해양 열 에너지 변환

해양 열 에너지 변환(Othermal Thermal Energy Conversion, OTEC)은 열 엔진을 작동시키고 일반적으로 전기의 형태로 유용한 작업을 생산하기 위해 더 차갑고 따뜻한 얕은 바다 또는 표면 바닷물 사이의 해양 열 구배를 사용합니다.OTEC은 매우 큰 용량 계수로 동작할 수 있기 때문에 베이스 로드 모드로 동작할 수 있습니다.

북대서양과 남양의 아주 특정한 지역에서 해양 표면수와 차가운 대기의 상호작용에 의해 형성된 고밀도 냉수 덩어리는 깊은 해저 분지로 가라앉고 열염화 순환에 의해 전체 심해로 확산됩니다.깊은 바다에서 찬 물이 솟아오르는 것은 차가운 표면 해수의 하류에 의해 보충된다.

해양 에너지원 중에서 OTEC는 베이스 로드 전력 ^[1]공급에 기여할 수 있는 지속적으로 이용 가능한 재생 에너지 자원 중 하나이다.OTEC의 자원 잠재력은 다른 해양 에너지 ^[2]형태보다 훨씬 큰 것으로 여겨진다.해양의 열 구조에 ^[3]영향을 주지 않고 OTEC에서 최대 88,000 TWh/yr의 전력을 생산할 수 있습니다.

시스템은 폐쇄 사이클 또는 개방 사이클 중 하나입니다.폐쇄 사이클 OTEC는 일반적으로 암모니아 또는 R-134a와 같은 냉매로 간주되는 작동 유체를 사용합니다.이러한 유체는 비등점이 낮기 때문에 시스템의 발전기에 전력을 공급하여 전기를 발생시키는 데 적합합니다.지금까지 OTEC에서 가장 일반적으로 사용된 열 사이클은 저압 터빈을 사용하는 랭킨 사이클입니다.오픈 사이클 엔진은 바닷물 자체에서 나오는 증기를 작동 유체로 사용합니다.

OTEC는 또한 부산물로 많은 양의 냉수를 공급할 수 있다.이것은 냉난방과 냉동에 사용될 수 있고 영양분이 풍부한 해양심층수는 생물 기술을 제공할 수 있다.또 다른 부산물은 바다에서 ^[4]증류된 민물입니다.

OTEC 이론은 1880년대에 처음 개발되었고 최초의 벤치 크기 실증 모델은 1926년에 만들어졌다.현재 파일럿 규모의 OTEC 공장은 사가 대학과 ^[5]하와이의 마카이(Makai)가 감독하는 일본에 있다.

역사

OTEC 기술을 개발하고 다듬으려는 시도는 1880년대에 시작되었다.1881년, 프랑스 물리학자 자크 아르센 다르송발은 바다의 열에너지를 이용할 것을 제안했다.다르송발의 제자인 조르주 클로드가 ^[6][7]1930년 쿠바 마탄자스에 OTEC 최초의 공장을 지었다.이 시스템은 저압 ^[8]터빈으로 22kW의 전기를 발생시켰다.그 공장은 나중에 ^[9]폭풍으로 파괴되었다.

1935년 클로드 씨는 브라질 앞바다에 정박된 10,000톤 화물선에 공장을 건설했습니다.날씨와 파도로 인해 실제 ^[8]전력이 생성되기도 전에 파괴되었습니다. (순 전력은 시스템 실행에 필요한 전력을 뺀 후 발생하는 전력량입니다.)

1956년 프랑스 과학자들은 코트디부아르 아비장을 위해 3MW의 공장을 설계했다.그 공장은 많은 양의 값싼 석유가 발견되어 ^[8]비경제적이게 되었기 때문에 결코 완공되지 못했다.

1962년 J. Hilbert Anderson과 James H. Anderson, Jr.는 부품 효율을 높이는 데 주력했습니다.그들은 ^[10]1967년에 새로운 "폐쇄 사이클" 디자인을 특허 취득했습니다.이 설계는 원래 폐쇄 사이클 랭킨 시스템을 개선하여 석유나 석탄보다 낮은 비용으로 전력을 생산하는 발전소의 개요에 포함시켰습니다.그러나 당시 석탄과 원자력이 에너지의 ^[9]미래로 여겨져 이들의 연구는 거의 주목을 받지 못했다.

일본은 OTEC ^[11]기술 발전에 큰 공헌을 하고 있다.도쿄전력은 1970년부터 ^[11]나우루섬에 100kW급 폐사이클 OTEC 공장을 건설해 도입하는 데 성공했다.발전소는 1981년 10월 14일에 가동되기 시작하여 약 120kW의 전력을 생산하였다. 90kW는 발전소의 전력 공급에 사용되었고 나머지 전기는 학교와 ^[8]다른 장소에 전력을 공급하는데 사용되었다.이는 OTEC 시스템에서 전력이 실제 ^[12]전력망에 공급되는 세계 최고 기록을 세웠습니다.또 1981년 러시아 엔지니어 알렉산더 칼리나 박사가 암모니아와 물을 혼합하여 전기를 생산하면서 OTEC 기술이 크게 발전했습니다.이 새로운 암모니아-물 혼합물은 전력 순환의 효율을 크게 향상시켰다.1994년 사가 대학은 발명가 우에하라 하루오의 이름을 딴 새로 발명된 우에하라 사이클을 시험하기 위해 4.5kW 발전소를 설계하고 건설했다.이 사이클에는 흡수 및 추출 프로세스가 포함되어 있어 이 시스템은 칼리나 사이클보다 1~2%^[13] 더 높은 성능을 발휘합니다.현재, 사가 대학의 해양 에너지 연구소는 OTEC 발전소 연구의 리더이며, OTEC의 부차적인 이점에도 초점을 맞추고 있습니다.

1970년대는 1973년 아랍-이스라엘 전쟁 이후 OTEC의 연구개발이 증가하여 유가가 3배로 상승하였다.미국 연방정부는 ^[14]카터 대통령이 1999년까지 OTEC 시스템으로부터 10,000MW의 전기를 생산한다는 법안에 서명하자 OTEC 연구에 2억 6천만 달러를 쏟아부었다.

1974년, 미국은 하와이 코나 해안의 키홀 포인트에 하와이 당국 자연 에너지 연구소(NELHA)를 설립했다.하와이는 따뜻한 지표수, 매우 깊고 차가운 물의 접근성, 높은 전기 요금으로 인해 미국 OTEC 최고의 입지입니다.이 연구소는 OTEC ^[15]기술의 선도적인 테스트 시설이 되었습니다.같은 해 록히드는 미국 국립과학재단으로부터 OTEC 연구 지원금을 받았다.그 결과 록히드, 미 해군, 마카이오션엔지니어링, 딜링햄건설 등의 기업이 세계 최초이자 유일한 순전력 생산 OTEC 공장인 미니 ^[16]OTEC를 건설하기 위해 1979년 3개월 동안 소량의 전기를 생산했다.

유럽 이니셔티브인 EUROCEAN은 1979년부터 1983년까지 OTEC를 촉진하는 데 이미 활동한 9개 유럽 기업의 민간 자금 조인트 벤처였다.처음에는 대규모 연안 시설이 연구되었다.이후 육상 기반 OTEC와 담수화 및 ODA라는 명칭의 양식업을 결합한 100kW 육상 기반 설비가 연구되었다.이는 세인트 크로이섬의 소규모 양식시설에서 나온 결과에 따른 것으로, 깊은 물 공급선을 이용해 양식 분지에 식량을 공급했다.또한 해안 기반 개방 사이클 플랜트도 조사되었다.연구 사례의 위치는 네덜란드 왕국 관련 퀴라소 ^{[17][circular reference]}섬이었다.

오픈 사이클 OTEC의 실현에 관한 연구는 1979년 미국 에너지부의 자금 지원을 받아 태양 에너지 연구소(SERI)에서 본격적으로 시작되었습니다.증발기 및 적절하게 구성된 직접 접촉 응축기는 SERI에 의해 개발되고 특허를 받았습니다( 참조^[18][19][20]).165kW 실험이라고 불리는 전력 생산 실험의 원래 디자인은 Kreith와 Barathan에^{[22] [21]}의해 Max Jakob Memorial Award 강의로 설명되었습니다.초기 설계에서는 대형 증기 터빈에서 가져온 마지막 단계 로터를 사용하여 두 개의 병렬 축 터빈을 사용했습니다.나중에 국립 재생 에너지 연구소(NREL)의 바라단 박사가 이끄는 팀은 최신 210 kW 개방 사이클 OTEC 실험()^[23]을 위한 초기 개념 설계를 개발했습니다.이 설계에서는 사이클의 모든 구성 요소, 즉 증발기, 콘덴서 및 터빈을 하나의 진공 용기에 통합하고 터빈을 상단에 장착하여 물이 유입되지 않도록 했습니다.그 용기는 최초의 공정 진공 용기로 콘크리트로 만들어졌다.터빈과 진공 펌프가 최초로 개발되었기 때문에 저비용 플라스틱 재료를 사용하여 모든 부품을 만들려는 시도는 완전히 달성될 수 없었습니다.이후 바라탄 박사는 PICHTR(Pacific Institute for High Technology Research)의 엔지니어 팀과 협력하여 예비 및 최종 단계를 통해 이 설계를 더욱 추구했습니다.그것은 Net Power Producting Experiment(NPE)로 이름이 바뀌었고, 최고 엔지니어 Don Evans가 이끄는 팀에 의해 PICHTR에 의해 하와이 자연 에너지 연구소(NELH)에서 건설되었고, 프로젝트는 Dr. Luis Vega에 의해 관리되었다.

