Cum Funcționează Energia Electrică Oceanică

{h1}

Energia oceanică ar putea ajuta la rezolvarea crizei energetice. Accesați WordsSideKick.com pentru a afla totul despre energia oceanică.

Doar în largul golfului Hout, în apropiere de Cape Town, Africa de Sud, valurile pot crește până la 9 metri (30 de metri). Urmăriți acești munți de apă care se prăbușesc pe coasta cu recif și stâncă și nu veți avea nicio îndoială cu privire la puterea minunată a oceanului. Dar nu este nevoie de o vizită la un punct fierbinte de surfing pentru a aprecia potențialul energetic al tărâmului acvatic al planetei noastre. Mareele pot schimba milioane de galoane de apă în doar câteva ore. Și curenții, precum autostrăzile subacvatice, pot parcurge mii de kilometri, ducând viață marină, resturi și nutrienți.

Oamenii sunt interesați să valorifice energia oceanului de secole. În 1799, un francez a făcut echipă cu fiul său pentru a proiecta o pârghie uriașă fixată pe o navă. Pe măsură ce nava se balansa pe mare, aceasta va muta pârghia în sus și în jos, creând o mișcare reciprocă, care ar putea fi folosită pentru a conduce pompe, mori și ferașe situate pe țărm. Ideea s-a scufundat când motorul cu aburi a apărut ca metoda preferată pentru a efectua lucrări mecanice. Aproape o sută de ani mai târziu, un alt francez a propus o tehnică diferită: Folosiți energia termică stocată în oceanele Pământului pentru a genera electricitate. Câteva instalații au fost construite pentru a testa ideea, dar nu au fost competitive din punct de vedere al costurilor cu tehnologiile convenționale.

Urmeaza
  • Ce sunt eco-plastice?
  • Cum funcționează gazificarea
  • Proiect de curiozitate: mituri despre știința cotidiană

Primul real succes a avut loc în 1966, când s-a deschis o centrală mareă în Marea Britanie, Franța, pe râul Rance. Astăzi, stația produce 240 de megawati de putere - mai bună decât o fermă eoliană tipică, dar mai puțin decât o uzină de cărbune. Doar alte două plante de maree au avut un impact comercial comparabil. Prima este o stație de 20 de megavati în Nova Scotia, pe Golful Fundy. A doua este o stație de 0,5 megawatt situată în Rusia pe Marea Albă.

Pe baza unui succes atât de limitat, s-ar putea să credeți că puterea oceanului este sortită să piardă în umbra altor alternative energetice. Dar valul, dacă veți ierta pumnul, se transformă. Cercetătorii din întreaga lume experimentează zeci de tehnologii pentru a converti energia undelor, a valurilor și a curenților în electricitate. Și câteva companii cred că pot fi generatori de energie competitivi în deceniu.

Acest articol va explica modul în care funcționează energia oceanică și va examina unele dintre cele mai promițătoare tehnologii dezvoltate în prezent. Să începem cu sisteme concepute pentru a capta formele mecanice ale energiei oceanice.

Sisteme de energie oceanică: valuri, maree și curenți

Golful Fundy din Novia Scotia


© iStockphoto.com / shaunl
Golful Fundy din Novia Scotia găzduiește o stație mare de 20 de megavati.

Două dintre cele mai vizibile caracteristici ale oceanului sunt valurile și valurile. Vânturile conduc valuri, care se deplasează pe distanțe lungi ca o serie de creste și jgheaburi. Urmăriți orice obiect care plutește pe suprafața oceanului când întâlnește un val și veți observa că se ridică în sus cu creasta și cade cu jgheabul. Este posibil să convertiți această mișcare oscilantă în electricitate în mai multe moduri. Cum Wave Energy Works acoperă aceste sisteme în detaliu.

Tragerea gravitațională a lunii, nu vântul, este responsabilă pentru maree. Toate zonele de coastă se confruntă cu două maree înalte și două mici pe o perioadă de aproximativ 24 de ore, dar numai aproximativ 40 de site-uri sunt potrivite pentru generarea de energie electrică. Acest lucru se datorează faptului că diferența dintre mareele mari și cele mici trebuie să fie de cel puțin 4,88 metri pentru a crea un debit suficient de apă pentru a face eficiența electricității. Golful Fundy este un exemplu clasic. Această admisie relativ îngustă prezintă cele mai mari valuri din lume - 15,24 metri (50 de metri) - și un ciclu de maree scurt. În aproximativ șase ore, 110 miliarde de tone (100 de miliarde de tone) de apă de mare curg în interiorul și în afara golfului [sursa: Golful Fundy Tourism].

