Maktens hav

En gång i tiden drabbades USA av en verklig energikris, presidenten förklarade nationellt energioberoende som en moralisk motsvarighet till krig, FB började spendera riktiga pengar på offbeat energikällor, och ungefär den mest offbeat var ocean termisk energiomvandling (OTEC).

Grundidén, som föreslogs ett sekel tidigare, var enkel: vidsträckta sträckor av tropiska och subtropiska hav uppvisar en skillnad på cirka 20 °C mellan varmt ytvatten och nära-fryst vatten en eller två kilometer nedanför. Den temperaturskillnaden kan driva enorma turbiner, producera elektrisk kraft dygnet runt med minimal miljöförstöring.

För tjugo år sedan kastade energidepartementet mer än 200 miljoner dollar på idén. Forskare drömde om en flotta av betande OTEC-växtskepp, som var och en stadigt malde ut så mycket som 500 megawatt kraft. Men det federala programmet gick ut med få synliga resultat förutom högar av tekniska rapporter.

Anhängare i USA och utomlands fortsatte dock att driva idén framåt, men fokuserade mest på små, öbaserade varianter. Nästa år, om allt går som det ska, kommer konstruktionen att börja på den första kommersiella termiska anläggningen för havet, en operation på en megawatt vid Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority på ön Hawaii.

Elkraft Plus

Till skillnad från det tidigare arbetet stannar dagens havstermiska projekt inte vid elkraft utan fokuserar på en blandning av produkter som är lämpliga för en viss plats, säger Hans Krock, professor i havsteknik vid University of Hawaii-Manoa. Dessa kan inkludera:

• färskvatten (ofta i hög efterfrågan)
• användning av näringsrikt djupvatten för vattenbruk (inklusive odling av kallvattenfisk)
• kustnära kyla (att köra kallt vatten över värmeväxlare för att driva luftkonditioneringsanläggningar kan visa sig vara kostnadseffektivt mot dyrbar ö-elektricitet)

Ett exempel är platsen för Natural Energy Laboratory vid Keahole Point på Hawaii, hem för banbrytande havstermiskt arbete. Labbet stängde ner sin sista OTEC-prototyp för två år sedan. Men den fortsätter att pumpa upp djuphavsvatten för kommersiell vattenbruksverksamhet och kustnära kylning.

Labbet lägger också till ytterligare ett djupvattenrör, tillräckligt stort och djupt för att hantera det nya termiska havssystemet som kommer att generera 1 till 1,4 megawatt kraft. Det 140 centimeter breda röret tillverkas i ett stycke nästan tre kilometer långt, säger Tom Daniel, NELHA:s vetenskapliga och tekniska chef. Rörprojektet på 11,2 miljoner dollar är planerat att slutföras nästa sommar.

Att bogsera röret till platsen och försiktigt sänka det är ändå en mycket högriskoperation, kommenterar Daniel. (Ett indisk regeringsprojekt för att bygga en flytande en-megawatt havstermisk anläggning tappade tydligen och tappade sitt rör, säger han.)

Cykla framåt

Eftersom havets termiska anläggningar körs på en relativt liten temperaturskillnad jämfört med konventionella ångdrivna anläggningar, har ingenjörer kokat ihop många geniala konstruktioner för att vrida ut den mest effektiva, särskilt för de avgörande värmeväxlarna och lågtrycksturbinerna.

Anläggningen på Hawaii kommer att köras på Kalina-cykeln, med sin arbetsvätska en förseglad blandning av ammoniak och vatten. Varmt havsvatten förångar blandningen, som driver en turbin. Blandningen separeras i ammoniakrika och ammoniakfattiga strömmar, kondenseras med kallt djupt vatten och kombineras sedan i ytterligare en omgång.

Kalina-tekniken är utbredd i nya konventionella kraftverk. Exergy of Hayward, CA, har kommersialiserat det i andra typer av anläggningar med relativt små temperaturskillnader, inklusive geotermiska anläggningar och stålverk. Varje del av tekniken är från hyllan, och det fungerar, säger Krock.

