تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات
يُعدّ تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ( OTEC ) تقنيةً للطاقة المتجددة تستغلّ فرق درجات الحرارة بين المياه السطحية الدافئة للمحيط وأعماقه الباردة لتشغيل محرك حراري يُنتج الكهرباء . وهو شكل فريد من أشكال توليد الطاقة النظيفة ، يتمتّع بإمكانية توفير مصدر طاقة ثابت ومستدام. ورغم وجود بعض التحديات التي يجب التغلب عليها، فإنّ تقنية OTEC تمتلك القدرة على توفير مصدر طاقة نظيف ثابت ومستدام، لا سيما في المناطق الاستوائية التي تتميّز بإمكانية الوصول إلى المياه العميقة للمحيطات .
وصف
تستخدم تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) التدرج الحراري بين المياه العميقة الباردة والمياه السطحية أو الضحلة الدافئة لتشغيل محرك حراري وإنتاج طاقة مفيدة ، عادةً ما تكون على شكل كهرباء . تتميز هذه التقنية بقدرة تشغيل عالية جدًا ، مما يسمح لها بالعمل في وضع الحمل الأساسي .
تتشكل كتل المياه الباردة الأكثر كثافة نتيجة تفاعل مياه سطح المحيط مع الغلاف الجوي البارد في مناطق محددة من شمال المحيط الأطلسي والمحيط الجنوبي ، ثم تغوص إلى أحواض أعماق البحار وتنتشر في أعماق المحيط بأكملها بفعل الدوران الحراري الملحي . ويتم تعويض صعود المياه الباردة من أعماق المحيط بانخفاض مياه سطح البحر الباردة.
من بين مصادر الطاقة البحرية، يُعدّ تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) أحد موارد الطاقة المتجددة المتاحة باستمرار والتي يُمكن أن تُساهم في إمدادات الطاقة الأساسية. [ 1 ] ويُعتبر حجم موارد OTEC أكبر بكثير من حجم موارد أشكال الطاقة البحرية الأخرى. [ 2 ] يُمكن توليد ما يصل إلى 10,000 تيراواط /ساعة من الطاقة سنويًا من OTEC دون التأثير على البنية الحرارية للمحيط. [ 3 ]
قد تكون الأنظمة إما ذات دورة مغلقة أو دورة مفتوحة. تستخدم أنظمة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ذات الدورة المغلقة سوائل تشغيل تُعرف عادةً باسم المبردات، مثل الأمونيا أو R-134a . تتميز هذه السوائل بانخفاض درجة غليانها، مما يجعلها مناسبة لتشغيل مولد النظام لتوليد الكهرباء. تُعد دورة رانكين ، التي تستخدم توربينًا منخفض الضغط، دورة التسخين الأكثر شيوعًا في أنظمة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات حتى الآن. أما المحركات ذات الدورة المفتوحة فتستخدم بخار مياه البحر نفسه كسائل تشغيل.
يمكن لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) أن توفر كميات من المياه الباردة كمنتج ثانوي. ويمكن استخدام هذه المياه في تكييف الهواء والتبريد، كما يمكن استخدام مياه أعماق المحيط الغنية بالعناصر الغذائية لتغذية التقنيات البيولوجية. ومن المنتجات الثانوية الأخرى المياه العذبة المقطرة من البحر. [ 4 ]
طُورت نظرية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات لأول مرة في ثمانينيات القرن التاسع عشر، وتم بناء أول نموذج تجريبي بحجم المختبر في عام 1926. وتوجد حاليًا محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات قيد التشغيل على نطاق تجريبي في اليابان، تحت إشراف جامعة ساغا ، وفي هاواي تشغلها شركة ماكاي لهندسة المحيطات . [ 5 ]
تاريخ

بدأت محاولات تطوير وتحسين تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) في ثمانينيات القرن التاسع عشر. ففي عام ١٨٨١، اقترح الفيزيائي الفرنسي جاك أرسين دارسونفال استغلال الطاقة الحرارية للمحيط. وقام تلميذه جورج كلود ببناء أول محطة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في ماتانزاس، كوبا، عام ١٩٣٠. [ ٦ ] [ ٧ ] وقد ولّد النظام ٢٢ كيلوواط من الكهرباء باستخدام توربين منخفض الضغط . [ ٨ ] وقد دُمرت المحطة لاحقًا في عاصفة. [ ٩ ]
في عام 1935، أنشأ كلود محطة طاقة على متن سفينة شحن تزن 10000 طن راسية قبالة سواحل البرازيل. إلا أن الأحوال الجوية والأمواج دمرتها قبل أن تتمكن من توليد طاقة صافية. [ 8 ] (الطاقة الصافية هي مقدار الطاقة المولدة بعد طرح الطاقة اللازمة لتشغيل النظام).