2002년 인도는 타밀나두 인근에 1MW의 부유식 OTEC 시험공장을 시험했다.심해 냉수관의 ^[24]고장으로 발전소는 결국 성공하지 못했다.그 정부는 연구를 ^[25]계속 후원하고 있다.

2006년, 마카이 해양 공학은, 미국 해군 연구국(ONR)으로부터, OTEC가 따뜻한 열대 수역에 있는 해상 부유식 플랜트에서 전국적으로 유의한 양의 수소를 생산할 수 있는 가능성을 조사하는 계약을 취득했습니다.Makai는 OTEC를 실제로 상용화할 대규모 파트너의 필요성을 깨닫고 록히드 마틴에 연락하여 이전 관계를 갱신하고 OTEC를 위한 준비가 되었는지를 판단했습니다.그래서 2007년 록히드 마틴은 OTEC에서 작업을 재개하고 SBIR를 지원하기 위해 Makai의 하청업체가 되었고, 그 후 다른 협업이^[16] 이어졌다.

2011년 3월, Ocean Thermal Energy Corporation은 바하마 나소의 바하마르 리조트와 세계 최초의 최대 규모의 해수 공조(^[26]SWAC) 시스템을 위한 에너지 서비스 계약(ESA)을 체결했습니다.2015년 6월, 리조트가 재정 및 소유권 ^[27]문제를 해결하는 동안 프로젝트는 중단되었습니다.2016년 8월, 문제가 해결되었으며 ^[28]2017년 3월 개장할 것이라고 발표했다.SWAC 시스템 구축은 그때 재개될 것으로 예상된다.

2011년 7월 마카이오션엔지니어링은 하와이 자연에너지연구소에 OTEC 열교환기 시험설비의 설계 및 건설을 완료했습니다.이 설비의 목적은 OTEC 열교환기를 위한 최적의 설계에 도달하여 성능과 내용연수를 향상시키면서 비용을 절감하는 것입니다(열교환기는 ^[29]OTEC 공장의 제1의 비용 드라이버입니다).그리고 2013년 3월, 마카이씨는 OTEC 열교환기 시험 설비에 100킬로와트 터빈을 설치·운영해,^[30][31] 다시 한번 OTEC 전력을 그리드에 접속하는 상을 발표했습니다.

2016년 7월, 버진아일랜드 공공 서비스 위원회는 해양 열 에너지 공사의 인정 시설 신청을 승인했습니다.이에 따라 이 회사는 미국령 버진아일랜드 수도전력청(WAPA)과 세인트루이스섬의 OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion) 플랜트와 관련된 전력구매계약(PPA) 협상을 시작할 수 있게 되었습니다.크로익스, 이건 세계 최초의 상업용 OTEC ^[32][33]공장이 될 거야

현재 OTEC 공장 가동 중

2013년 3월, 일본의 다양한 산업체가 있는 사가 대학은 새로운 OTEC 공장의 설치를 완료했습니다.오키나와현은 2013년 4월 15일, 구메 섬에서 OTEC 운전 시험 개시를 발표했다.주요 목적은 컴퓨터 모델의 타당성을 증명하고 OTEC를 대중에게 시연하는 것입니다.2016년도 말까지 사가 대학의 지원을 받아 시험·연구를 실시합니다.IHI 플랜트 건설주식회사, 요코가와 전기, Xenesys는 오키나와현 심해수 연구 센터 부지 내에 100킬로와트급 발전소의 건설을 위탁받았다.2000년 연구소를 위해 설치된 기존 심해 및 지표수 취수관을 활용하기 위해 특별히 장소를 선정하였다.이 파이프는 연구, 어업, 농업용 심해수의 흡수를 위해 사용된다.[19] 발전소는 이중 랭킨 ^[34]구성의 50 kW 장치 2개로 구성된다.OTEC 시설과 해양심층연구센터는 영어와 ^[35]일본어로 예약하면 무료로 일반 관광을 할 수 있다.현재, 이 공장은 세계에서 유일하게 완전히 가동되고 있는 OTEC 공장 중 하나입니다.이 발전소는 특정 시험이 진행 중이 아닐 때 지속적으로 가동된다.

2011년 마카이오션엔지니어링은 NELHA에 열교환기 시험시설을 완공했습니다.OTEC에서 사용되는 다양한 열교환 기술을 테스트하는 데 사용되는 Makai는 105kW ^[36]터빈을 설치하기 위한 자금을 지원받았다.설비에 의해, 이 설비는 운용 가능한 OTEC 설비 중 최대가 됩니다만, 최대의 전력은 하와이에서 개발된 오픈 사이클 플랜트에 남습니다.

2014년 7월 DCNS 그룹은 Akuo Energy와 제휴하여 NEMO 프로젝트를 위한 NER 300 자금 지원을 발표했습니다.성공한다면 16MW의 총 10MW의 순 연안 플랜트는 지금까지 가장 큰 OTEC 설비가 될 것입니다.DCNS는 ^{[37][failed verification]}2020년까지 NEMO를 가동할 계획이다.

마카이 오션 엔지니어링에 의해 건설된 해양 열 에너지 변환 발전소는 2015년 8월에 하와이에서 가동되었습니다.하와이 주지사 데이비드 이지는 발전소를 가동시키기 위해 스위치를 껐다.이것은 미국의 전기 배전망에 연결된 최초의 진정한 폐쇄 사이클 해양 열 에너지 변환 발전소이다.이 발전소는 ^[38]약 120가구에 전력을 공급할 수 있는 105킬로와트의 전력을 생산할 수 있는 데모 발전소이다.

열역학 효율

열 엔진은 온도 차이가 큰 상태에서 작동할 때 더 높은 효율성을 제공합니다.해양에서 표면과 깊은 물의 온도 차이는 열대지방에서 가장 크지만, 여전히 20 - 25 °C 정도가 적당하다.따라서 OTEC가 가장 ^[4]큰 가능성을 제공하는 곳은 열대지역입니다.OTEC는 파력과 ^[39][40]같은 다른 해양 에너지 옵션보다 10배에서 100배 더 많은 에너지를 전 세계에 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

OTEC 공장은 전력 발전 ^[4]시스템에 대한 기본 부하 공급을 제공하여 지속적으로 가동할 수 있습니다.

OTEC의 주요 기술적 과제는 작은 온도 차이에서 많은 양의 전력을 효율적으로 발생시키는 것입니다.그것은 여전히 새로운 기술로 여겨지고 있다.초기 OTEC 시스템의 열효율은 1~3%로 이론상 최대치인 6%와 이 온도차에 ^[41]대한 7%를 크게 밑돌았다.현대적 디자인은 이론적으로 카르노 효율성의 최대치에 근접하는 성능을 제공합니다.

전원 사이클 타입

차가운 바닷물은 폐쇄 사이클, 개방 사이클, 하이브리드 등 세 가지 유형의 OTEC 시스템 각각에 없어서는 안 될 부분입니다.작업을 하려면 차가운 바닷물을 수면으로 끌어올려야 합니다.주요 접근법은 능동 펌핑과 담수화입니다.해저 근처에서 바닷물을 담수화하면 밀도가 낮아져 해수면이 ^[42]상승하게 된다.

응축된 냉수를 표면으로 끌어내기 위한 값비싼 파이프에 대한 대안은 기화된 저비등점 유체를 응축할 깊이로 펌핑하여 펌핑 용량을 줄이고 기술 및 환경 문제를 줄이고 ^[43]비용을 절감하는 것입니다.

닫힘

폐쇄 사이클 시스템은 암모니아(대기압에서 약 -33°C의 비등점이 있음)와 같이 비등점이 낮은 유체를 사용하여 터빈에 전력을 공급하여 전기를 생성합니다.따뜻한 표면 해수는 열교환기를 통해 펌핑되어 유체를 증발시킵니다.팽창하는 증기는 터보 발전기를 회전시킨다.두 번째 열교환기를 통해 펌프된 차가운 물은 증기를 액체로 응축시키고, 액체는 시스템을 통해 재활용됩니다.