O modalitate de a valorifica energia cinetică a tuturor acele ape în mișcare implică construirea unui baraj, cunoscut sub numele de baraj, pe un braț mai mic al golfului. Porțile de glisare de-a lungul barajului se deschid atunci când valurile produc o diferență adecvată a nivelului apei de pe laturile opuse ale barajului. Acest lucru permite apei să curgă prin turbine care arată la fel ca cele folosite într-o centrală hidroelectrică tradițională. Turbinele transformă un generator, care produce energie electrică.

Un alt mod de a profita de mareele oceanului este de a atinge curenții de maree, care se apropie de țărm, la adâncimi de apă de aproximativ 20 până la 30 de metri. Pentru a face acest lucru, companiile de energie electrică folosesc turbine asemănătoare cu cele văzute în fermele eoliene terestre, cu excepția faptului că sunt orientate astfel încât rotoarele să fie sub apă. Rotoarele, fiecare cu diametrul de aproximativ 20 de metri (20 de metri), sunt de asemenea distanțate mai îndeaproape decât cele de pe parcurile eoliene. Pe măsură ce curenții de maree depășesc turbinele, rotorii se învârt, transformând un generator.

Aceste sisteme de energie mecanică sunt doar o singură soluție. În continuare, vom vedea cum căldura stocată în ocean poate produce energie electrică.

Sisteme de energie oceanică: energie termică

Majoritatea oamenilor consideră colectoarele solare drept celulele fotovoltaice tipice pe bază de siliciu, atât de des întâlnite în clădirile rezidențiale și comerciale. Dar cel mai mare colector solar este oceanul în sine. În fiecare zi, soarele furnizează echivalentul a 250 de miliarde de barili de petrol sub formă de energie termică oceanelor Pământului [sursa: Eficiența energetică și energia regenerabilă, Planul de lecție „Ocean Power”]. Convertirea întregii energii potențiale în electricitate necesită un apel al oamenilor de știință conversia energiei termice oceanice, sau OTEC pe scurt.

Există trei tipuri de sisteme OTEC. Fiecare profită de diferențialul de temperatură care apare între apa caldă de suprafață și apa mai profundă, mai profundă din ocean, dar o fac în moduri ușor diferite.

Sisteme cu ciclu închis conține un fluid care are un punct de fierbere scăzut. Amoniacul, de exemplu, are un punct de fierbere de -28,01 grade Fahrenheit (-33,34 grade Celsius). Când este expusă la apa de mare caldă în schimbătorul de căldură al sistemului, se fierbe imediat în gazul de amoniac. Vaporii în expansiune trec peste o turbină, determinând să se întoarcă. Apoi se deplasează la un al doilea schimbător de căldură în care a fost pompată apa rece de mare. Când vaporii fierbinți de amoniac întâlnesc apa rece, acesta se condensează înapoi într-un lichid și este gata pentru un alt ciclu.

Obțineți-ți sucul - cu o parte a apei Un avantaj al sistemelor OTEC deschise sau hibride este că, pe calea producerii de energie electrică, acestea produc și apă proaspătă - o altă resursă care nu oferă resurse în anumite zone ale lumii. O singură centrală OTEC de 2 megavati ar putea, în teorie, să producă 14.118,3 metri cubi (4.300 de metri cubi) de apă desalinizată în fiecare zi [sursa: Eficiența energetică și energia regenerabilă].

Sisteme cu ciclu deschis operați pe un alt principiu. Încep cu apa caldă de suprafață, care este plasată într-o cameră de vid. Deoarece pompa de vid îndepărtează aerul pentru a crea un mediu de joasă presiune, apa caldă de mare fierbe. Aburul rezultat este apă aproape pură și, la fel ca aburul produs într-o centrală electrică cu cărbune, poate fi folosit pentru a conduce o turbină. Apa de mare rece, pompată din adâncimile oceanului, răcește aburul și o schimbă în apă.

Sisteme hibride, după cum sugerează și numele, combinați cei mai buni dintre verii lor deschise și închise. În primul rând, apa de mare caldă se transformă în abur într-un recipient cu presiune joasă. Aburul vaporizează apoi un fluid cu punct de fierbere scăzut într-o buclă cu ciclu închis care conduce o turbină.

În prezent, sistemele OTEC produc cantități relativ mici de energie electrică. Dar potențialul este enorm. Unii experți consideră că OTEC ar putea produce miliarde de wați de putere în următoarele decenii. După cum vom vedea în secțiunea următoare, acestea sunt tipurile de numere care au determinat companiile energetice să investească puternic în toate tipurile de tehnologii oceanice.

Beneficiile de mediu ale energiei oceanice

Oceanele acoperă mai mult de 70 la sută din suprafața Pământului, deci în mod clar reprezintă o resursă energetică enormă. De mai mulți ani, companiile electrice s-au interesat în primul rând de sursele de energie care nu sunt regenerabile - petrol și gaze naturale - prinse sub sedimentele de pe fundul mării. Dar recent, pe măsură ce prețurile combustibililor fosili continuă să urce, sursele de energie regenerabilă ale oceanului au devenit mai atractive. În termenul apropiat, generarea de energie bazată pe valuri, valuri și curenți va contribui probabil doar la o mică zveltă a plăcii de energie. Pe termen mai lung, acea zveltă ar trebui să crească într-o pană măruntă.

De la cercetare și dezvoltare la realitate

Conceptele și brevetele abundă atunci când vine vorba de energia oceanică. Însă câteva companii sunt din ce în ce mai aproape de a face fezabile din punct de vedere comercial tehnologiile lor bazate pe ocean. Iată câteva dintre jucătorii de putere:

Puterea Verdant își testează turbinele subacvatice în râul est al orașului New York. Până în 2010, compania intenționează să aibă 30 de turbine pe loc pentru a furniza un megawatt de energie. Potențial, situl East River ar putea produce până la 1.000 de megawati.

Puterea valurilor Pelamis oferă un convertor de energie valurilor care arată ca un șarpe uriaș. Tuburile plutitoare, cu diametrul de 130 de metri (130 metri) și cu o greutate de 750 de tone (680 tone metrice), bobină pe oceanul care înfățișează, transformând energia undelor în electricitate prin pomparea fluidului de înaltă presiune prin motoare. Pelamis și-a așezat trei dintre tuburile sale în largul coastei Portugaliei, cu scopul de a produce 2,25 megawati de energie.

Ocean Power Technologies are o abordare diferită pentru extragerea energiei valurilor. PowerBuoy-ul său patentat se ridică și cade pe valuri trecătoare. Această mișcare în sus și în jos este transformată în energie electrică printr-o structură asemănătoare pistonului care conduce un generator electric. Chiar în largul coastei de nord a Spaniei, compania se află în faza a doua a unui site de testare care va produce 1,39 megawați de energie.

O parte din recurs, desigur, este că energia oceanică este o resursă care nu se termină niciodată. Fluxul și fluxul oceanului a fost încetat de miliarde de ani. Ne putem asigura în mod rezonabil că va rămâne în mișcare departe în viitor. Nu numai că, energia oceanică este, în mare parte, previzibilă. Graficele de maree listează mareele mici și cele mici până la minut, în timp ce hărțile arată atât dimensiunile cât și viteza curenților majori ai Pământului. Oceanografii știu, de exemplu, că pârâul Golfului are o lățime de aproximativ 90 de mile (90 de kilometri) în miezul său și călătorește cu viteze medii de 4,5 mile pe oră (2 metri pe secundă) [sursa: Institutul Cooperativ pentru Studii Marine și Atmosferice].

Un alt aspect cheie al puterii oceanice este legat de densitatea apei de mare. Densitatea aerului este de aproximativ 1,25 kilograme pe metru cub. Densitatea apei de mare este de aproximativ trei ori mai mare decât aceasta, ceea ce înseamnă că poate transmite mai multă energie turbinelor plasate în ocean [sursa: Physics Factbook]. Curenții care circulă nu mai repede de 5 mile pe oră (8 kilometri pe oră) pot transforma o turbină mare de peste 30 de rotații pe minut, ceea ce oferă o putere mai bună decât o turbină eoliană de dimensiuni comparabile care operează pe vânt puternic.

În cele din urmă, sistemele de energie oceanică sunt mai ușoare pentru ochi decât sistemele eoliene și solare. Ele necesită mai puțin spațiu și mult mai puține unități decât parcurile eoliene sau rețelele solare. Mai mult, echipamentele utilizate pentru furnizarea energiei oceanice sunt situate în larg, fie la suprafață, fie sub suprafață, astfel încât sistemele nu blochează vederile și nu interferează cu aviația sau radarul. De asemenea, rulează în tăcere, spre deosebire de turbinele eoliene, care pot produce zgomot aerodinamic, pe care unii l-au descris ca un sunet zgomotos, zgâlțâitor, pulsant și chiar șuier.

Dar să nu credeți că energia oceanică este lipsită de controverse. În următoarea secțiune, vom explora câteva dintre preocupările legate de sistemele energetice de valuri, de maree și de curent.

Preocupări cu privire la Ocean Power

podul Manhattan peste râul est


© iStockphoto.com / zinchik
Puterea Verdant își testează turbinele subacvatice în râul est al orașului New York, care ar putea produce până la 1.000 megawati.

În ciuda potențialului său enorm, energia oceanică a contribuit foarte puțin la producția globală de energie electrică. La fel ca toți furnizorii de energie regenerabilă, companiile de energie oceanică trebuie să depășească câteva obstacole pentru a rivaliza cu cota de piață a furnizorilor de combustibili fosili. Una dintre cele mai mari obstacole este fiabilitatea. Mediile marine pot produce ravagii asupra sistemelor mecanice, ceea ce le face dificil de întreținut. Verdant Power a instalat șase turbine mareeze în râul est al orașului New York, în 2006, numai pentru a constata că fluxurile de maree puternice au deteriorat toate sistemele, cu excepția a două.

Probleme ca acestea îngreunează energia electrică din ocean să concureze cu combustibilii fosili la costuri. Unele estimări situează costul energiei valurilor între 9 și 16 centi pe kilowatt-oră. Pentru energia mareelor, care beneficiază de progresele înregistrate în tehnologiile eoliene, costul este oarecum mai mic - aproximativ 6 - 9 cenți pe kilowatt-oră [sursa: Ocean Renewable Energy Coalition]. Dar niciunul nu este la fel de rentabil ca și cărbunele, care costă doar 3 centi pe kilowatt-oră, sau gazul natural, care costă 4,7 centi pe kilowatt-oră [sursa: Wald].

Apoi apar probleme de mediu. Plasarea unor structuri mari create de om în oceane va avea clar un efect asupra vieții marine. Barajele de maree prezintă probabil cele mai mari provocări. Turbinele din aceste structuri pot ucide pești și împiedica migrația lor în zonele de reproducție. De asemenea, barierele interferează cu înroșirea normală a pământului și a altor poluanți dizolvați. Acest lucru afectează calitatea apei, care la rândul său afectează viața păsărilor și a peștilor. Tabelul de mai jos rezumă câteva dintre preocupările majore asociate cu energia oceanică.

Sursa energiei oceanice

preocupările

Valuri

Intensitate variabilă, supraviețuire limitată a echipamentelor, preocupări de navigație și spațiu maritim, eliberare de lubrifianți

Tides

Intervalele slabe, costurile majore de capital, limitate la o serie de site-uri din întreaga lume, impacturi majore asupra mediului

Curenți de maree

Supraviețuirea limitată a echipamentelor, costuri operaționale ridicate, mai puțin răspândite decât undele

Curenti oceanici

Număr limitat de site-uri, impact potențial asupra modelelor de circulație oceanică

Energie termică oceanică

Costurile majore de capital, limitate la site-urile din oceanele tropicale, site-urile departe de uscat trebuie să transmită electricitate pe distanțe lungi

Desigur, toate aceste probleme trebuie cântărite împotriva beneficiilor puterii oceanice. Cea mai mare este capacitatea sa de a produce energie fără carbon. Numai asta poate face din energia oceanică una dintre cele mai importante surse de energie în următoarele decenii.

Articole legate de WordsSideKick.com

  • Ce sunt eco-plastice?
  • Cum funcționează combustibilul congelat
  • Cum funcționează lămpile de sol
  • Cum funcționează farurile LED
  • 5 aplicații mobile mobile

surse

  • Turismul Bay of Fundy.
    //bayoffundytourism.com/
  • Gibbs, W. Wayt. „Planul B pentru energie”. Științific american. Septembrie 2006.
  • Greenemeier, Larry. „Întoarcerea mareei”. Pământul științific american 3.0. Voi. 18, nr. 5. 2008.
  • Gyory, Joanna, Arthur J. Mariano și Edward H. Ryan. „Curenți de suprafață în Oceanul Atlantic: fluxul golfului.” Institutul cooperatist pentru studii marine și atmosferice. (10 iunie 2009)
    //oceancurrents.rsmas.miami.edu/atlantic/gulf-stream.html
  • Coaliția regenerabilă a energiei oceanice. Întrebări frecvente despre regenerabile marine. (10 iunie 2009)
    //oceanrenewable.com/faqs/
  • OCS Centrul de informare EIS programatic pentru energie alternativă și utilizare alternativă. "Energia curentului oceanic." (27 mai 2009) // ocsenergy.anl.gov/guide/current/index.cfm
  • OCS Centrul de informare EIS programatic pentru energie alternativă și utilizare alternativă. "Resurse energetice oceanice." (27 mai 2009)
    //ocsenergy.anl.gov/guide/ocean/index.cfm
  • OCS Centrul de informare EIS programatic pentru energie alternativă și utilizare alternativă. "Energia valurilor oceanice." (27 mai 2009)
    //ocsenergy.anl.gov/guide/wave/index.cfm
  • Scigliano, Eric. „Volți de la un șarpe mecanic de mare”. Descoperiți revista. 2 decembrie 2005. (27 mai 2009)
    //discovermagazine.com/2005/dec/ocean-energy/?searchterm=ocean%20power
  • Departamentul de energie al SUA, eficiența energetică și energia regenerabilă. Planul lecției „Ocean Power”. (27 mai 2009)
    apps1.eere.energy.gov/education/lessonplans/pdfs/ocean_power.pdf
  • Departamentul de energie al SUA, eficiența energetică și energia regenerabilă. Economisitori de energie: „Conversia energiei termice în ocean”. (27 mai 2009)
    //energysavers.gov/renewable_energy/ocean/index.cfm/mytopic=50010
  • Departamentul de energie al SUA, eficiența energetică și energia regenerabilă. Economisitori de energie: „Energia mareelor ​​oceanice”. (27 mai 2009)
    //energysavers.gov/renewable_energy/ocean/index.cfm/mytopic=50008
  • Departamentul de energie al SUA, eficiența energetică și energia regenerabilă. Economii de energie: „Puterea de val a oceanului”. (27 mai 2009)
    //energysavers.gov/renewable_energy/ocean/index.cfm/mytopic=50009
  • Wald, Matthew L. "Pot concura energia nucleară?" Pământul științific american 3.0. Voi. 18, nr. 5. 2008.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Cum Se Dezvoltă Viitorul Ingineriei Origami (Op-Ed)
Cum Se Dezvoltă Viitorul Ingineriei Origami (Op-Ed)

Inventatorul Premiului Mondial De Științe Informatice Din World Wide Web
Inventatorul Premiului Mondial De Științe Informatice Din World Wide Web

Trippy! Camaleonii Intimidează Rivalii Cu Schimbarea Rapidă A Culorii
Trippy! Camaleonii Intimidează Rivalii Cu Schimbarea Rapidă A Culorii

30% Dintre Fetele Adolescente Albe Folosesc Bronzare Interioară
30% Dintre Fetele Adolescente Albe Folosesc Bronzare Interioară

Ai Gripa. Ar Trebui Să Mergi La Doctor Sau Să-L Aștepți?
Ai Gripa. Ar Trebui Să Mergi La Doctor Sau Să-L Aștepți?


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2019 RO.WordsSideKick.com