في عام 1956، صمم علماء فرنسيون محطة طاقة بقدرة 3 ميغاواط لمدينة أبيدجان في ساحل العاج. لم تُستكمل المحطة قط، لأن اكتشاف كميات كبيرة من النفط الرخيص جعلها غير اقتصادية. [ 8 ]
في عام 1962، ركز ج. هيلبرت أندرسون وجيمس هـ. أندرسون الابن على زيادة كفاءة المكونات. وحصلا على براءة اختراع لتصميمهما الجديد "للدورة المغلقة" في عام 1967. [ 10 ] وقد حسّن هذا التصميم نظام رانكين الأصلي ذي الدورة المغلقة، وأدرجاه في مخطط لمحطة توليد طاقة تُنتج الطاقة بتكلفة أقل من النفط أو الفحم. إلا أن أبحاثهما لم تحظَ باهتمام يُذكر آنذاك، إذ كان يُنظر إلى الفحم والطاقة النووية على أنهما مستقبل الطاقة. [ 9 ]
تُعدّ اليابان من المساهمين الرئيسيين في تطوير تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC). [ 11 ] ففي عام 1970، نجحت شركة طوكيو للطاقة الكهربائية في بناء وتشغيل محطة OTEC ذات دورة مغلقة بقدرة 100 كيلوواط في جزيرة ناورو . [ 11 ] وبدأت المحطة عملياتها في 14 أكتوبر 1981، حيث أنتجت حوالي 120 كيلوواط من الكهرباء؛ استُخدم 90 كيلوواط منها لتشغيل المحطة، بينما استُخدمت الكمية المتبقية لتزويد مدرسة وأماكن أخرى بالطاقة. [ 8 ] وقد سجّل هذا رقماً قياسياً عالمياً في إنتاج الطاقة من نظام OTEC حيث تم إرسال الطاقة إلى شبكة كهرباء حقيقية (وليست تجريبية). [ 12 ]
شهد عام 1981 تطورًا هامًا في تكنولوجيا تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات، عندما استخدم المهندس الروسي، الدكتور ألكسندر كالينا، مزيجًا من الأمونيا والماء لإنتاج الكهرباء. وقد حسّن هذا المزيج الجديد كفاءة دورة الطاقة بشكل كبير. وفي عام 1994، صمّم معهد طاقة المحيطات بجامعة ساغا وأنشأ محطة بقدرة 4.5 كيلوواط لاختبار دورة أوهارا المُخترعة حديثًا، والتي سُمّيت أيضًا نسبةً إلى مخترعها هارو أوهارا. وتضمنت هذه الدورة عمليات امتصاص واستخلاص تُتيح لهذا النظام التفوق على دورة كالينا بنسبة 1-2%. [ 13 ]
شهدت سبعينيات القرن العشرين زيادة ملحوظة في أبحاث وتطوير تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) بعد حرب 1973 العربية الإسرائيلية، التي أدت إلى ارتفاع أسعار النفط ثلاثة أضعاف. وقد ضخت الحكومة الفيدرالية الأمريكية 260 مليون دولار في أبحاث OTEC بعد أن وقّع الرئيس كارتر قانونًا يلزم الولايات المتحدة بتحقيق هدف إنتاج 10000 ميغاواط من الكهرباء من أنظمة OTEC بحلول عام 1999. [ 14 ]

