыну процесіне қарсы тұрады. Тропикалық дауылдар да теңіздің жылы беткі суларынан энергия алып күшейгендіктен, жоғары қысым аймақтарынан өтпейді. Суық теңіз суы (<10°C) теңіз бетінің температурасын (>26°C) төмендету үшін, терең теңізде орналасқан мега масштабты жүзбелі жел турбиналарымен өндірілген электр энергиясын пайдаланып, жасанды түрде теңіз бетіне сорғыланады. Теңіз суының төмен температурасы жергілікті атмосфералық қысымды арттырады, осылайша құрлыққа қарай соғатын желдер пайда болады. Суық теңіз суын жоғары көтеру үшін, 500-1000 метр тереңдікте теңіз түбінде орналасқан, гидравликалық түрде басқарылатын стационарлық перне (диаметрі ≈50 м) орналасқан, ал иілгіш құбыр теңіз бетіне дейін созылады. Құбырдың төменгі жағы теңіз түбіне, ал жоғарғы жағы теңіз бетіндегі жүзбелі понтонға бекітіледі. Иілгіш құбыр суық су теңіз бетіне сорғыланғанда ішкі қысымы сыртқы қысымнан жоғары болғандықтан құламайды. Таяу Шығыс, Солтүстік-Шығыс Африка, Үнді субконтиненті және Австралия жазғы маусымда ыстық және құрғақ ауа райынан, сондай-ақ, жауын-шашынның болмауынан Персия шығанағынан, Қызыл теңізден, Үнді мұхитынан және Тынық мұхитынан теңіз суын бетке сорғылау арқылы жеңілдік алуға болады.

Ocean thermal gradient can be used to enhance rainfall and moderate the high ambient summer temperatures in tropics to benefit enormously the mankind and the flora and fauna. When sea surface temperatures are relatively high on an area, lower atmospheric pressure area is formed compared to atmospheric pressure prevailing on the nearby land mass inducing winds from the landmass towards the ocean. Oceanward winds are dry and warm which would not contribute to good rainfall on the landmass compared to landward moist winds. For adequate rainfall and comfortable summer ambient temperatures (below 35 °C) on the landmass, it is preferred to have landward moist winds from the ocean. Creating high pressure zones by artificial upwelling on sea area selectively can also be used to deflect / guide the normal monsoon global winds towards the landmass. Artificial upwelling of nutrient rich deep ocean water to the surface also enhances fisheries growth in areas with tropical and temperate weather. It would also lead to enhanced carbon sequestration by the oceans from improved algae growth and mass gain by glaciers from the extra snow fall mitigating sea level rise or global warming process. Tropical cyclones also do not pass through the high pressure zones as they intensify by gaining energy from the warm surface waters of the sea. The cold deep sea water (<10 °C) is pumped to the sea surface area to suppress the sea surface temperature (>26 °C) by artificial means using electricity produced by mega scale floating wind turbine plants on the deep sea. The lower sea water surface temperature would enhance the local ambient pressure so that atmospheric landward winds are created. For upwelling the cold sea water, a stationary hydraulically driven propeller (≈50 m diameter) is located on the deep sea floor at 500 to 1000 m depth with a flexible draft tube extending up to the sea surface. The draft tube is anchored to the sea bed at its bottom side and top side to floating pontoons at the sea surface. The flexible draft tube would not collapse as its inside pressure is more compared to outside pressure when the colder water is pumped to the sea surface. Middle east, north east Africa, Indian subcontinent and Australia can get relief from hot and dry weather in summer season, also prone to erratic rainfall, by pumping deep sea water to the sea surface from the Persian gulf, Red sea, Indian Ocean and Pacific Ocean respectively.

