Potensialet og utfordringene ved å utvikle blå energi

Screenshot 2022 07 31 6.30.00 AM


Tidligere denne måneden hørte jeg en foredragsholder fra det lokale universitetet snakke om blå energi. Som noen som har forsket på kraftkilder som fjerner oss fra fossilt brensel, vekket emnet min interesse. Jeg er også bosatt i Florida, så jeg er fascinert av det enorme havet jeg ser foran meg.

Hvordan kan vi utnytte havet for å skape fornybar energi?

2021 12 invest in ct gif 01

Foredraget jeg hørte om blå energi, med tittelen “Kraft fra Golfstrømmen: Potensialet og utfordringene ved å utvikle blå energi,” ble levert av Invoice Baxley, som er sjefingeniør ved Florida Atlantic College (FAU) Harbour Department. Invoice jobber med Southeast Nationwide Marine Renewable Power Middle (SNMREC) ved FAU, og han har utført mange studier for å fremme vitenskapen og teknologien for å gjenvinne energi fra havenes fornybare ressurser.

Havvann, strømmer og bølger representerer marin hydrokinetisk energi – energien til bevegelig sjøvann. Havenergi, selv om den er fornybar, ren og rikelig, må omdannes til elektrisitet før den kan erstatte mer tradisjonelle energiformer. For å gjøre dette krever teknologi – maskiner av en eller annen kind.

Som mange blå energiingeniører tar Invoice ned hindringer, én etter én, ved å bruke banebrytende teknologi med håp om å trekke tilgjengelig energi ut av havet. Noen ganger virker en teknologi “intuitiv,” sier han, “males du må bevise det også” for å gjøre ny teknologi anvendelig for flere applikasjoner. Datamønstre er nødvendige for finansiering “for å sette ressurser til det.”

Hva er Blue Power, uansett?

Blå energi, noen ganger kalt havenergi, refererer til teknologier som høster fornybar energi fra havene, unntatt vind. Havenergi kan høstes i mange former:

Det er mange hensyn når man utvikler blå energi. For eksempel, jo lenger du er fra ekvator, jo høyere tidevann er: 3 fot i Florida, 30 fot i Maine. I tillegg, for å være en levedyktig energikilde, må fornybar energi høstes ganske nær der den vil bli brukt av en menneskelig befolkning.

SNMREC legger spesiell vekt på havstrømmer og offshore termiske ressurser tilgjengelig for det sørøstlige USA.

Storskala observasjoner av strukturen til Florida-strømmen avslører en “kjerne” med relativt høyhastighets (~2 m/s) strømning nær overflaten omtrent 20 km utenfor kysten av Floridas sørøstkyst. Selv om i gjennomsnitt alt vannet i Florida-stredet renner nordover, er det denne kjernen av Florida-strømmen som er av størst interesse for energiutviklere, fordi kraften som kan oppnås fra en flytende væske er proporsjonal med kuben av væskens hastighet.

Havtermisk energi er konseptuelt ganske enkel, fordi den fungerer akkurat som tradisjonelle elektriske kraftverk.

  • En varmekilde (som brenning av kull) brukes til å koke en arbeidsvæske (vann), og skaper høytrykksdamp.
  • Høytrykksdampen brukes til å snu en turbin og en generator, og det produseres strøm.
  • En gang forbi turbinen, kjøles dampen tilbake til flytende vann ved hjelp av en “kald” kilde – vanligvis luft, når det gjelder tradisjonelle kraftverk.

Denne prosessen kalles en Rankine Cycle. Havtermisk energikonvertering bruker vanligvis temperaturforskjellen mellom varmt overflatesjøvann og det kalde vannet nær havbunnen for å drive en Rankine-syklus, der en arbeidsvæske fordamper ved høyere temperatur og kondenserer på nytt ved lavere temperatur. Den resulterende “dampen” (enten vann eller andre stoffer) kan drive en turbin og generator eller annen mekanisk konverteringsenhet.

Så temperaturforskjellen mellom havoverflaten og dypvannet blir en kilde til blå energi – havtermisk energi.

Aktuell i Florida Straits, muligheter for Blue Power

Det som er mindre godt forstått er variasjonen i hastigheten og posisjonen til høyhastighetskjernen i Florida. Fordi slik variasjon er av stor interesse for havenergisamfunnet, har SNMREC gjennomført et observasjonsprogram ved bruk av langsiktige utplasseringer av akustiske strømprofiler. Disse systemene bruker lydbølger beneath vann, mye på samme måte som radar bruker radiobølger i atmosfæren.