1979년 Natural Energy Laboratory와 여러 민간 부문 파트너들은 "mini OTEC"^[44] 실험을 개발하여 폐쇄 사이클 OTEC에서 처음으로 바다에서 순 전력 생산을 성공적으로 달성했습니다.이 소형 OTEC 선박은 하와이 해안에서 1.5마일(2.4km) 떨어진 곳에 정박해 있었으며 배의 전구를 밝히고 컴퓨터와 TV를 작동시키기에 충분한 양의 전기를 생산했다.

열다.

오픈 사이클 OTEC는 따뜻한 지표수를 직접 사용해 전기를 만든다.따뜻한 바닷물은 먼저 저압 용기에 펌프로 주입되어 끓게 됩니다.일부 방법에서는 팽창하는 증기가 전기 발전기에 연결된 저압 터빈을 구동합니다.소금과 다른 오염 물질을 저압 용기에 남겨둔 수증기는 순수한 민물입니다.심해수의 차가운 온도에 노출되어 액체로 응축됩니다.이 방법은 식수, 관개 또는 ^[45]양식업에 적합한 담수를 담수화한다.

다른 방법에서는 상승 증기가 물을 상당한 높이로 끌어올리는 가스 리프트 기술에 사용된다.실시 형태에 따라서는 이러한 증기 리프트 펌프 기술은 펌프가 ^[46]사용되기 전 또는 후에 수력 발전 터빈으로부터 전력을 발생시킨다.

1984년, 태양 에너지 연구소(현재는 국립 재생 에너지 연구소로 알려짐)는 따뜻한 바닷물을 개방 사이클 발전소의 저압 증기로 전환하기 위해 수직 분출 증발기를 개발했다.해수-증기 변환의 경우 변환 효율이 97%까지 높았습니다(전체 증기 생산량은 유입수의 몇 %에 불과합니다).1993년 5월 하와이 키홀 포인트에 있는 오픈 사이클 OTEC 공장은 순전력 생산 실험 ^[47]중 80kW에 가까운 전력을 생산했습니다.이는 1982년 ^[47]일본 시스템에 의해 수립된 40kW의 기록을 깼다.

하이브리드

하이브리드 사이클은 폐쇄 사이클과 개방 사이클 시스템의 특징을 결합합니다.하이브리드에서 따뜻한 바닷물은 진공 챔버로 들어가 개방 사이클 증발 과정과 유사하게 섬광 증발됩니다.증기는 암모니아 기화기의 반대편에 있는 폐쇄 사이클 루프의 암모니아 작동 유체를 증발시킵니다.기화된 유체는 전기를 생산하기 위해 터빈을 구동한다.증기는 열 교환기 내에서 응축되어 담수화수를 공급합니다(히트 ^[48]파이프 참조).

작동 유체

작동 유체의 인기 있는 선택은 암모니아인데, 암모니아는 운송 특성이 뛰어나고, 가용성이 용이하며, 비용이 저렴합니다.그러나 암모니아는 독성이 있고 인화성이 있다.CFC나 HCFC와 같은 불소화탄소는 독성이나 인화성은 없지만 오존층 파괴의 원인이 된다.탄화수소 역시 좋은 후보이지만 인화성이 매우 높기 때문에 직접 연료로 사용하기 위한 경쟁이 발생할 수 있습니다.발전소 크기는 작동 유체의 증기 압력에 따라 달라집니다.증기 압력이 증가함에 따라 터빈 및 열 교환기의 크기는 감소하지만 파이프 및 열 교환기의 벽 두께는 증가하여 특히 증발기 측에서 높은 압력을 견딜 수 있습니다.

육지, 선반 및 부유 사이트

OTEC는 기가와트의 전력을 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 전기 분해와 함께 전 세계 화석 연료 ^{[citation needed]}소비를 완전히 대체하기에 충분한 수소를 생산할 수 있다.그러나 비용 절감은 여전히 해결되지 않은 과제입니다.OTEC 공장들은 차가운 물을 지표로 끌어오기 위해 1킬로미터 또는 그 이상의 깊이로 잠기는 길고 큰 직경의 취수관을 필요로 한다.

육상 기반

육지 기반 및 근해 시설은 깊은 물에 있는 시설보다 세 가지 주요 이점을 제공합니다.육지 또는 육지 근처에 건설된 발전소는 정교한 계류, 긴 전원 케이블 또는 개방 해양 환경과 관련된 보다 광범위한 유지보수가 필요하지 않습니다.폭풍이나 거친 바다로부터 비교적 안전하도록 보호구역에 설치할 수 있다.전기, 담수화수, 차갑고 영양분이 풍부한 바닷물은 연안 시설에서 가대교나 둑길을 통해 전달될 수 있다.또한 육지 기반 또는 근해 부지를 통해 화훼 또는 담수화수가 필요한 산업과 같은 관련 산업과 함께 식물을 운영할 수 있다.

선호되는 위치는 좁은 선반(화산섬), 가파른(15-20도) 연안 경사면 및 비교적 부드러운 해저 바닥을 가진 곳이다.이러한 부위는 흡기 파이프의 길이를 최소화합니다.육지 기반 발전소는 해안으로부터 내륙에 건설되어 폭풍으로부터 더 많은 보호를 제공할 수도 있고, 파이프가 더 짧아질 수도 있는 해변에 건설될 수도 있다.어느 경우든 시공과 운용을 용이하게 함으로써 비용을 절감할 수 있습니다.

육지 기반 또는 근해 지역에서도 마리화나를 재배하거나 냉수 농업을 지원할 수 있습니다.해안가에 세워진 탱크나 석호는 근로자들이 작은 해양 환경을 감시하고 제어할 수 있게 해준다.화훼 재배품은 일반 운송을 통해 시장에 배송될 수 있습니다.

지상 설비의 한 가지 단점은 서프 존의 난기류 파동 작용에서 발생한다.OTEC 배출관은 폭풍우 및 장기간 거친 바다에서 과도한 스트레스를 받지 않도록 보호용 트렌치에 배치해야 한다.또한 차가운 바닷물과 따뜻한 바닷물의 혼합 방출은 방출되기 전에 적절한 수심에 도달하기 위해 수백 미터 앞바다로 운반되어야 할 수 있으며, 건설과 유지 보수에 추가 비용이 필요할 수 있습니다.

OTEC 시스템이 서프 존에서의 운용의 문제와 비용의 일부를 회피할 수 있는 한 가지 방법은 10~30m 깊이의 바다에 OCEAN Thermal Corporation 1984를 건설하는 것입니다.이러한 유형의 발전소는 더 짧은(따라서 비용이 적게 드는) 흡입 및 배출 파이프를 사용하여 난류 파도의 위험을 피할 수 있습니다.그러나 발전소 자체는 방파제 및 내식성 기초와 같은 해양 환경으로부터의 보호가 필요하며 발전소 생산물은 ^[49]해안으로 전송되어야 한다.

쉘프 베이스

난기류 서프 존을 피하고 냉수 자원에 접근하기 위해 OTEC 발전소는 최대 수심 100m(330ft)의 대륙붕에 설치할 수 있다.선반에 장착된 식물을 현장으로 견인하여 해저에 부착할 수 있습니다.이런 종류의 건설은 이미 연안 석유 시추시설에서 사용되고 있다.심층수에서 OTEC 발전소를 운영하는 복잡성은 육지 기반 접근법보다 비용이 더 많이 들 수 있다.문제는 바다 밖 상황의 스트레스와 더 어려운 제품 배송을 포함합니다.거센 해류와 큰 파도에 대처하면 엔지니어링 및 건설 비용이 추가됩니다.플랫폼에서는 안정적인 기반을 유지하기 위해 광범위한 피어링이 필요합니다.전력 공급은 육지에 도달하기 위해 긴 해저 케이블이 필요할 수 있습니다.이러한 이유로 선반에 장착된 플랜트는 ^{[49][citation needed]}매력이 떨어진다.

유동적인

수상 OTEC 시설은 앞바다에서 가동됩니다.대규모 시스템에 최적일 가능성이 있지만 플로팅 설비는 몇 가지 어려움을 겪고 있습니다.매우 깊은 물에 계류하는 식물이 어렵다는 것은 전력 공급을 복잡하게 만든다.플로팅 플랫폼에 접속되어 있는 케이블은 특히 폭풍우 시에 파손되기 쉽습니다.수심 1000m 이상의 케이블은 유지 보수 및 수리가 어렵습니다.해저와 발전소를 연결하는 라이저 케이블은 ^[49]얽히지 않도록 제작되어야 한다.

선반식 플랜트와 마찬가지로 플로팅 플랜트는 지속적인 운영을 위한 안정적인 기반이 필요합니다.큰 폭풍과 거센 파도는 수직으로 매달린 냉수관을 파손시키고 온수 취수구를 방해할 수 있다.이러한 문제를 방지하기 위해, 파이프들은 플랫폼 바닥에 부착된 유연한 폴리에틸렌으로 만들어지고 조인트나 칼라로 김볼링할 수 있습니다.폭풍 피해를 방지하기 위해 발전소에서 파이프를 분리해야 할 수도 있다.온수 배관의 대안으로 지표수를 직접 플랫폼으로 끌어들일 수 있지만, 거친 ^[49]파도에 의한 격렬한 움직임 중에 유입구의 흐름이 손상되거나 중단되는 것을 방지할 필요가 있다.