Термодинамика

OTEC-ті жан-жақты қарастыру нәтижесінде 20 °C температура айырмасы, бірдей су ағыны үшін 34 метрлік су басы бар гидроэлектр стансасымен шамалас энергия беретіні анықталды. Температура айырмасының төмендігі судың үлкен көлемін пайдалы жылу мөлшерін алу үшін қажет етеді. 100 МВт қуатты электр стансасы минутына шамамен 12 миллион галлон (44 400 тонна) су соруы күтілуде. Салыстыру үшін, сорғылар әр минутта 41 700 тонна салмақты "Бисмарк" линкорынан да ауыр су массасын қозғауы керек. Бұл OTEC жүйелерінде энергия өндірісіне елеулі паразиттік жүктеме түсіреді, мысалы, Lockheed компаниясының бір жобасында 49,8 МВт таза электр энергиясы өндіру үшін 19,55 МВт соруға жұмсалады. Жылу алмастырғыштарды қолданатын OTEC схемаларында, осы көлемдегі суды өңдеу үшін алмастырғыштар дәстүрлі жылу электр стансаларындағылардан әлдеқайда үлкен болуы керек, бұл оларды жалпы тиімділікке тигізетін әсеріне байланысты ең маңызды компоненттердің біріне айналдырады. 100 МВт OTEC электр стансасына әрқайсысы 20 футты контейнерден үлкен 200 алмастырғыш қажет болады, бұл оларды ең қымбат компонент етеді.

Қоршаған ортаға әсері

Судың жылынуына байланысты терең, суық және жоғары қысымды қабаттарда еріген көмірқышқыл газы жер бетіне көтеріліп шығарылады. Терең мұхит суының беткі сумен араласуы қоректік заттарды жоғары көтеріп, оларды жағалаудағы тіршілік иелеріне қолжетімді етеді. Бұл коммерциялық маңызы бар түрлерді өсіру үшін тиімді болуы мүмкін, бірақ электр станциясының төңірегіндегі экологиялық жүйенің бұзылуына әкелуі де мүмкін. OTEC станциялары тұрақты, жаңаруға жарамды энергияны өндіру үшін үлкен мөлшердегі жылы беткі теңіз суын және суық терең теңіз суын пайдаланады. Терең теңіз суында оттегі аз болады және әдетте, беткі теңіз суымен салыстырғанда 20-40 есе көп қоректік заттар (нитраттар мен нитриттер) кездеседі. Бұл ағындар араласқанда, олардың тығыздығы қоршаған теңіз суынан сәл артық болады. OTEC технологиясының кең ауқымды физикалық-экологиялық сынақтары жүргізілмегенімен, OTEC станцияларының әсерін модельдеу үшін компьютерлік модельдер әзірленген.

Гидродинамикалық модельдеу

2010 жылы бір немесе бірнеше 100 мегаватттық OTEC станциясының физикалық океанографиялық әсерін модельдеу үшін компьютерлік модель әзірленді. Модель OTEC станцияларын үздіріссіз жұмыс істеуге қалай конфигурациялауға болатынын көрсетеді, соның салдарынан температура мен қоректік заттардың өзгеруі табиғи деңгейлер шегінде болады. Бүгінгі күнгі зерттеулер 70 метрден артық тереңдікте OTEC ағындарын төмен қарай шығару арқылы судың араласуы жеткілікті және қоректік заттардың толықтануы соншалықты аз екенін көрсетеді, осылайша 100 мегаватттық OTEC станцияларын тұрақты түрде, үздіріссіз пайдалануға болады.

Биологиялық модельдеу

OTEC ағынынан түсетін қоректік заттар, егер олар жарық аймағында көп мөлшерде жиналса, биологиялық белсенділіктің күшеюіне алып келуі мүмкін. Бірақ, бұл технология қазіргі заманғы океанографиялық және инженерлік стандарттар деңгейіне жеткізілуі керек. OTEC-ке қатысты он химиялық океанографиялық параметрді қамтитын, ең тиімді экологиялық мониторинг жүргізу тәсілдерін анықтау мақсатында зерттеулер жүргізілді. Соңғы кезде NOAA 2010 және 2012 жылдары OTEC бойынша семинар өткізіп, физикалық, химиялық және биологиялық әсерлер мен тәуекелдерді бағалауға, сондай-ақ ақпараттың жетіспеушіліктерін анықтауға тырысты. Tethys дерекқоры OTEC-тің қоршаған ортаға тигізуі мүмкін әсерлері туралы ғылыми әдебиеттерге және жалпы ақпаратқа қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Ерітілген газдар