في عام ١٩٧٤، أنشأت الولايات المتحدة مختبر الطاقة الطبيعية التابع لهيئة هاواي (NELHA) في كياهول بوينت على ساحل كونا في هاواي . تُعد هاواي أفضل موقع في الولايات المتحدة لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC)، نظرًا لمياهها السطحية الدافئة، وإمكانية الوصول إلى مياه عميقة وباردة جدًا، وارتفاع تكاليف الكهرباء فيها. وقد أصبح المختبر مرفقًا رائدًا لاختبار تقنية OTEC. [ ١٥ ] في العام نفسه، حصلت شركة لوكهيد على منحة من المؤسسة الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة لدراسة تقنية OTEC. وقد أدى ذلك في نهاية المطاف إلى بذل جهود مشتركة بين لوكهيد، والبحرية الأمريكية، وشركة ماكاي لهندسة المحيطات، وشركة ديلينغهام للإنشاءات، وشركات أخرى، لبناء أول محطة OTEC في العالم تنتج صافي طاقة، والتي أُطلق عليها اسم "Mini-OTEC". [ ١٦ ] لمدة ثلاثة أشهر في عام ١٩٧٩، تم توليد كمية صغيرة من الكهرباء. وشغّلت NELHA محطة تجريبية بقدرة ٢٥٠ كيلوواط لمدة ست سنوات في التسعينيات. [ 17 ] بتمويل من البحرية الأمريكية ، بدأت محطة توليد طاقة بقدرة 105 كيلوواط في الموقع بتزويد شبكة الكهرباء المحلية بالطاقة في عام 2015. [ 17 ]
كانت مبادرة أوروبية تُدعى EUROCEAN، وهي مشروع مشترك ممول من القطاع الخاص يضم 9 شركات أوروبية تعمل بالفعل في مجال الهندسة البحرية، نشطة في الترويج لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) من عام 1979 إلى عام 1983. في البداية، دُرست منشأة بحرية واسعة النطاق. لاحقًا، دُرست منشأة برية بقدرة 100 كيلوواط تجمع بين تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات البرية وتحلية المياه وتربية الأحياء المائية، والتي أُطلق عليها اسم ODA. استندت هذه الدراسة إلى نتائج منشأة صغيرة لتربية الأحياء المائية في جزيرة سانت كروا، والتي استخدمت خط إمداد في المياه العميقة لتغذية أحواض تربية الأحياء المائية. كما تم بحث محطة دورة مفتوحة ساحلية. كان موقع الدراسة في كوراساو ، التي كانت آنذاك جزءًا من جزر الأنتيل الهولندية . [ 18 ]
بدأت الأبحاث المتعلقة بتحويل دورة الطاقة الحرارية للمحيطات المفتوحة إلى واقع ملموس بجدية في عام 1979 في معهد أبحاث الطاقة الشمسية (SERI) بتمويل من وزارة الطاقة الأمريكية. وقد طوّر المعهد مبخرات ومكثفات ذات تلامس مباشر مصممة خصيصًا وحصل على براءة اختراع لها. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] وصف كريث وبهاراتان [ 22 ] [ 23 ] تصميمًا أصليًا لتجربة إنتاج الطاقة، والتي كانت تُعرف آنذاك بتجربة 165 كيلوواط، في محاضرة جائزة ماكس جاكوب التذكارية . استخدم التصميم الأولي توربينين محوريين متوازيين، باستخدام دوارات المرحلة الأخيرة المأخوذة من توربينات بخارية كبيرة. لاحقًا، طوّر فريق بقيادة الدكتور بهاراتان