플로팅 플랜트를 전원 공급 케이블에 접속하려면 플랜트가 비교적 정지해 있어야 합니다.계류하는 것은 허용 가능한 방법이지만, 현재의 계류 기술은 수심이 약 2,000미터(6,600피트)로 제한되어 있습니다.얕은 곳에서도 계류 비용이 ^[50]만만치 않을 수 있습니다.

정치적 관심사

OTEC 시설은 다소 정지된 지상 플랫폼이기 때문에 정확한 위치와 법적 지위는 유엔해양법조약(UNCLOS)의 영향을 받을 수 있습니다.이 조약은 연안국가에 육지에서 다양한 법적 권한을 가진 12해리(22km와 370km) 구역을 부여하고 잠재적 분쟁과 규제 장벽을 조성한다.OTEC 공장 및 이와 유사한 구조물은 조약에 따라 인공섬으로 간주되어 독립적인 법적 지위를 부여하지 않을 것이다.OTEC 발전소는 국제 해저 기구가 관리하는 어업 또는 해저 채굴 작업에 대한 위협 또는 잠재적 파트너로 인식될 수 있다.

비용 및 경제성

OTEC 시스템은 아직 널리 배포되지 않았기 때문에 비용 견적은 불확실합니다.하와이 대학의 2010년 조사에 따르면 OTEC의 전력 비용은 1.4MW 발전소의 경우 kWh당 94.0센트, 10MW 발전소의 경우 kWh당 44.0센트, 100MW ^[51]발전소의 경우 kWh당 18.0센트로 추정되었습니다.국제 에너지 기구 산하 해양 에너지 시스템의 2015년 보고서에 따르면 100 MW ^[52]발전소의 경우 kWh당 약 20.0센트의 추정치가 제시되었다.또 다른 연구에서는 발전 비용이 ^[53]kWh당 7.0센트에 달할 것으로 추정했습니다.다른 에너지원과 비교하여, Lazard의 2019년 연구는 보조되지 않은 전기 비용을 유틸리티 규모에서 Solar PV의 경우 kWh당 3.2 - 4.2센트, 풍력 ^[54]발전의 경우 kWh당 2.8 - 5.4센트로 추정했다.

IRENA가 2014년에 발간한 보고서에 따르면 OTEC 기술의 상업적 사용은 다양한 방식으로 확장될 수 있다."...소규모 OTEC 발전소는 소규모 지역사회(주민 5 000-50,000명)의 전력 생산을 수용할 수 있지만, 담수나 냉각과 같은 귀중한 부산물 생산이 경제적으로 실현 가능해야 한다."대규모 OTEC 플랜트는 오버헤드와 설치 비용이 ^[55]훨씬 높아집니다.

는 고려해야 할 이로운 요인들의 쓰레기 해양 온도차 발전 시스템의 부족과 연료 소비, 그것이 available[표창 필요한]은 지역을 포함한다(20°자주 적도의 안에)[56] 지정학적 효과의 석유 의존, 호환성과 대체 형식의 바다 힘과 같은 파도 에너지, 간만 에너지 및 메탄 빌ydrates, supplemental은 ^[57]바닷물에 사용한다.

제안된 프로젝트

검토 중인 OTEC 프로젝트에는 인도양에 있는 영국의 해외 영토 섬인 디에고 가르시아에 있는 미 해군 기지를 위한 작은 공장이 포함되어 있다.Ocean Thermal Energy Corporation(구 OCEES International, Inc.)은 현재의 디젤 발전기를 대체할 13MW OTEC 공장의 설계를 위해 미 해군과 협력하고 있습니다.OTEC 공장은 또한 하루에 125만^{[clarification needed]} 갤런의 음용수를 공급할 것이다.이 프로젝트는 현재 미군 계약 정책의 변화를 기다리고^[when?] 있다.OTE는 괌에 10MW급 OTEC 공장을 건설할 것을 제안했다.

바하마

OTE(Ocean Thermal Energy Corporation)는^[when?] 현재 미국령 버진아일랜드에 10MW OTEC 플랜트 2기, 바하마에는 5-10MW OTEC 설비를 설치할 계획입니다.OTE는 또한 바하마에 있는 리조트를 위해 세계에서 가장 큰 해수 에어컨(SWAC) 공장을 설계했는데, 이 공장은 냉난방 ^[58]방법으로 깊은 바닷물을 사용할 것이다.2015년 중반 리조트가 재정 ^[59]및 소유권 문제를 해결하는 동안 95%의 프로젝트가 일시적으로 보류되었습니다.2016년 8월 22일, 바하마 정부는 바하마르 리조트가 ^[28]완공될 것이라는 새로운 협정이 체결되었다고 발표했다.2016년 9월 27일, 페리 크리스티 바하마 총리는 바하 마르에 공사가 재개되었으며 2017년 3월에 개장할 ^[60]예정이라고 발표했다.

보류 중이어서 ^[61]재개되지 않을 수 있습니다.

하와이

록히드마틴의 대체에너지개발팀은 마카이오션엔지니어링과^[62] 제휴해 2012~2013년 하와이에서 가동할 예정인 10MW 폐쇄사이클 OTEC 파일럿 시스템의 최종 설계 단계를 완료했다.이 시스템은 가까운 장래에 100MW급 상용 시스템으로 확장될 수 있도록 설계되었다.2010년 11월, 미 해군 시설 엔지니어링 사령부(NAVFAC)는 록히드 마틴에 발전소의 중요한 시스템 부품과 설계를 개발하기 위한 440만 달러의 계약 변경을 수여했으며, 2008년과 2010년 ^[63]3월에 총 810만 달러의 계약과 두 개의 에너지부 보조금이 추가되었다.작지만 작동 가능한 해양 열 에너지 변환(OTEC) 공장이 2015년 8월에 하와이에서 문을 열었습니다.연구 개발 100킬로와트 시설의 개통은 폐쇄 사이클의 OTEC 공장이 미국 ^[64]배전망에 연결된 첫 사례였다.

하이난

2013년 4월 13일, 록히드는 하이난 섬에 계획된 ^[65]리조트에 전력을 공급하기 위해 중국 남부 해안에 10 메가와트 발전소를 건설하기로 레인우드 그룹과 계약했다.그 정도 크기의 발전소는 수천 ^[66][67]채의 가정에 전력을 공급할 것이다.레인우드 그룹은 2011년에 오푸스 오프쇼어를 인수하여 레인우드 해양 엔지니어링 부서를 구성하고 있으며, 딥워터 ^[68]시추 개발에도 관여하고 있습니다.

일본.

현재 계속 가동되고 있는 OTEC 시스템은 일본 오키나와현에 있습니다.계약자인 IHI플랜트 건설 주식회사에서는, 사가 대학의 정부 지원, 지역 사회의 지원, 고도의 연구가 열쇠가 되었다.주식회사 요코가와 전기, 주식회사 Xenesys가 이 프로젝트를 성공시킨다.새로운 파이프라인을 필요로 하는 구메섬의 1MW 설비를 개발하는 작업이 진행되고 있다.2014년 7월, 구메지마 모델 개발을 추진해, 보다 큰 심해 파이프라인이나 1MW의 OTEC ^[69]설비의 설치를 목표로 하는 국제 조직 「GOSEA」(Global Ocean ReSource and Energy Association)를 결성.현재의 OTEC 프로젝트에 관계하고 있는 기업이나 다른 관계자도,^[70] 오프쇼어 OTEC 시스템의 계획을 책정하고 있습니다.자세한 것에 대하여는, 상기의 「현재 가동중의 OTEC 플랜트」를 참조해 주세요.

미국령 버진아일랜드

3월 5일 2014년에, 대양 열 에너지 공사(해양 온도차 발전 시스템)[71]과 30번째 입법부 미국령 버진 아일랜드의(USVI) 양해 각서에 앞으로 나아가는 연구와 함께 타당성과 USVI에 재생 에너지 발전소(해양 온도차 발전 시스템)on-shore 오션 열 에너지 변환을 설치하는 잠재적인 이점들을 평가하기 위해 움직이기로 했다.그리고.해수 공조(SWAC) 설비.^[72]USVI 연구에서 평가되는 혜택은 OTEC에 의해 생산된 청정 전력뿐만 아니라 풍부한 담수, 에너지 절약형 공기조절, 지속 가능한 양식업과 마리화 등 OTEC 및 SWAC와 관련된 다양한 관련 제품 및 농업 강화 프로젝트입니다.세인트 토마스와 세인트 크로이의 ^[73]땅

2016년 7월 18일, OTE의 적격 시설 신청은 버진아일랜드 공공 서비스 ^[32]위원회에 의해 승인되었습니다.또한 OTE는 ^[33]이 프로젝트와 관련된 계약 협상을 시작할 수 있는 허가를 받았습니다.

