Obnovitelné zdroje

Článků v rubrice: 195

Tepelný motor oceánských elektráren

V tropických pásmech oceánů činí rozdíl mezi teplotou vody v hlubinách a Sluncem ohřívanou vodou při hladině 20 až 30 °C. Tento teplotní rozdíl umožňuje sestrojit tepelný motor, jehož „palivem” je voda z mořské hladiny a chladičem voda z mořských hlubin.

Fotogalerie (7)
V roce 1979 byl spuštěn plovoucí MINI-OTEC s uzavřeným okruhem a poprvé s polyetylenovým potrubím; k čerpání studené a hladinové vody spotřebovával 4/5 energie z výkonu turbogenerátoru 50 kW

Jules Verne – věčná inspirace

S touto myšlenkou, inspirovanou románem Julese Verna „Dvacet tisíc mil pod mořem”, přišel již před 130 roky francouzský fyzik D´Arsonval. Navrhl uzavřený cyklus s nízkovroucím médiem, který by dokázal využít i tak malý rozdíl teplot. Účinnost sice nemůže překročit 10 %, avšak fakt, že hladina nejméně 60 mil. km2 tropických moří v oblasti rovníku pohlcuje denně sluneční energii srovnatelnou se spálením 40 mil. tun topného oleje, láká vědce a dnes již i energetické společnosti k pokusům využít tuto věčně se obnovující energii pomocí uzavřených nebo otevřených termodynamických cyklů. Na uzavřený cyklus s čpavkem navržený samotným D’Arsonvalem navázal cyklus Rankinův, jehož účinnost zdokonalily později vícetlakové systémy sestrojené Kalinou a Ueharou, vhodné jak k výrobě elektřiny, tak k odsolování mořské vody.

Uzavřené cykly

Uzavřené cykly používají jako pracovní médium nízkovroucí vodní roztoky čpavku, které se v tzv. odparkách odpařují teplem vody přečerpávané z hladiny. Objem par se zvýší až čtyřicetinásobně a může pohánět tepelný motor či turbogenerátor umístěný obvykle na palubě u břehu zakotveného plavidla nebo v zařízení vybudovaném na pobřeží. Za nízkého tlaku se čpavkové páry po průchodu turbínou srazí v kondenzátoru ochlazovaném studenou vodu, která se přivádí podmořským potrubím z hlubin. Pohyb teplosměnného média v uzavřeném okruhu mezi kondenzátorem a výparníkem obstarává oběhové čerpadlo.

Pionýrské pokusy, které zahájil pařížský inženýr George Claude roku 1926 v zátoce Mantanzas na Kubě, narazily na technické potíže. Plovoucí potrubí spuštěné do hloubky 2 km ničily bouře i mořské proudy, zařízení s kratším náhradním potrubím dávalo výkon jen 22 kW, což zdaleka nestačilo ani k pohonu hlubinného čerpadla. S podporou Francouzské Akademie věd postavil Claude později podobné zařízení u Pobřeží slonoviny, kde se voda z hloubky 5 km čerpala potrubím o světlosti 250 cm. Dosáhli výkonu 3,5 MW. Avšak i zde potrubí pokaždé zničily mořské proudy. Po druhé světové válce v pokusech směřujících spíše k vývoji odsolovacích plovoucích stanic pokračovali zejména Američané, Japonci a Indové.

OTEC

Demonstrační projekty, které hodlají využít energii rozdílu teploty mořské vody, dostaly označení OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion). Se státní podporou se např. uskutečnil pokus „v malém“ na modelovém zařízení MINI OTEC u Havajského pobřeží Point Keyhole. V hermetické bóji byl umístěn turboalternátor o výkonu 50 kW. Čtyři výměníky tepla po stranách bóje měly samostatná oběhová čerpadla s freónem, nahrazeným později ekologicky čistějším izo‑butanem. Studená voda (9 °C) se čerpala z hloubky teleskopicky spuštěným potrubím, povrchová voda měla teplotu 24‑28 °C. Pokusy ukázaly, že pohon čerpadel spotřebovával až 70 % turboalternátorem vyrobené elektrické energie, takže čistý výkon zařízení nepřesáhl 15 kW. Vzhledem k vysokým nákladům, ekologickým problémům (např. jak zajistit bezpečnost čpavkového okruhu) a světovému poklesu ceny ropy z mnoha podobných projektů sešlo.