في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) التصميم المفاهيمي الأولي لتجربة دورة الطاقة الحرارية للمحيطات المفتوحة المحدثة بقدرة 210 كيلوواط. [ ٢٤ ] دمج هذا التصميم جميع مكونات الدورة، وهي المبخر والمكثف والتوربين، في وعاء تفريغ واحد، مع تثبيت التوربين في الأعلى لمنع وصول الماء إليه. صُنع الوعاء من الخرسانة، وكان أول وعاء تفريغ من نوعه يُستخدم في العمليات الصناعية. لم تُكلل محاولات تصنيع جميع المكونات باستخدام مواد بلاستيكية منخفضة التكلفة بالنجاح التام، نظرًا لضرورة مراعاة بعض التحفظات في تصميم التوربين ومضخات التفريغ التي طُوّرت كأول مضخات من نوعها. لاحقًا، عمل الدكتور بهاراتان مع فريق من المهندسين في معهد المحيط الهادئ لأبحاث التكنولوجيا المتقدمة (PICHTR) لمواصلة تطوير هذا التصميم خلال مراحله الأولية والنهائية. أُعيد تسميته إلى تجربة إنتاج الطاقة الصافية (NPPE)، وشُيّد في مختبر الطاقة الطبيعية في هاواي (NELH) بواسطة معهد المحيط الهادئ لأبحاث التكنولوجيا المتقدمة (PICHTR) من قِبل فريق بقيادة كبير المهندسين دون إيفانز، وأدار المشروع الدكتور لويس فيغا.

في عام ٢٠٠٢، اختبرت الهند محطة تجريبية عائمة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات بقدرة ١ ميغاواط بالقرب من ولاية تاميل نادو. وقد باءت المحطة بالفشل في نهاية المطاف بسبب عطل في أنبوب المياه الباردة في أعماق البحار. [ ٩ ] ولا تزال حكومتها تدعم الأبحاث في هذا المجال. [ ٢٥ ]
في عام 2006، فازت شركة ماكاي لهندسة المحيطات بعقد من مكتب البحوث البحرية الأمريكي (ONR) لدراسة إمكانية استخدام تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) لإنتاج كميات كبيرة من الهيدروجين في محطات عائمة في المياه الاستوائية الدافئة. وإدراكًا منها لحاجة ماكاي إلى شركاء أكبر لتسويق تقنية OTEC تجاريًا، تواصلت مع شركة لوكهيد مارتن لتجديد علاقتهما السابقة وتحديد مدى ملاءمة الوقت لتطبيق هذه التقنية. وهكذا، في عام 2007، استأنفت لوكهيد مارتن العمل في مجال OTEC وأصبحت مقاولًا فرعيًا لشركة ماكاي لدعم برنامج SBIR الخاص بها، والذي أعقبه تعاونات أخرى لاحقة. [ 16 ]
في مارس 2011، وقّعت شركة أوشن ثيرمال إنرجي اتفاقية خدمات طاقة مع منتجع باها مار في ناساو، جزر البهاما ، لإنشاء أول وأكبر نظام تكييف هواء بمياه البحر في العالم. [ 26 ] في يونيو 2015، تم تعليق المشروع مؤقتًا ريثما حلّ المنتجع المشكلات المالية والملكية. [ 27 ] في أغسطس 2016، أُعلن عن حلّ المشكلات وأن المنتجع سيفتتح في مارس 2017. [ 28 ] ومن المتوقع استئناف أعمال بناء نظام تكييف الهواء بمياه البحر في ذلك الوقت.