키리바시

국내 선박해양연구원(KRISO)은 1MW급 해상 OTEC 설계를 뷰로베리타스로부터 원금 승인을 받았다.키리바시 ^[74]공화국 앞바다 6km 지점에 위치할 이 프로젝트의 일정은 알려지지 않았다.

마르티니크

Akuo Energy와 DCNS는 2014년 7월^[75] 8일 10.7이 예상되는 NEMO(New Energy for Martique and Foreign) 프로젝트에 대해 NER300 자금을 지원받았습니다.2020년에 완공된 ^[76]MW-net 연안 시설.개발에 도움이 되는 상금은 총 7200만 ^[77]유로입니다.

몰디브

2018년 2월 16일, Global OTEC Resources는 몰디브에 호텔과 리조트에 맞게 설계된 150kW 규모의 공장을 건설할 ^[79]계획을 발표했습니다^[78]."이 모든 리조트는 디젤 발전기로 전력을 공급받습니다.게다가 일부 개별 리조트는 연간 6,000톤 이상의 CO2 수요를 충족시키기 위해 하루에 7,000리터의 디젤을 소비합니다."라고 댄 그레치 ^[80]디렉터가 말했습니다.EU는 보조금을 지급하고 글로벌 OTEC 자원은 ^[78]나머지를 위한 크라우드 펀딩 캠페인을 시작했습니다.

관련 활동

OTEC는 전력 생산 이외의 용도도 가지고 있습니다.

담수화

탈염수는 표면 응축기를 사용하여 증발된 바닷물을 음용수로 바꾸는 개방 또는 하이브리드 사이클 플랜트에서 생산될 수 있습니다.시스템 분석에 따르면 2메가와트 발전소는 매일 ^[81]약 4,300입방미터(150,000cuft)의 담수화수를 생산할 수 있다.리처드 베일리가 특허를 낸 또 다른 시스템은 표면 응축기를 통해 변화하는 이슬점 ^[82]온도와 상관되는 깊은 바닷물의 흐름을 조절함으로써 응축수를 생성한다.이 응축 시스템은 증분 에너지를 사용하지 않으며 움직이는 부품이 없습니다.

사가 대학은 2015년 3월 22일, 구메지마에 ^[83]플래시식 담수화 시범 시설을 개설했다.해양에너지연구소의 이 위성은 OTEC 이후 오키나와 OTEC 실험시설에서 나온 깊은 바닷물과 원표면 바닷물을 이용해 담수화수를 생산한다.진공 펌프를 사용하여 닫힌 시스템에서 공기를 추출합니다.원 바닷물을 플래시 챔버에 주입하면 끓어오르고 순수한 증기가 올라 소금과 남은 바닷물을 제거할 수 있습니다.증기는 OTEC 이후 차가운 깊은 ^[84]바닷물과 함께 열교환기에서 액체로 돌아갑니다.담수화 물은 수소 생산이나 식수에 사용될 수 있습니다(광물이 첨가된 경우).

1993년에 설립된 NELHA 공장은 하루 평균 7,000갤런의 담수를 생산했다.KOYO USA는 이 새로운 경제적 기회를 활용하기 위해 2002년에 설립되었습니다.KOYO는 하와이 NELHA 공장에서 생산한 물을 병에 담는다.매일 100만 병의 물을 생산할 수 있는 능력을 가진 KOYO는 이제 1억 4천만 달러의 매출을 올린 하와이의 최대 수출국이 되었다.[81]

에어컨

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OTEC 시스템에서 사용할 수 있는 41°F(5°C)의 차가운 바닷물은 발전소 인근 산업과 가정에 대량의 냉각을 제공할 기회를 만든다.물은 냉수 코일에 사용되어 건물에 에어컨을 제공할 수 있습니다.직경이 1피트(0.30m)인 파이프는 분당 4,700갤런의 물을 공급할 수 있는 것으로 추정됩니다.43°F(6°C)의 물은 대형 건물에 충분한 에어컨을 제공할 수 있습니다.킬로와트시당 5~10 킬로와트 판매 대신 연간 8,000시간을 운영하면 연간 ^[85]20만~40만달러의 에너지 요금을 절감할 수 있습니다.

보라보라섬에 있는 인터컨티넨탈 리조트와 탈라소-스파는 SWAC 시스템을 사용하여 ^[86]건물에 에어컨을 공급합니다.이 시스템은 열교환기를 통해 바닷물을 통과시켜 폐쇄 루프 시스템에서 담수를 냉각시킵니다.이 담수는 건물로 펌프로 보내져 공기를 직접 냉각시킨다.

2010년 코펜하겐 에너지사는 덴마크 코펜하겐에 지역 냉방 공장을 개설했습니다.이 발전소는 차가운 바닷물을 상업용 건물과 산업용 건물로 공급해 전력 소비를 80%까지 ^[87]줄였다.OTE(Ocean Thermal Energy Corporation)는 바하마의 휴양지용으로 9800톤급 SDC 시스템을 설계했습니다.

냉토 농업

OTEC 기술은 냉토 농사를 지원합니다.차가운 바닷물이 지하 배관을 통해 흐르면 주변 토양이 차가워진다.차가운 흙의 뿌리와 따뜻한 공기의 잎사귀 사이의 온도 차이는 온화한 기후에서 진화한 식물들이 아열대 기후에서 자랄 수 있게 해준다.존 크레이븐 박사, 잭 데이비슨 박사, 리처드 베일리는 이 과정을 특허로 하와이 자연 에너지 연구소(NELHA)^[88]의 연구 시설에서 시연했습니다.연구 시설은 이 시스템을 사용하여 100개 이상의 다른 작물을 재배할 수 있다는 것을 증명했다.많은 사람들이 하와이나 키홀 ^{[citation needed]}포인트에서 생존할 수 없었다.

일본도 2000년부터 구메 섬의 오키나와 심해수 연구소에서 심해수의 농업 이용에 대해 연구해 왔다.구메지마 시설은 지하 배관을 통해 토양을 냉각하는 열교환기에 심해수로 냉각된 일반 물을 사용하고 있다.그들의 기술은 현재 일년 내내 시금치인 겨울 채소를 상업적으로 생산하기 때문에 섬 공동체를 위한 중요한 자원을 발전시켰다.심해 농업 시설의 증설은 2014년에 OTEC 시연 시설 옆에 있는 구메지마쵸에 의해 완료되었다.이 새로운 시설은 냉토 농업의 경제적 실용성을 대규모로 ^[89]연구하기 위한 것이다.

양식업

양식업은 깊은 바다에서 대량의 물을 퍼올리는 데 드는 재정 및 에너지 비용을 절감하기 때문에 가장 잘 알려진 부산물이다.해양심층수에는 생물학적 소비로 인해 지표수에서 고갈되는 필수 영양소가 고농도로 함유되어 있다.이 인공 융기는 세계에서 가장 큰 해양 생태계를 비옥하게 하고 지탱하는 자연의 융기를 모방하고 있으며 지구상에서 가장 큰 생명체 밀도를 가지고 있다.

연어와 바닷가재와 같은 차가운 바다 동물들은 영양분이 풍부하고 깊은 바닷물에서 잘 자랍니다.건강식품인 스피루리나 등의 미세조류도 재배할 수 있다.해양심층수는 지표수와 결합하여 최적의 온도로 물을 공급할 수 있다.

연어, 바닷가재, 전복, 송어, 굴, 바지락 등 비토종 어종은 OTEC 펌프에 의해 공급되는 웅덩이에서 사육할 수 있다.이것은 인근 시장에서 구할 수 있는 신선한 해산물의 다양성을 확장한다.이러한 저비용 냉동은 따뜻한 열대지방에서 빠르게 악화되는 수확한 물고기의 품질을 유지하기 위해 사용될 수 있다.하와이 코나에서는 NELHA와 협력하는 양식업체들이 연간 약 4000만 달러를 벌어들여 하와이 ^[90]GDP의 상당 부분을 차지한다.

수소 생산

OTEC 전기를 이용한 전기 분해를 통해 수소를 생산할 수 있습니다.효율을 높이기 위해 전해질 화합물을 첨가한 증기는 수소 생산을 위한 비교적 순수한 매체이다.OTEC는 많은 양의 수소를 생성하도록 확장할 수 있다.주요 과제는 다른 에너지원과 ^[91]연료에 대한 비용입니다.