Hur arbetsvätska tar sig runt ett (förenklat) sluten kretslopp för värmeenergiomvandling av havet.

Ett alternativt tillvägagångssätt kommer från Sea Solar Power, ett kontroversiellt havstermiskt företag baserat i Baltimore, MD. Dess värmeväxlardesign använder propen som arbetsvätska och en turbulent flödesprocess inspirerad av kyltekniker, säger president Robert Nicholson.

Sea Solar är ungefär halvvägs genom ett tvåårigt projekt på 20 miljoner dollar för att optimera värmeväxlaren och andra komponenter, med finansiering från Baltimores Abell Foundation, säger Nicholson. Men utomstående ser företaget med en blandning av respekt för grundarnas ingenjörsskicklighet, förbittring över dess vägran att detaljera sin teknik och försiktighet, eftersom inget av dess kommersiella projekt ännu har genomförts.

Vatten överallt och lite att dricka

Ett tredje alternativ, öppna kretsloppskonstruktioner som använder havsvatten som arbetsvätska, har studerats främst för dess förmåga att producera färskvatten. Krock säger att två huvudproblem - att kondensera gaser som frigörs av förångningsprocessen och behovet av specialiserade turbiner - har övervunnits.

Han och hans elever har föreslagit en anläggning för Oahu, där sötvattenresurserna är nära att tas ut, säger han. Till en kostnad av cirka 80 miljoner dollar skulle anläggningen producera fem miljoner liter sötvatten om dagen, 8 till 10 megawatt kraft och 20 megawatts kylning vid kusten.

Öar i (Coldwater) strömmen

Sea Solar Power har undertecknat ett samförståndsavtal med Guam om att skapa en termisk anläggning för havet och förhandlar med andra potentiella köpare, säger Nicholson. Han hävdar att finansiering finns tillgänglig för att bygga en första 10-megawattsanläggning, som han sätter på runt 45 till 50 miljoner dollar.

Krocks grupp har också tagit fram förslag för andra öbaserade havstermiska system. En för marinens bas i Diego Garcia i Indiska oceanen, till exempel, skulle kunna spara 30 procent av kostnaden för att generera kraft och färskvatten, uppskattar han.

Mexikanska golfen är en perfekt plats att göra OTEC, tillägger Krock, med tanke på de nya djuphavspetroleumplattformarna. Ironiskt nog är oljeoperatörer oundvikligen arvtagare till denna teknik.

Drömmar om saltvattenrör?

Ändå dröjer drömmarna om de betande växtskeppna fortfarande kvar, även om de betraktas med skepsis av många veteran ingenjörer i havet.

Sea Solar Powers Nicholson säger att det skulle kunna montera flera OTEC-kraftenheter till ett 100-megawattsfartyg som är en åttondel av storleken och kostnaden för de giganter som den federala forskningen föreställer sig. Vi är redo att bygga 100 megawatts anläggningar nu, förklarar han.

Andra experter köper inte sådana påståenden. Det är löjligt, säger NELHAs Daniel. Du måste skala upp först.

Längre borta vid horisonten föreslår Krock att OTEC-anläggningar kan dra ut väte när världsekonomin börjar växla mot det bränslet. Att använda det kalla vattnet som kylfläns kan underlätta processen att göra vätgas till flytande, påpekar han.

Robert Cohen, en Boulder, CO, konsult som var programledare för Department of Energys havsenergiprogram, behåller sin entusiasm för havstermisk energi. OTEC skulle så småningom kunna tillhandahålla en betydande del av det globala energibehovet, säger Cohen, både genom att generera elektricitet och genom att skapa energiintensiva bränslen som väte.

Cohen noterar dock att tekniken har lidit av en historia av stora mål och anspråk. OTEC verkar ta fram extremt subjektiva åsikter från två grupper, som jag kallar skeptikerna och eldsjälarna, säger Cohen, medan sanningen tenderar att lura någonstans mellan ytterligheterna.

Dölj