MORSKE TEHNOLOGIJEEnergija iz mora 2

Predavanje 7Doc.dr.sc. Gorana Jelić Mrčelić

5. Energija sunca (eng. solar power)

Koristi se za dobivanje energije iz Sunčeva svjetla i sve je više u upotrebi, a pogodno je za korištenje u udaljenim područjima (i svemiru)

Danas se sunčeva energija koristi za: grijanje, dobivanje električne energije, desalinizaciju vode...

Distribucij solarne energije na Zemlji (1991-1993) – crnim diskovima označena su područja koja bi trebala proizvoditi

energiju

Prednosti:• nema zagađenja • lako održavanje i niski operativni troškovi• minimizacija distribucijskih troškova - isplativa za udaljena

područja, pogotovo za satelite, otoke i oceanske brodove • povoljna za vršna opterećenja

Nedostatci:• ograničeno dobivanje energije – ovisi o insolaciji (noć,

oblaci) • pouzdani sustavi zahtijevaju skladištenje energije ili

pomoćni izvor• solarne ćelije proizvode istosmjernu struju koja se mora

prevesti u izmjeničnu - gubitak 4-12%

Direktno korištenje solarne energije:• Fotovoltažne ćelije – električna energija • Sunce grije termalne mase (vodu, zrak)

Indirektno:• Biogoriva – nastaju fotosintezom biljaka• Fosilna goriva – sunčeva energija zarobljena u biljkama u

geološkoj prošlosti• Hidroelektrane i turbine pogonjene vjetrom – sunčevo

djelovanje na klimu (uslijed različitog zagrijavanja Zemlje nastaju morske struje i vjetrovi)

• Ocean thermal energy production (OTEP) – koristi razliku u temperaturi gornjih i donjih slojeva mora

A. Sustavi za solarno grijanje

Solarni sustavi tople vode sastoje se termalnih kolektora i tanka za skladištenje.

Koriste se od domaćinstava do svemira.

Postoje tri osnovna sustava:• Aktivni – koristi pumpe kojima cirkulira voda ili drugi fluid• Pasivni – koristi prirodnu cirkulaciju vode ili fluida• Sustavi koji koriste tankove direktno grijane Suncem

Solarna ploča (fotovoltažni uređaj) može puniti baterije od 12 V i do 9 A na direktnom suncu

B. Solarno jezero – sustav za čuvanje solarne energijeTehnološki nezahtjevan i jeftin način sakupljanja i čuvanja

solarne energije

Princip – tri sloja vode:• Gornji niskog saliniteta • Srednji izolirajući sloj s gradijentom saliniteta – sprječava

izmjenu topline • Pridneni sloj visokog saliniteta – temperature 90ºC – čuva

toplinu

C. Ocean thermal energy conversion (OTEC) – konverzija toplinske energije oceana

Način generiranja električne energije na osnovu temperaturne razlike morske vode na različitim dubinama – pokretanja toplinskog stroja (eng. heat engine).

Hladna voda iz oceanskih dubina (oko 1 km dubine) pumpa se na površinu i energija se dobiva iz toka topline između tople površinske i hladne dubinske vode.

Temperatura poršiskih slojeva mora u različitim geografskim područjima

Vertikalna razdioba temperature u ekvatorijalnom području

Prednosti:• veliki potencijal - ovako raspoloživa energija je do dva reda

veličine veća nego drugi izvori oceanske energije

Nedostatci:• tehnološki zahtjevno i skupo - sva OTEC postrojenja

zahtijevaju skupe cjevovode velika promjera koji su uronjeni milju ili više u oceanske dubine

• OTEC se koristi u tropskim područjima (između 20º N i S) • postojeći OTEC sustavi imaju efikasnosti svega 1 do 3%.

Povijest OTEC-a

• Prvi pokušaji 1800-ih francuski fizičar Jacques Arsene d'Arsonval,

• d'Arsonvalov student Georges Claude izradio prvo OTEC postrojenje (Kuba, 1930)

• 1935 Claude je konstruirao drugu elektranu na 10 000 tonskom teretnom brodu usidrenom uz obale Brazila - vrijeme i valovi su uništili obje

• 1956 izgradio je treće OTEC postrojenje za Abidjan (Obala bjelokosti) – nikad nije dovršena jer je bila preskupa

• 1962 J. H. Anderson i J. H. Anderson Jr. Napravili su novi, efikasniji dizajn

• 1974 Vlada SAD osniva vodeći test-laboratorij OTEC tehnologije the Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority: – 1979 mini OTEC eksperiment brod usidren 1.5 milju od

Havaja – prvo uspješno dobivanje električne energije na moru za osvjetljenje, rad kompjutera i TV na brodu

– 1993 najveće OTEC postrojenje na kopnu u Keahole Point, Hawaii,

– 1999 najveće OTEC postrojenje na moru – od tada nije bilo testiranja OTEC tehnologije u SAD-u

• India – pilot projekt 1 MW floating OTEC plant blizu Tamil Nadu

OTEC u Keahole Point na obali otoka Kona - Hawaii.

Cijevi koje se koriste za OTECPlutajuća OTEC elektrana napravljena u Indiji 2000.