미네랄 추출

바다는 소금과 다른 형태로 57개의 미량 원소를 포함하고 있으며 용액에 용해되어 있다.과거에는 대부분의 경제 분석에서 미량 원소를 채굴하는 것은 부분적으로 물을 퍼내는 데 필요한 에너지 때문에 이익이 되지 않을 것이라고 결론지었다.광업은 일반적으로 고농도의 광물을 대상으로 하고 마그네슘 등 쉽게 추출할 수 있다.OTEC 공장에서 물을 공급하는 유일한 비용은 ^[92]추출 비용입니다.일본은 우라늄 추출 가능성을 조사했고 다른 기술(특히 재료 과학)의 발전이 전망을 ^[93]향상시키고 있다는 것을 발견했다.

실내 온도 조절

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해양 열 구배는 강우량을 높이고 열대지방의 높은 주변 기온을 완화시켜 인류와 동식물에 막대한 ^{[citation needed]}혜택을 주는 데 사용될 수 있다.한 지역의 해수면 온도가 상대적으로 높을 때, 육지에서 바다로 바람을 유도하는 인근 육지에 퍼져 있는 기압에 비해 낮은 기압 영역이 형성된다.대양풍은 건조하고 따뜻하여 육지풍과 비교하여 육지에 비가 잘 내리지 않는다.육지의 적절한 강우량과 쾌적한 여름 주위 온도(35°C 미만)를 위해 바다에서 육지 쪽으로 습한 바람이 부는 것이 바람직하다.선택적으로 해역에 인공 상승하여 고기압대를 조성하는 것은 또한 일반적인 몬순 지구풍을 육지 쪽으로 편향/유도하는 데 사용될 수 있다.영양분이 풍부한 해양심층수를 인공적으로 수면으로 끌어올리는 것도 열대 및 온대 ^[94]기후 지역의 어업 성장을 촉진한다.그것은 또한 해수면 상승이나 지구 온난화 ^{[citation needed]}과정을 완화시키는 추가적인 눈 내리는 것으로부터 개선된 조류 성장과 빙하에 의한 대량 이득으로 인한 해양에 의한 탄소 격리 강화로 이어질 것이다.열대성 저기압은 또한 바다의 따뜻한 표면수에서 에너지를 얻음으로써 강해지므로 고기압대를 통과하지 않는다.

차가운 심해수(<10°C)는 심해에서 초대형 부유식 풍력 터빈 발전소에서 생산되는 전기를 사용하여 인공적인 방법으로 해수면 온도(>26°C)를 억제하기 위해 해수면 영역으로 펌핑된다.해수면 온도가 낮아지면 국지적인 주변 압력이 높아져 대기의 육지 바람이 발생한다.차가운 바닷물을 상승시키기 위해 500~1000m 깊이의 심해저에 고정 유압 구동 프로펠러(지름 50m 이하)가 있으며, 해수면까지 확장되는 유연한 드래프트 튜브가 있다.드래프트 튜브는 바닥과 윗면의 해저에 고정되며, 해면의 부유식 폰톤에 고정된다.이 유연한 통풍관은 차가운 물을 해수면에 퍼올릴 때 내부 압력이 외부 압력에 비해 높아 붕괴되지 않는다.중동, 북동아프리카, 인도 아대륙, 호주는 여름철에 페르시아만, 홍해, 인도양, 태평양에서 ^{[citation needed]}바닷물로 물을 퍼올려 불규칙한 비가 내리기 쉬운 덥고 건조한 날씨를 완화시킬 수 있다.

열역학

OTEC를 엄격하게 다루면 20°C 온도 차이가 동일한 양의 물 ^{[citation needed]}흐름에 대해 34m 헤드의 수력 발전소와 같은 양의 에너지를 제공한다는 것을 알 수 있습니다.낮은 온도 차이는 유용한 양의 열을 추출하기 위해 물의 부피가 매우 커야 한다는 것을 의미합니다.100MW 발전소는 ^[95]분당 1200만갤런(4만4400t)의 펌프를 가동할 것으로 예상된다.비교를 위해 펌프는 매분 4만1700t의 전함 비스마르크의 무게보다 큰 물 덩어리를 이동시켜야 한다.따라서 펌핑은 OTEC 시스템의 에너지 생산에서 상당한 기생적 유출로 이어지며, 하나의 록히드 설계는 49.8 MW의 순전력 생산당 19.55 MW의 펌핑 비용을 소비합니다.열교환기를 사용하는 OTEC 계획의 경우, 이 양의 물을 처리하기 위해서는 교환기가 기존 화력발전소에서 ^[96]사용되는 것보다 훨씬 커야 하며, 전체적인 효율에 영향을 미치기 때문에 가장 중요한 구성 요소 중 하나가 되어야 합니다.100 MW OTEC 발전소는 각각 20 피트 운송 컨테이너보다 큰 200개의 교환기를 필요로 하므로 단일 부품 ^[97]중 가장 비싼 부품입니다.

깊이에 따른 해수온도 변화

바다가 받는 총 일사량(지표면의 70%를 포함, 투명도 지수가 0.5이고 평균 에너지 보유율이 15%)은 5.45×10¹⁸ MJ/yr × 0.7×0.5×0.15 = 2.87¹⁷×10 MJ/yr이다.

우리는 물에 의한 태양 에너지 흡수를 정량화하기 위해 Beer-Lambert-Bouguer의 법칙을 사용할 수 있다.

${\displaystyle -{\frac {dI(y)}{dy}}=\mu I}$

여기서 y는 물의 깊이, I는 강도, μ는 흡수 계수이다.위의 미분방정식을 풀면

${\displaystyle I(y)=I_{0}\exp(-\mu y),}$

흡수 계수 μ는 매우 깨끗한 담수의 경우 0.05m에서⁻¹ 매우 짠 물의 경우 0.5m까지⁻¹ 다양할 수 있다.

깊이 y에 따라 강도가 기하급수적으로 떨어지기 때문에 열 흡수는 최상층에 집중된다.일반적으로 열대지방에서는 표면 온도 값이 25°C(77°F)를 초과하는 반면, 1km(0.62mi)에서는 온도가 약 5~10°C(41~50°F)이다.지표면의 물이 더 따뜻해지면(따라서 더 가볍다) 열 대류 전류가 없다는 것을 의미합니다.온도 구배가 작기 때문에 전도에 의한 열전달이 너무 낮아서 온도를 균일하게 할 수 없습니다.따라서 바다는 사실상 무한 열원이자 사실상 무한 ^{[clarification needed]}열제거원이다.

이 온도 차이는 위도와 계절에 따라 다르며, 열대, 아열대 및 적도 해역에서 가장 크다.따라서 열대지방은 일반적으로 OTEC에 가장 적합한 장소입니다.

개폐/클로드 사이클

이 방법에서는 약 27°C(81°F)의 따뜻한 지표수가 증발기를 증발시키는 포화 압력보다 약간 낮은 압력으로 증발기에 들어갑니다.

${\displaystyle H_{1}=H_{f},}$

여기서_f H는 흡입구 온도에서 액체 상태의 물의 엔탈피(Enthalpy)이다₁.

일시적으로 과열된 이 물은 가열 표면이 접촉하는 기존 보일러에서 풀 비등하는 것과 달리 부피 비등 과정을 거칩니다.따라서 물은 부분적으로 점멸하여 증기로 변하며 2상 평형이 우세하다.증발기 내부의 압력이 포화압력 T로₂ 유지된다고 가정한다.

$\displaystyle H_{2}=H_{1}=H_{f}+x_{2}H_{fg},}$

여기서₂ x는 증발하는 물의 질량 비율입니다.단위 터빈 질량 유량당 온수 질량 유량은 1/x입니다₂.

증발기의 저압은 증발기에서 용해된 응축 불가능한 가스도 제거하는 진공 펌프에 의해 유지됩니다.증발기에는 이제 물과 증기 품질이 매우 낮은 증기(증기 함량)가 혼합되어 있습니다.수증기는 포화 증기로서 물에서 분리된다.남은 물은 포화되어 개방 사이클로 바다로 방출된다.증기는 저압/고용량 작동 유체입니다.특수 저압 터빈에서 팽창합니다.

${\displaystyle H_{3}=H_{g},}$

여기서 H는_g T에 해당합니다₂.이상적인 등엔트로픽(가역 단열) 터빈의 경우,

${\displaystyle s_{5,s}=s_{3}=s_{f}+x_{5,s}s_{fg},}$

위의 방정식은 터빈의 배기 온도에 해당하며, T₅. x는_5,s 상태 5에서 증기의 질량 비율입니다.

T의₅ 엔탈피는

${\displaystyle H_{5,s}=H_{f}+x_{5,s}H_{fg},}$

이 엔탈피가 더 낮아요.단열 가역 터빈 작동 = H-H_35,s .

실제 터빈 작업_T W = (H-H_35,s) x 폴리트로픽 효율

${\displaystyle H_{5}=H_{3}-\mathrm {work} \ \mathrm {work}$

콘덴서의 온도와 압력이 낮습니다.터빈 배기가스는 바다로 다시 배출되기 때문에 직접 접촉 응축기를 사용하여 배기가스와 냉수를 혼합하여 거의 포화 상태가 됩니다.그 물은 이제 바다로 배출됩니다.