في يوليو 2011، أكملت شركة ماكاي أوشن إنجينيرينغ تصميم وبناء منشأة اختبار مبادل حراري لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) في مختبر الطاقة الطبيعية في هاواي . يهدف هذا المرفق إلى الوصول إلى تصميم أمثل لمبادلات الحرارة في تقنية OTEC، مما يزيد من كفاءتها وعمرها الافتراضي مع خفض التكلفة (حيث تُعدّ مبادلات الحرارة العامل الرئيسي في تكلفة محطة OTEC). [ 29 ] في مارس 2013، أعلنت ماكاي عن فوزها بعقد لتركيب وتشغيل توربين بقدرة 105 كيلوواط في منشأة اختبار مبادلات الحرارة لتقنية OTEC. وكانت هذه المرة الأولى التي يتم فيها ربط طاقة OTEC بشبكة الكهرباء الأمريكية. [ 30 ] [ 31 ]
في يوليو/تموز 2016، وافقت لجنة الخدمات العامة في جزر العذراء على طلب شركة "أوشن ثيرمال إنرجي" لتصبح منشأة مؤهلة. وبذلك، يُسمح للشركة ببدء المفاوضات مع هيئة المياه والطاقة في جزر العذراء (WAPA) بشأن اتفاقية شراء الطاقة (PPA) المتعلقة بمحطة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) في جزيرة سانت كروا. وستكون هذه أول محطة تجارية لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في العالم. [ 32 ] [ 33 ]
من المقرر إنشاء مشروع في دولة ساو تومي وبرينسيبي الأفريقية، ليكون أول منصة عائمة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات على نطاق تجاري في العالم. [ 34 ] ستُطوّر شركة غلوبال أوتيك هذه المنصة، التي تحمل اسم دومينيك، لتوليد 1.5 ميغاواط، وسيتم تركيب منصات عائمة لاحقة لتلبية كامل احتياجات البلاد. [ 35 ] في عام 2022، وُقّعت مذكرة تفاهم بين الحكومة وشركة غلوبال أوتيك البريطانية الناشئة. [ 36 ]
محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات قيد التشغيل حاليًا
في مارس 2013، أكملت جامعة ساغا، بالتعاون مع العديد من الصناعات اليابانية، تركيب محطة جديدة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC). وأعلنت محافظة أوكيناوا بدء اختبارات تشغيل المحطة في جزيرة كومي في 15 أبريل 2013. والهدف الرئيسي هو إثبات صحة النماذج الحاسوبية وعرض تقنية OTEC للجمهور. وستُجرى الاختبارات والأبحاث بدعم من جامعة ساغا حتى نهاية السنة المالية 2016. وقد عُهد إلى شركات IHI Plant Construction Co. Ltd، وYokogawa Electric Corporation، وXenesys Inc ببناء المحطة بقدرة 100 كيلوواط ضمن حرم مركز أبحاث مياه أعماق البحار التابع لمحافظة أوكيناوا. وقد تم اختيار الموقع تحديدًا للاستفادة من أنابيب سحب مياه أعماق البحار ومياه سطح البحر الموجودة والمثبتة لمركز الأبحاث عام 2000. وتُستخدم هذه الأنابيب لسحب مياه أعماق البحار لأغراض البحث العلمي، ومصايد الأسماك، والزراعة. وتتكون المحطة من وحدتين بقدرة 50 كيلوواط لكل منهما، بتصميم رانكين مزدوج. [ 37 ] يُتاح للجمهور زيارة مجانية لمنشأة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ومركز أبحاث المياه العميقة باللغتين الإنجليزية واليابانية، وذلك عن طريق الحجز المسبق. [ 38 ] تُعد هذه المنشأة حاليًا واحدة من محطتين فقط تعملان بكامل طاقتهما لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في العالم. وتعمل هذه المحطة باستمرار عندما لا تكون هناك اختبارات جارية.
في عام ٢٠١١، أنجزت شركة ماكاي أوشن إنجينيرينغ منشأة اختبار مبادل حراري في محطة نيلها. وقد حصلت ماكاي على تمويل لتركيب توربين بقدرة ١٠٥ كيلوواط، وذلك لاختبار مجموعة متنوعة من تقنيات التبادل الحراري لاستخدامها في تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات. [ ٣٩ ] سيجعل هذا التركيب هذه المنشأة أكبر منشأة عاملة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات، مع بقاء الرقم القياسي لأكبر قدرة مسجلاً باسم محطة الدورة المفتوحة التي طُوّرت أيضاً في هاواي.