Тура байланыспен жұмыс істейтін жылу алмастырғыштардың OTEC-тің қалыпты шектерінде жұмыс істеуі Клод циклы үшін маңызды. Көптеген алғашқы Клод циклдерінің жобалары олардың жұмысы жақсы түсінілгендіктен, беттік конденсаторды пайдаланды. Дегенмен, тікелей контактілі конденсаторлар маңызды кемшіліктерге ие. Ішкі құбырда суық су көтерілген кезде қысым газ бөліне бастайтын деңгейге дейін төмендейді. Егер ерітіндіден көп мөлшерде газ шығып кетсе, тікелей байланыс жылу алмастырғыштарының алдына газ ұстағыш қою қажет болуы мүмкін. Жылы су құбырындағы жағдайды модельдеуге арналған тәжірибелер еріген газдың шамамен 30% құбырдың жоғарғы бөлігінде бөлінетінін көрсетті. Теңіз суын алдын ала дегазациялау және конденсатордан конденсацияланбайтын газдарды шығару арасындағы арақатынас газдың бөліну динамикасына, дегазатордың тиімділігіне, қысым жоғалтуына, желдеткіш компрессордың тиімділігіне және қосымша қуатқа байланысты. Тәжірибелік нәтижелер вертикальды мұздатқыш конденсаторлар, құлайтын ағын типтеріне қарағанда шамамен 30% жақсы жұмыс істейтінін көрсетті.

Микробтық ластану

Теңіз суының таза түрі жылу алмастырғыш арқылы өтуі керек болғандықтан, жақсы жылу өткізгіштігін сақтауға көңіл бөлу қажет. Биоқаптама қабаттары, тіпті өте жұқа болса да, жылу алмастырғыштың тиімділігін 50%-ға дейін төмендете алады. Қаптама деңгейі мен жылу берудің нашарлауы арасындағы айқын қарама-қайшылық, жылу алмастырғыштың бетіндегі микробтық өсімдермен тұтқындалған судың жұқа қабатының нәтижесі болып табылады. Зерттеу жүйе арқылы кепір резеңке шарларды өткізді. Ол шармен өңдеу қаптама жылдамдығын азайтатынына қарамастан, өсімді толығымен тоқтатуға жеткіліксіз екенін және тиімділікті қалпына келтіру үшін кейде щеткалау қажет екенін көрсетті. Микробтар эксперименттің соңына қарай жылдам өсті (яғни, щеткалау жиірек қажет болды), бұл бұрынғы зерттеудің нәтижелерін қайталады. Кезекті тазалаулардан кейін өсу жылдамдығының артуы микробтық колонияға таңдау қысымының салдарынан туындайды деп есептеледі. Қаптама жылдамдығы жылу алмастырғыштың құрамына қолданылған материалға да байланысты. Алюминий құбырлары микробтық өмірдің өсуін баяулатады, бірақ құбырлардың ішкі бетінде пайда болатын оксид қабаты тазалауды қиындатады және тиімділіктің жоғалуына әкеледі. 4% тиімділік деңгейін ескере отырып, есептеулер көрсетіп тұр, 2 °C (36 °F) температурадағы бір текше метр судан, ауа температурасы 22 °C (8 °F) болатын жерде алынған энергия, осы текше метр суды 4000 фут (1200 м) биіктіктегі гидроэлектр стансасы арқылы өткізуден алынған энергияға тең. Баржоның полярлық электр стансаларын полярлық аймақтағы аралдарда орналастыруға болады немесе мұз қабатына бекітілген жүзу баржалары немесе платформалар түрінде жобалауға болады. Мысалы, Гренландияның шығыс жағалауындағы Миггбука метеостанциясы, Глазгодан 2100 км қашықтықта орналасқан, жылдың 6 қыс айында айлық орташа температурасы 15 °C (5 °F) төмен болатынын анықтайды.

Термоэлектрлік әсерді қолдану

1979 жылы SERI Seebeck әсерін қолданып, 2% жалпы түрлендіру тиімділігімен қуат өндіруді ұсынды. 2014 жылы Рутгерс университетінің доценті Липин Лю дәстүрлі сұйық циклдардың орнына қатты күйдегі термоэлектрлік әсерді пайдаланатын OTEC жүйесін көздеді.