Ved å plassere en oppoverskuende akustisk strømprofiler nær bunnen, er det mulig å få strømhastighet og retning i hele vannsøylen. Slike strømprofiler måles hver halvtime; ved å bruke flere av disse profileringssystemene kan variasjoner over både tid og rom utledes, analyseres og vurderes for deres implikasjoner for marin fornybar energigjenvinning.

SNMREC har også distribuert landbaserte radarsystemer som bruker tilbakespredning fra havoverflaten for å utlede overflatestrømmen over et stort offshore-område, et som inkluderer posisjonene til de akustiske profileringssystemene. Kombinasjonen av disse to tilnærmingene gir en mer detaljert vurdering av Florida-strømmen og dens småskalavariasjoner enn det som tidligere har vært tilgjengelig.

Ved oseaniske temperaturer kan ammoniakk/vannblandinger brukes som arbeidsvæske, forutsatt en temperaturforskjell på overflatevann/dypvann på ~20°C. Fordi Florida-strømmen gir en jevn kilde til varmt, tropisk vann inn i Florida-stredet, og fordi bunnvannet i stredet forblir mye kaldere, er det potensial for havtermisk energikonvertering (OTEC) utenfor sørøst i Florida.

Spørsmålet er hvor og hvor mye?

For å løse dette spørsmålet har SNMREC gjennomført et program for temperaturmålinger ved hjelp av et customary konduktivitet-temperatur-dybde (CTD) instrument utplassert fra et lite forskningsfartøy. Øst-vest tverrsnitt som måler temperatur som en funksjon av dybden – det vil si temperaturstratifiseringen – gjentas fra Miami, Fort Lauderdale, Lake Value og Stuart på en månedlig plan.

Tidlige resultater har avslørt at det kalde vannet i bunnen av Florida-stredet også er tilstede på den batymetriske funksjonen kjent som Miami Terrace, noe som betyr at fra omtrent Nord-Miami til Boca Raton er det et kaldtvannsreservoar nær kysten og ca. 200 meter dyp.

Enheter er ideelt plassert i sentrum av Florida-stredet på grunn av konsistens og manglende påvirkning fra Florida eller Bahamas.

Flerstrålekartlegging bruker sand for å måle en “skår” av havbunnen. Deretter følger undervannsroboter som gjengir de samme dataene med basiskartet. Deretter tegnes et habitatkart for å se om organismer eller havbunnen ville bli skadet.

Åpne havstrømgenererende systemer

Kanskje ingen steder er forestillingen om interaksjoner nedfelt mer enn i tilfellet med strømgenererende systemer i åpent hav og det fysiske miljøet, spesielt når utplasseringer i kommersiell skala vurderes.

Det virker åpenbart at fjerning av en betydelig brøkdel av Florida-strømmens kinetiske energi for å generere elektrisitet vil ha en viss effekt på strømmen. Selv om det kan hevdes at storskalaprosessene som er ansvarlige for Florida-strømmen ikke vil bli endret, og derfor at den totale mengden vann som transporteres nordover gjennom Floridastredet ikke vil endre seg, kan det samme ikke sies for detaljene i strømmen. og dens variasjoner.

Motsatt vil svært småskala endringer av detaljene i strømmen (det vil si et individuelt turbinsystems kjølvann) være en viktig vurdering for utformingen av systemer og til og med for utformingen av individuelle komponenter som rotorer.

Utfordringer for forskning på blå energi i Florida-stredet inkluderer dypt vann, avstanden fra land, kontinuerlig høye strømninger, prime circulation nær overflaten og tropiske stormer.

Gitt de uoverkommelige kostnadene ved ekte eksperimenter, ligger ofte den mest effektive tilnærmingen til disse problemene i datasimulering. For dette formål har SNMREC og Middle for Ocean Environment Prediction Research (COAPS) ved Florida State College gått sammen for å bruke toppmoderne havsirkulasjonsmodeller for å undersøke disse interaksjonene. I prosessen oppdages nyttige og interessante forhold mellom kraften som er tilgjengelig i Florida-strømmen og den totale massetransporten gjennom Florida-stredet, informasjon som vil hjelpe utvikleres strategier for fremtiden.

Kilde: Southeast Nationwide Marine Renewable Power Middle


 

Setter pris på CleanTechnicas originalitet og cleantech-nyhetsdekning? Vurder å bli CleanTechnica-medlem, supporter, tekniker eller ambassadør – eller beskytter på Patreon.


 

Har du et ideas til CleanTechnica, vil du annonsere eller foreslå en gjest til vår CleanTech Speak-podcast? Kontakt oss her.

Annonse




cleantechnica newsletter green tesla solar wind energy ev news
admin

Leave a Reply

Your email address will not be published.