في يوليو 2014، أعلنت مجموعة DCNS، بالشراكة مع شركة Akuo Energy، عن تمويل مشروع NEMO التابع لها بموجب برنامج NER 300. لو تكلل المشروع بالنجاح، لكانت محطة الطاقة البحرية، بقدرة إجمالية تبلغ 16 ميغاواط وصافي 10 ميغاواط، أكبر منشأة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات حتى ذلك الحين. خططت DCNS لتشغيل NEMO بحلول عام 2020. [ 40 ] في أوائل أبريل 2018، أوقفت شركة Naval Energies المشروع لأجل غير مسمى بسبب صعوبات فنية تتعلق بأنبوب سحب المياه الباردة الرئيسي. [ 41 ]
بدأ تشغيل محطة توليد الطاقة الحرارية من المحيط، التي بنتها شركة ماكاي أوشن إنجينيرينغ، في هاواي في أغسطس 2015. وقام حاكم هاواي، ديفيد إيغي ، بتشغيل المحطة. وتُعد هذه المحطة أول محطة حقيقية لتحويل الطاقة الحرارية من المحيط (OTEC) ذات دورة مغلقة يتم ربطها بشبكة الكهرباء الأمريكية. وهي محطة تجريبية قادرة على توليد 105 كيلوواط، تكفي لتزويد حوالي 120 منزلاً بالطاقة. [ 42 ]
الكفاءة الديناميكية الحرارية
تُحقق المحركات الحرارية كفاءةً أعلى عند تشغيلها بفارق كبير في درجات الحرارة . وفي المحيطات، يكون فارق درجة الحرارة بين المياه السطحية والعميقة أكبر ما يكون في المناطق الاستوائية ، وإن كان لا يزال متواضعًا نسبيًا، إذ يتراوح بين 20 و25 درجة مئوية. ولذلك، تُعدّ المناطق الاستوائية هي التي تُتيح أكبر الإمكانيات لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC). [ 4 ] وتمتلك هذه التقنية القدرة على توفير كميات عالمية من الطاقة تفوق ما تُوفره خيارات الطاقة البحرية الأخرى، مثل طاقة الأمواج، بمقدار يتراوح بين 10 و100 ضعف . [ 43 ] [ 44 ]
يمكن لمحطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات أن تعمل بشكل مستمر لتوفير إمداد أساسي لنظام توليد الطاقة الكهربائية. [ 4 ]
يتمثل التحدي التقني الرئيسي لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) في توليد كميات كبيرة من الطاقة بكفاءة عالية من فروق درجات حرارة صغيرة. ولا تزال هذه التقنية تُعتبر ناشئة . كانت كفاءة أنظمة OTEC المبكرة تتراوح بين 1 و3% ، أي أقل بكثير من الحد الأقصى النظري البالغ 6 و7% لهذا الفرق في درجات الحرارة. [ 45 ] أما التصاميم الحديثة فتتيح أداءً يقترب من الحد الأقصى النظري لكفاءة كارنو .