S využitím nových technologií s účinnějšími, avšak technicky složitějšími okruhy se separátory, regenerátory a až několika tlakovými stupni se v projektech OTEC v posledních letech snaží prosadit zejména Havajská národní laboratoř NELH (Natural Energy Laboratory of Hawaii) v oblasti Kailua‑Kona. Japonci na ostrově Nauru uvedli do provozu demonstrační jednotku 100 kW, a nyní budují zařízení s hybridní technologií na ostrůvku Okinotorishima. Zřízení obsahuje otevřený vakuový cyklus, z něhož jsou odsávány nekondenzující plyny a odsolená pára ohřívá výparník uzavřeného amoniakového cyklu s plynovou turbínou.

Nejrozsáhlejší projekty připravuje Indie – o jejich plovoucí stanici Saga Shakti o výkonu 1 MW jeví zájem řada tichomořských ostrovů, které nemají vlastní zdroje fosilních paliv a potřebují také pitnou i závlahovou vodu.

Otevřený cyklus

Technologicky se prosazuje výhradně otevřený cyklus (OC‑OTEC) umožňující kromě elektrické energie vyrábět z mořské vody i vodu pitnou. Odparka, kondenzátor i turbína pracují při poměrně nízkých tlacích (pouze 1‑3 % atmosférického tlaku), z okruhu musí být odstraňovány plyny jako CO2, dusík a kyslík. Sůl se přes odparku do páry nedostane, takže voda odcházející z několikastupňové kondenzace je pitná. Experimenty prokázaly, že na produkci 1 MW elektrického výkonu v otevřeném cyklu zařízení vyžaduje prohánět okruhem okolo 4 m3/s povrchové mořské vody a 2 m3/s studené vody z hloubky okolo 1 km, což spotřebuje asi čtvrtinu vyrobené energie.

Ekologové požadují, aby odpadní chladná voda byla vypouštěna a rozptylována do hloubek nejméně 60 m tak, aby nevyvolala nevratné ekologické změny všeho živého v okolí. Technici se také musejí vypořádávat zejména s neustálým znečišťováním výměníků biologickými nánosy a nasáváním planktonu. Problém jak v řídce obydlených oblastech využít produkovanou elektřinu sice řeší nová generace podmořských kabelů, přesto se hledají v místě efektivnější způsoby. Je to např. akumulace energie do vodíku vyráběného elektrolyzéry; vodík lze pro snazší transport zkapalňovat. Možná je i návazná produkce čpavku a syntetických hnojiv. Právě tam směřují práce NELH, která letos uvede do provozu hybridní OTEC; ten bude kromě elektřiny a pitné vody produkovat i závlahovou vodu. Experti budou studovat i možnost získávat z odparek zachycené prvky z hlubinných vod – zejména uran a lithium.

Jan Tůma
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Co s bateriemi?

Minulý týden jsme oslavili Mezinárodní den baterií. Spojujeme dva příspěvky - jeden domácí a jeden zahraniční, abychom také trochu přispěli k osvětě kolem baterií a akumulátorů. V první polovině roku 2019 se ve světě prodalo více než jeden milion elektromobilů, ...

Max Born - teoretik a filozof kvantové mechaniky

S obdobím rozkvětu atomové fyziky ve dvacátých letech minulého století na proslulé univerzitě v německém dolnosaském městě Göttingenu (Georg-August-Universität) je významně spjato jméno německo-britského matematika a fyzika židovského původu Maxe Borna, ...

Kufřík matematických záhad

Historie matematiky se klene přes celá tisíciletí, učí se ji a používají lidé na celé planetě. Nezabránil tomu ani Codex Justinianus, sbírka všech zákonů a nařízení východořímského císaře Justiciána I, podle kterého „Zavrženíhodné umění matematické jest zakázáno především“.

Studenti postavili trikoptéru připomínající vosu

Měří jen 40 centimetrů, ale rozhodně ji nepřehlédnete. Trikoptéru Elektra, kterou na českobudějovické Vysoké škole technické a ekonomické (VŠTE) postavili studenti Jan Večerek a Tomáš Szendrei, pohánějí tři opravdu velmi hlasité rotory.

Bohatá diagnostika tokamaku ITER

Jak se obsluha tokamaku dozví, co se děje uvnitř vakuové komory v plazmatu? Prostředníkem mezi plazmatem a obsluhou budou, jako v každém tokamaku, nejrůznější diagnostiky. Vyhodnocovací zařízení obsadilo celé levé křídlo Trojbudoví (Tokamak Complex).

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail