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OTEC

OTEC (Abkürzung des Englischen Umwandlung der thermischen Energie des Ozeans) ist eine erneuerbare Energieform, die sich den natürlichen Temperaturunterschied im Ozean Strom zu erzeugen. Der größte Vorteil ist, dass es eine stabile Basisleistung bereitstellen kann.

Stromkreislauf

Das Funktionsprinzip von OTEC basiert auf a rankine-Zyklus, das ein Arbeitsfluid mit einem niedrigeren Siedepunkt und einem höheren Gasdruck als Wasser verwendet. Das warme Oberflächenwasser des Ozeans ist Wärmetauscher gepumpt, wodurch das Arbeitsmedium verdampft. Dieser Dampf treibt eine Turbine an, die mit einem Generator Strom zu erzeugen. Anschließend wird das Arbeitsmedium mit kaltem Wasser aus den tieferen Schichten des Ozeans kondensiert. Dadurch kann das Arbeitsmedium an den Anfang des Systems zurückgepumpt werden und der Kreislauf beginnt von neuem Da tropische Ozeane kaum Temperaturschwankungen (weder pro Tag noch pro Saison) erfahren, bleibt der Temperaturunterschied zwischen den Ozeanschichten nahezu gleich. Dadurch kann OTEC eine stabile Grundleistung liefern und hat einen Kapazitätsfaktor von 80 % – 100 %.[1]

Thermische Schichten im Ozean

Das Sonnenlicht, das auf den Ozean fällt, wird als Wärmeenergie gespeichert, hauptsächlich in den oberen 100 Metern des Ozeans. In tropischen Gebieten wird das Gleichgewicht zwischen der einfallenden Sonnenstrahlung und dem Wärmeverlust des Wassers um Verdunstung und Konvektion für eine konstante Temperatur des Oberflächenwassers des Ozeans[2]. Diese Temperatur kann bis über 25 ° C ansteigen, tiefer im Ozean sinkt die Wassertemperatur in Tiefen ab 800 Metern auf etwa 4 ° C. Das thermohaline Zirkulation von den Stangen sorgt für einen kontinuierlichen Nachschub des kalten Wassers.[2] Aufgrund der niedrigen Temperatur ist die Dichte dieses Wassers relativ hoch. Dadurch sinkt das kalte Wasser nach unten und das wärmere Wasser wird nach oben gedrückt. Dadurch entsteht in tiefen, tropischen Ozeanen eine geschichtete Temperaturstruktur. Ab einer Differenz von 20 °C kann dieser Temperaturunterschied zwischen den Schichten die treibende Kraft für OTEC sein.

Potenzial

Fast zwei Drittel der Erdoberfläche sind Ozeane. Dadurch landen 70 % des Sonnenlichts, das auf die Erde scheint, im Meer. Es wird geschätzt, dass der jährliche Betrag Solarenergie von den Ozeanen absorbiert, mehr als 4.000 Mal mehr als der Energieverbrauch des Menschen.[3] Jüngste Untersuchungen zeigen, dass zwischen 7 teraWatt (TW) und 30 TW Strom können mit OTEC erzeugt werden, ohne die Wärmeströme im Meer zu beeinträchtigen.[4] Dies entspricht dem 3- bis 10-fachen des aktuellen weltweiten Strombedarfs. Das IIASA schätzt das elektrische Umwandlungspotential von OTEC auf 3150 – 30000 exa-Joule pro Jahr[5]. Es IPCC schätzt das elektrische Potenzial auf 108 – 324 EJ pro Jahr.[6]

Standorte

OTEC ist ab einer Temperaturdifferenz von 20 °C betriebsbereit.[7] Typische Standorte sind daher Küstenregionen tropischer Gebiete; im Allgemeinen der Bereich zwischen 20 Grad nördlich und 20 Grad südlich des Äquators. Nach jüngsten Untersuchungen gibt es 98 Länder und Regionen, in denen dies möglich ist.[1]