Podjela:

ovisno o lokaciji: – na kopnu – na kontinentskom šelfu uronjene ispod površine

(konceptualno) – plutajuće

ovisno o ciklusu:a. otvorenib. zatvorenic. hibridni

a. Sustavi otvorenog ciklusa

koriste toplu površinsku vodu tropskih mora koja u spremniku niskog tlaka ključa. Para koja ekspandira pokreće nisko-tlačnu turbinu koja je spojena s generatorom. Para se kondenzira u dodiru s hladnim vodom iz dubina.

b. Sustavi zatvorenog ciklusa

koriste fluid s niskom točkom vrenja (amonijak) za pokretanje turbina. Topla površinska morska voda pumpa se kroz izmjenjivač topline gdje fluid isparava. Pare koje ekspandiraju okreću turbo-generator. Hladna pridnena voda pumpa se kroz drugi izmjenjivač topline gdje se fluid kondenzira i vraća u ciklus.

c. Hibridni sustavi

kombiniraju karakteristike oba sustava. Topla morska voda ulazi u vakuum komoru i trenutačno se pretvara u paru (kao u otvorenom sustavu). Para izaziva isparavanje fluida niskog vrelišta (kao u zatvorenom sustavu) koji pokreće turbinu.

Brod za konverziju toplinske energije Sunca pohranjene u moru

Druge tehnologije povezane s OTEC - moguća kogeneracija za:

• Hlađenje (eng. air conditioning) – hladna voda iz OTEC za hlađenje zraka

• Poljoprivredu (eng. chilled-soil agriculture) – hladna voda koja teče kroz podzemne cijevi hladi tlo pa je moguće uzgajanje biljki iz umjereniog pojasa u subtropskom pojasu – vrt u The Natural Energy Laboratory

• Akvakulturu – za uzgoj vrsta koje vole hladnu vodu (losos, jastog, mikroalge)

• Desalinizaciju – proizvodnja slatke vode kao nusprodukta• Dobivanje minerala – 57 elemenata u tragovima se

nalazi u morskoj vodi – velike količine vode se pumpaju i treba naći isplativ način ekstrakcije tih otopljenih minerala

• Istraživanje – OTEC platforme mogu se koristiti i za oceanografska istraživanja

• Turizam – za rekreacijsko ronjenje

OTEC postrojenja su manje-više stacionarne površinske platforme i njihova stalna lokacija i legalni status može biti uređen UN Konvencijom o pravu mora (United Nations Convention on the Law of the Sea - UNCLOS).

One se mogu smatrati umjetnim otocima koji nemaju vlastitu pravnu samostalnost (SAD nije ratificirala ovaj sporazum).

D. Energija dobivena iz temperaturne razlike između hladnog zraka i tople vode

Zimi u obalnim arktičkim područjima temperatura mora je 40ºC toplija nego zrak, pa je moguća primjena tehnologija baziranih na OTEC zatvorenim sustavima. Prednost je što ne trebaju dugi cjevovodi za dovođenje duboke oceanske vode, pa su jeftiniji od klasičnog OTEC.

6. Blue energy

Ima princip rada obrnut od desalinizacije. Razlika u slanosti između morske vode i rijeka koristi se za generiranje električne energije odvajanjem pozitivnih i negativnih iona preko membrana (reverzna elektrodijaliza RED ili osmoza).

1950 znanstvenici sa sveučilišta u Kaliforniji pronašli su metodu pretvaranja slane morske vode u vodu za piće.

1965 znanstvenici sa Sveučilišta Negev u Izraelu zaključuju da bi se obrnutim postupkom mogla dobiti električna energija.

1973 napravljen je simulator na osnovu pojave da se slana i slatka voda miješaju sve dok se njihov salinitet ne izjednači: između vode različitog saliniteta postavljene su specijalne polupropusne membrane i na njihovim krajevima izmjerena je razliku u naponu. No u to vrijeme praktična primjena te ideje bila je preskupa.

2009 znanstvenici u nizozemskom Centru za obnovljivu tehnologiju vode napravili su „Koncept plava energija“. Princip je slijedeći: morska voda sadrži dvije vrste čestica (pozitivne ione natrija i negativne ione klora). Ako se u rezervoar sa mješavinom slatke i slane vode potope dvije membrane, od kojih jedna propušta pozitivne, a druga negativne ione, između njih će poteći struja.

Membrane koje nizozemski istraživački tim koristi još nisu dovoljno jeftine za masovnu proizvodnju. Razmak između membrana mora biti mikroskopske veličine kako bi električni otpor bio što manji, a voda mora slobodno prolaziti kroz membrane.

Sve navedene poteškoće moraju se riješiti kako bi plava energija prešla iz faze istraživanja u praktičnu primjenu. Predviđanja Nizozemske su da bi mogli ovim izvorom pokriti 33% potreba.

Za ovaj način dobivanja energije najpogodnija ušća rijeka, gdje se slatka voda prirodno miješa sa morskom slanom vodom. Energetski potencijal koji bi se mogao ostvariti u zemljama bogatim riječnim ušćima je velik.

Pitanja za ponavljanje• Navedite prednosti i nedostatke solarne energije. Načini

korištenja solarne energije (direktni i indirektni) za dobivanje energije!

• Što je OTEC? Princip rada OTEC elektrane? Koje su im prednosti, a koji nedostaci? Podjela OTEC elektrana? Moguća kogeneracija s OTECom?

• Što je Blue energy?

Hvala na pažnji!

Proizvodnja energije iz mora Izvori:• http://powerlab.fsb.hr/OsnoveEnergetike/udzbenik

/• http://en.wikipedia.org/wiki/Alternative_energy• http://www.pfri.hr/~zec/ (MTv1.0)