H₆=H_f, T에서₅.T는₇ 차가운 바닷물과 혼합된 배기의 온도입니다. 현재 증기 함량은 무시할 수 있기 때문입니다.

$(\displaystyle H_{7}\apprough H_{f}\, T_{7},})$

단계별 온도 차이는 따뜻한 지표수와 작동 증기 간 온도 차이, 배기 증기와 냉각수 간 온도 차이, 응축기와 깊은 물에 도달하는 냉각수 간 온도 차이 등이 있습니다.이는 전체적인 온도차를 감소시키는 외부 불가역성을 나타냅니다.

유닛 터빈 질량 유량당 냉수 유량,

${\displaystyle {m_{c}=black {H_{5}-\H_{6}}{H_{6}-\ H_{7}}}},}$

터빈 질량 유량, ${\displaystyle \stackrel{}{M_{}}}$ T ${\displaystyle \stackrel{}{{}_{}}}$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{t}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{u}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{r}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{b}}{}}$ i ${\displaystyle \frac{\mathrm{n}}{}}$ ${\displaystyle \frac{e\mathrm{}}{}}$ w ${\displaystyle \frac{\mathrm{o}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{k}}{}}$ r e ${\displaystyle \frac{\mathrm{q}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{u}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{i}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\mathrm{r}}{}}$ ${\displaystyle \frac{e}{{}_{}}}$ d$W$ ${\displaystyle \frac{T_{}}{}}$ { $displaystyle {$dot { $M$_ { T$$}$$=$frfr frac$ { $mathrm {$ work$}$\ $mathrm${ $required$} } { W _ { $W$}$T}}}}}}:$

온수 질량 유량, ${\displaystyle \stackrel{}{M_{}}}$ w ${\displaystyle \stackrel{}{{}_{}}}$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle M\stackrel{}{{}_{}}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{T_{}}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{{}_{}\stackrel{}{{}_{}}}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{\stackrel{}{w_{}}}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{\stackrel{}{{}_{}}}}{\displaystyle \stackrel{}{\dot{}}}$ { $displaystyle$ { $M$_ { $w }$=$$w { M _ { T } { \ dot { $m$_ { w }$$} 、

냉수 질량 $유량{\displaystyle \stackrel{}{\stackrel{}{{}_{}}}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{\stackrel{}{M_{}}}}$ c ${\displaystyle \stackrel{}{\stackrel{}{{}_{}}}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{=}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{\stackrel{}{M_{}}}}$ T ${\displaystyle \stackrel{}{\stackrel{}{m_{}}}}$ C ${\displaystyle \stackrel{}{\stackrel{}{{}_{}}}}$ display $display$ { displaystyle${\dot {M_${c}}} =$dot {M_{T}m_{C}}}},$

클로즈드 앤더슨 사이클

1960년대부터 Sea Solar Power, Inc.의 J. Hilbert Anderson에 의해 개발된 이 사이클에서 Q는_H 따뜻한 바닷물에서 작동 유체로 증발기에서 전달되는 열입니다.작동 유체는 이슬점 근처에서 기체로 증발기를 빠져나갑니다.

그런 다음 고압, 고온 가스가 터빈 내에서 팽창하여 터빈 작업 W를 생성합니다_T.작동 유체는 터빈 출구에서 약간 과열되며, 터빈은 일반적으로 가역적 단열 팽창을 기준으로 90%의 효율을 가집니다.

작동 유체는 터빈 출구에서 콘덴서로 들어가 차가운 바닷물로 열(-Q_C)을 배출합니다.그런 다음 응축수는 사이클에서 가장 높은 압력으로 압축되므로 응축수 펌프 작업 W가_C 필요합니다.따라서 Anderson 폐쇄 사이클은 기존의 발전소 증기 사이클과 유사한 랭킨 유형의 사이클이지만 Anderson 사이클에서는 작동 유체가 화씨 몇 도 이상 과열되지 않습니다.점도 효과로 인해 증발기와 콘덴서 모두에서 작동 유체 압력이 떨어집니다.사용된 열 교환기의 유형에 따라 달라지는 이 압력 강하는 최종 설계 계산에서 고려되어야 하지만 분석을 단순화하기 위해 여기서 무시해야 합니다.따라서 여기서 계산한 기생 응축수 펌프 작업 W는_C 열교환기 압력 강하가 포함된 경우보다 낮아집니다.OTEC 공장의 주요 추가 기생 에너지 요구 사항은 냉수 펌프 작업, W_CT 및 온수 펌프 작업입니다_HT. W. OTEC 공장의 순 작업인 W에 의해_A 다른 모든 기생 에너지 요구 사항을 나타냅니다_NP.

${\displaystyle W_{NP}=W_{T}-W_{C}-W_{CT}-W_{HT}-W_{A},}$

작동 유체에 의해 수행되는 열역학적 사이클은 기생 에너지 요구 사항을 상세히 고려하지 않고 분석할 수 있습니다.열역학 제1법칙에서, 시스템의 작동 유체에 대한 에너지 균형은

${\displaystyle W_{N}=Q_{H}-Q_{C},}$

여기서_N W = W_T + W는_C 열역학 사이클의 순작업입니다.열교환기에 작동 유체 압력 강하가 없는 이상적인 경우,

$\displaystyle Q_{H}=\int_{H}T_{H}ds,}$

그리고.

${\displaystyle Q_{C}=\int _{C}T_{C}ds,}$

그래서 순 열역학 사이클 작업이

${\displaystyle W_{N}=\int _{H}T_{H}ds-\int _{C}T_{C}ds,}$

과냉각된 액체가 증발기로 들어갑니다.따뜻한 바닷물과의 열 교환으로 인해 증발이 일어나고 보통 과열된 증기가 증발기를 떠납니다.이 증기가 터빈을 구동하고 2상 혼합물이 콘덴서로 들어갑니다.보통 과냉각된 액체는 응축기에서 나와 최종적으로 증발기로 펌핑되어 사이클이 완료됩니다.

환경에 미치는 영향

깊은 냉기와 고압층에서 용해된 이산화탄소를 수면 위로 끌어올려 물이 ^{[citation needed]}따뜻해지면서 방출한다.

깊은 바닷물과 얕은 물을 섞으면 영양분이 올라오고 얕은 물에서 생활할 수 있게 된다.이는 상업적으로 중요한 어종의 양식에는 장점이 될 수 있지만 발전소 ^{[citation needed]}주변의 생태계가 불균형할 수도 있다.

OTEC 발전소는 지속적인 재생 가능 전력을 생산하기 위해 따뜻한 표면 바닷물과 차가운 깊은 바닷물의 매우 큰 흐름을 사용한다.깊은 바닷물은 산소가 부족하고 일반적으로 얕은 바닷물보다 영양소(질산염과 아질산염)가 20-40배 더 많다.이 깃털이 섞이면 주변 ^[98]바닷물보다 약간 밀도가 높아집니다.OTEC의 대규모 물리적 환경 테스트는 이루어지지 않았지만 컴퓨터 모델은 OTEC 공장의 효과를 시뮬레이션하기 위해 개발되었습니다.

유체역학적 모델링

2010년에는 100 메가와트 OTEC 발전소의 물리적 해양학적 영향을 시뮬레이션하기 위해 컴퓨터 모델이 개발되었다.이 모델은 OTEC 공장이 지속적인 가동을 수행할 수 있도록 구성할 수 있으며, 결과적으로 자연적으로 발생하는 온도 및 영양소 변화가 발생할 수 있음을 시사한다.지금까지의 연구에 의하면, OTEC의 흐름을 70미터 이하의 깊이로 배출함으로써, 희석효과는 충분하고, 영양소 농축효과는 충분히 작아, 100 메가와트 OTEC 발전소는 지속 가능한 ^[99]방법으로 계속 가동할 수 있다.

생물학적 모델링

OTEC 배출에서 나오는 영양소는 광영역에 ^[99]다량 축적되면 잠재적으로 생물학적 활동을 증가시킬 수 있습니다.2011년에는 100 메가와트 OTEC 발전소의 플룸에 대한 생물학적 반응을 시뮬레이션하기 위해 유체역학적 컴퓨터 모델에 생물학적 구성요소가 추가되었다.모델링된 모든 경우(수심 70m 이상의 방류)에서 해양 ^[98]표면의 상위 40m에서는 부자연스러운 변화가 발생하지 않는다.110 - 70m 깊이 층의 피코플랑크톤 반응은 약 10-25% 증가하며, 이는 자연 발생 변동성 범위 내에서 잘 나타난다.나노플랭크톤의 반응은 무시할만하다.규조(마이크로플랭크톤)의 향상된 생산성은 작습니다.베이스라인 OTEC 공장의 미세한 식물성 플랑크톤 증가는 고차 생화학 효과가 매우 ^[98]작을 것임을 시사한다.