OTEC in der Welt

Kraftwerke in Betrieb

  • Kumejima, Japan – Xenesys & Saga University – 100 kW – seit 2013 in Betrieb für Forschungszwecke und Stromerzeugung
  • Hawaii, USA - Makai Ocean Engineering – 105 kW – seit 2015 zur Stromerzeugung im Einsatz
  • Gosung, Korea - KRISO - 20 kW - seit 2012 für Forschungszwecke im Einsatz
  • Insel La Réunion, Frankreich - DCNS - 15 kW - seit 2012 für Forschungszwecke in Betrieb
  • Saga, Japan - Xenesys & Saga University - 30 kW - seit 1980 für Forschungszwecke in Betrieb

Kraftwerke in Entwicklung

  • Curaçao, Königreich der Niederlande - Bluerise - 0,5 MW
  • Martinique, Frankreich – Akuoa Energy & DCNS – 10,7 MW
  • Bahamas, USA – Ocean Thermal Energy Corporation – 10 MW
  • Hawaii, USA – Makai Ocean Engineering – 1 MW
  • Kumejima, Japan - Xenesys & Saga University - 1 MW
  • Malediven - Bardot Ozean - 2 MW
  • Sri Lanka - Bluerise - 10 MW
  • Andamanen & Nikobaren, Indien - DCNS - 20 MW
  • Insel Tarawa, Kiribati – KRISO – 1 MW
  • Cabangan, Philippinen - Bell Pirie Power Corp - 10 MW
  • Amerikanische Jungferninseln - Ocean Thermal Energy Corporation – 8 & 15 MW

Die Gewässer rund um die Niederlande sind oft zu flach und haben nicht genügend Temperaturunterschiede, um OTEC wirtschaftlich rentabel zu machen. Im Königreich der Niederlande liegen die Standorte in der Karibik, rund um die Antillen, geeignet.[8] Das niederländische Unternehmen blau aufgehen entwickelt die Technologie und führt verschiedene Projekte in der Karibik durch, beispielsweise in Curaçao. Bluerise hat zuvor mit dem . zusammengearbeitet Tu Delft ein Testkraftwerk gebaut.

Geschichte

Die Idee, den Temperaturunterschied zwischen den verschiedenen thermischen Schichten des Ozeans zur Stromerzeugung zu nutzen, ist nicht neu. In dem 1870 veröffentlichten Buch Zwanzigtausend Ligen unter dem Meer der Autor verwendet Jules Verne, das Konzept zum Bau des U-Bootes von Kapitän Nemo fahren[9]. Elf Jahre später hat der französische Physiker Jacques Arsène d'Arsonval das erste Design, bei dem unter Druck stehendes Ammoniak verwendet wird Generator fährt.[10] 1930 baute George Claude, ein Schüler von d'Arsonval, die erste tatsächliche OTEC-Anlage auf Kuba mit einer Leistung von 22 kW. Das System wurde später durch einen Sturm zerstört.[2]Obwohl viele Entwürfe folgten, wurde erst 1970 eine weitere Installation auf der Insel Nauru in Japan gebaut.[11] Die Anlage wurde 1981 in Betrieb genommen und produzierte 120 kW Strom; 90 kW zum Antrieb des Systems und 30 kW Strom für die Insel[12]. Damit wurde erstmals von OTEC erzeugter Strom ins Netz eingespeist.[7]Das Ölkrise der 1970er Jahre nahm die Entwicklung von OTEC zu. In den USA wurde ein Gesetz verabschiedet, das darauf abzielte, bis 1999 10.000 MW Strom mittels OTEC zu erzeugen.[13] Ein sinkender Ölpreis führte jedoch zu einer Dämpfung des Interesses: Seit der Jahrhundertwende wurde die Forschung wieder aufgenommen und mehrere kleine Anlagen zu Forschungszwecken gebaut. Mehrere Anlagen bis 1 Megawatt sind in Betrieb und die ersten Anlagen im Multi-Megawatt-Maßstab befinden sich in der Entwicklung.