스터디

1981년부터 미국 NOAA에 대한 이전 최종 환경영향보고서(EIS)를 이용할 ^[100]수 있지만, 현재의 해양학 및 엔지니어링 표준에 부합해야 한다.OTEC와 ^[101]관련된 10가지 화학 해양학 매개변수에 초점을 맞추어 최선의 환경 기준선 모니터링 관행을 제안하기 위한 연구가 수행되었다.가장 최근에 NOAA는 물리적, 화학적, 생물학적 영향과 위험을 평가하고 정보 격차나 ^[102][103]요구를 식별하기 위해 2010년과 2012년에 OTEC 워크숍을 개최했다.

Tethys 데이터베이스는 OTEC의 ^[104]잠재적인 환경 영향에 대한 과학 문헌 및 일반 정보에 대한 액세스를 제공합니다.

기술적인 문제

용해 가스

일반적인 OTEC 경계 조건에서 작동하는 직접 접촉 열 교환기의 성능은 클로드 사이클에 중요하다.많은 초기 클로드 사이클 설계에서는 성능이 잘 이해되었기 때문에 표면 콘덴서를 사용했습니다.그러나 직접 접촉 응축기는 상당한 단점을 제공합니다.흡기 파이프에 찬물이 차오르면 압력이 낮아져 가스가 진화하기 시작합니다.상당한 양의 가스가 용액에서 나오는 경우, 직접 접촉 열 교환기 앞에 가스 트랩을 설치하는 것이 정당화될 수 있습니다.온수 흡입 파이프에서 조건을 시뮬레이션한 실험 결과 용해 가스의 약 30%가 튜브의 상단 8.5m(28ft)에서 진화한 것으로 나타났습니다.해수 사전 감소와^[105] 응축기에서의 비응축성 가스 배출 사이의 균형은 가스 진화 역학, 탈기 효율성, 헤드 손실, 환기구 압축기 효율성 및 기생 전력에 따라 달라집니다.실험 결과에 따르면 수직 주입구 응축기는 낙하 제트 유형보다 성능이 약 30% 더 우수합니다.

미생물 오염

원해수는 열교환기를 통과해야 하므로 열전도율이 양호하도록 주의해야 합니다.25~50마이크로미터(0.00098~0.00197인치)의 얇은 바이오 필터 층은 열 교환기의 성능을 50%^[41]까지 저하시킬 수 있습니다.1977년 모의 열교환기를 10주간 바닷물에 노출시킨 연구에서는 미생물 오염 수준은 낮았지만 시스템의 열 전도성이 크게 ^[106]손상되었다고 결론지었다.오염 수준과 열 전달 장애 사이의 명백한 차이는 열 ^[106]교환기 표면의 미생물 성장에 의해 갇힌 물의 얇은 층의 결과입니다.

또 다른 연구는 오염이 시간이 지남에 따라 성능을 저하시킨다는 결론을 내렸고, 정기적인 칫솔질은 미생물 층의 대부분을 제거할 수 있었지만, 시간이 지남에 따라 단순한 ^[41]칫솔질로는 제거할 수 없는 더 단단한 층이 형성되었다는 것을 알아냈습니다.그 연구는 스펀지 고무공을 시스템에 통과시켰다.볼 처리로 파울링율이 낮아졌지만 성장을 완전히 멈추기에는 역부족이었고 때때로 브러싱이 능력을 회복하기 위해 필요하다고 결론지었다.미생물들은 이전 ^[107]연구의 결과를 복제하면서 실험의 후반부에서 더 빨리 번식합니다(즉, 칫솔질이 더 자주 필요하게 되었습니다).이후 세척 후 증가율은 미생물 ^[107]군집에 대한 선택 압력에 기인한 것으로 보인다.

하루 1시간의 지속적인 사용과 간헐적인 자유 오염 기간 및 염소 처리 기간(다시 하루 1시간)을 연구했다.염소 처리 속도는 느렸지만 미생물의 증식을 멈추지는 못했다. 그러나 하루에 1시간 동안 리터당 0.1mg의 염소 처리 수준은 식물의 ^[41]장기 작동에 효과적일 수 있다.연구는 미생물 오염이 온수 열교환기의 문제였지만 냉수 열교환기는 생물 오염이 거의 또는 전혀 발생하지 않았으며 ^[41]무기 오염도 최소화했을 뿐이라는 결론을 내렸다.

수온 외에도 미생물 오염은 영양소의 수준에 ^[108]따라 달라지며 영양소가 풍부한 물에서 더 빨리 성장합니다.오염률은 또한 열 교환기를 구성하는 데 사용되는 재료에 따라 달라집니다.알루미늄 튜브는 파이프 내부에 형성되는 산화물 층은 청소를 복잡하게 하고 더 큰 효율 ^[107]손실을 초래하지만 미생물 생장의 속도를 늦춥니다.이와는 대조적으로 티타늄 튜브는 생물학적 오염을 더 빨리 발생시킬 수 있지만 ^[107]알루미늄보다 세척이 더 효과적입니다.

바다표범 사냥

증발기, 터빈 및 콘덴서는 대기압의 3%에서 1% 사이의 부분 진공 상태에서 작동합니다.시스템을 조심스럽게 밀봉하여 작동이 저하되거나 정지될 수 있는 대기 누출을 방지해야 합니다.폐사이클 OTEC에서는 가압된 작동유체에 비해 저압증기의 비량이 매우 크다.증기 속도가 과도하게 높은 값에 도달하지 않도록 하려면 구성 요소가 큰 흐름 영역을 가져야 합니다.

배기 컴프레서에 의한 기생 전력 소비량

배기 압축기 기생 전력 손실을 줄이기 위한 방법은 다음과 같습니다.대부분의 증기가 주출 응축기에 의해 응축된 후, 비응축성 가스 증기 혼합물이 대향 전류 영역을 통과하여 가스-증기 반응을 5배 증가시킨다.그 결과 배기 펌핑 전력 요구사항이 80% 감소합니다.

냉기/온수 변환

북극 연안 지역의 겨울에는 바닷물과 주변 공기 사이의 온도 차이가 40°C(72°F)까지 높아질 수 있다.폐쇄 사이클 시스템은 공기-물 온도 차이를 이용할 수 있습니다.해수 추출 파이프를 제거하면 이 개념에 기반한 시스템이 OTEC보다 저렴해질 수 있습니다.이 기술은 부탄의 끓는점이 -0.5°C(31.1°F)이고 물에 ^[109]비용해성이라는 이유로 저온으로 부탄을 제안한 H. Barjot에 기인한다.계산 결과 공기 온도가 -22°C(-8°F)인 장소에서 2°C(36°F)의 온도에서 1입방미터의 물에서 발생하는 에너지의 양은 이 입방미터의 물이 4,000피트(1,200m)의 수력발전소를 통해 흐르게 함으로써 발생하는 에너지의 양과 같다.t.^[110]

바르조트 극지 발전소는 극지방의 섬에 위치하거나 만년설에 부착된 수영 바지선이나 플랫폼으로 설계될 수 있다.예를 들어 글래스고에서 불과 2,100km 떨어진 그린랜드 동부 해안의 기상 관측소 미그부카는 연중 ^[111]6개월 동안 월평균 온도가 -15°C(5°F) 미만임을 감지한다.이 기술은 또한 해안 근처에 위치한 남극 계곡에 인공 만년설이나 빙하를 만드는데 사용될 수 있다.따라서 탄소배출로 인한 해수면 상승을 완화할 수 있으며, 생성된 전기는 Bitcoin 화폐 채굴에 사용되며, 그 과정에서 방출되는 열은 공간 난방 요건에 활용된다.

본 기사에서는 주변 공기와 해수 표면 간의 온도 차이에서 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 다양한 가능성을 상정하고 있다.마지막으로 해안과 하이 릴리프(최소 300m) 사이에 설치된 에어라울릭 서모시폰에 기초한 기계를 제안한다.이 전기 발전은 냉매에 용해되지 않는 제약 없이 이루어지지만, 안타깝게도 비용이 많이 듭니다.

열전 효과 적용

1979년 SERI는 제벡 효과를 사용하여 총 변환 효율 2%^[112]의 전력을 생산할 것을 제안했다.

2014년 Rutgers University의 Liping Liu 부교수는 기존의 ^[113][114]유체 사이클이 아닌 고체 열전 효과를 활용하는 OTEC 시스템을 구상했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 심층수원 냉각
• 히트 엔진
• 부유식 풍력 터빈
• 해양공학
• 삼투압력
• 해수 공조
• 서모갈바닉 전지

레퍼런스

원천

• William H. Avery; Chih Wu (1994-03-17). Renewable Energy From the Ocean: A Guide to OTEC. Johns Hopkins University Applied Physics Laboratories Series in Science and Engineering. Oxford, New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-507199-3.

외부 링크