أنواع دورات الطاقة
يُعدّ ماء البحر البارد جزءًا لا يتجزأ من كل نوع من أنواع أنظمة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات الثلاثة: ذات الدورة المغلقة، وذات الدورة المفتوحة، والهجينة. ولتشغيل هذه الأنظمة، يجب ضخّ ماء البحر البارد إلى السطح. وتتمثل الطرق الرئيسية في الضخ النشط وتحلية المياه. تعمل تحلية مياه البحر بالقرب من قاع البحر على خفض كثافتها، مما يؤدي إلى صعودها إلى السطح. [ 46 ]
يتمثل البديل عن الأنابيب المكلفة لنقل المياه الباردة المكثفة إلى السطح في ضخ سائل منخفض درجة الغليان ومتبخر إلى الأعماق المراد تكثيفه، مما يقلل من أحجام الضخ ويقلل من المشاكل التقنية والبيئية ويخفض التكاليف. [ 47 ]
مغلق
تستخدم أنظمة الدورة المغلقة سائلاً ذا نقطة غليان منخفضة، مثل الأمونيا (التي تبلغ نقطة غليانها حوالي -33 درجة مئوية عند الضغط الجوي)، لتشغيل توربين لتوليد الكهرباء. يُضخ ماء البحر السطحي الدافئ عبر مبادل حراري لتبخير السائل. يؤدي تمدد البخار إلى تدوير المولد التوربيني. ثم يُضخ الماء البارد عبر مبادل حراري ثانٍ، فيُكثف البخار إلى سائل، يُعاد تدويره بعد ذلك عبر النظام.
في عام 1979، قام مختبر الطاقة الطبيعية والعديد من الشركاء من القطاع الخاص بتطوير تجربة "محول الطاقة الحرارية البحرية المصغر"، والتي حققت أول إنتاج ناجح للطاقة الكهربائية الصافية في البحر من دورة مغلقة لمحولات الطاقة الحرارية البحرية. [ 48 ] رُسيت سفينة محول الطاقة الحرارية البحرية المصغر على بعد 2.4 كيلومتر (1.5 ميل) قبالة ساحل هاواي، وأنتجت ما يكفي من الكهرباء الصافية لإضاءة مصابيح السفينة وتشغيل أجهزة الكمبيوتر والتلفزيون.
يفتح
تستخدم تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ذات الدورة المفتوحة المياه السطحية الدافئة مباشرةً لتوليد الكهرباء. تُضخ مياه البحر الدافئة أولاً إلى خزان منخفض الضغط، مما يؤدي إلى غليانها. في بعض الأنظمة، يُشغل البخار المتمدد توربينًا منخفض الضغط متصلًا بمولد كهربائي . البخار الناتج، الذي يحمل معه الأملاح والملوثات الأخرى في الخزان منخفض الضغط، هو ماء عذب نقي. يُكثف هذا الماء إلى سائل بتعريضه لدرجات حرارة منخفضة من مياه أعماق المحيط. تُنتج هذه الطريقة مياه عذبة محلاة ، مناسبة للشرب والري والاستزراع المائي . [ 49 ]
في مخططات أخرى، يُستخدم البخار المتصاعد في تقنية الرفع بالغاز لرفع الماء إلى ارتفاعات كبيرة. وبحسب التصميم، تُولّد تقنيات مضخات الرفع بالبخار هذه الطاقة من توربين كهرومائي إما قبل استخدام المضخة أو بعده. [ 50 ]
في عام 1984، طوّر معهد أبحاث الطاقة الشمسية (المعروف الآن باسم المختبر الوطني للطاقة المتجددة ) مُبَخِّرًا رأسيًا لتحويل مياه البحر الدافئة إلى بخار منخفض الضغط لمحطات الدورة المفتوحة. وبلغت كفاءة التحويل 97% لتحويل مياه البحر إلى بخار (حيث لم تتجاوز نسبة إنتاج البخار الإجمالي بضعة بالمئة من المياه الداخلة). وفي مايو 1993، أنتجت محطة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ذات الدورة المفتوحة في كياهول بوينت، هاواي، ما يقارب 80 كيلوواط من الكهرباء خلال تجربة لإنتاج الطاقة الصافية. [ 51 ] وقد حطم هذا الرقم القياسي البالغ 40 كيلوواط الذي سجله نظام ياباني عام 1982. [ 51 ]
هجين
تجمع الدورة الهجينة بين خصائص أنظمة الدورة المغلقة والمفتوحة. في هذه الدورة، يدخل ماء البحر الدافئ إلى حجرة مفرغة من الهواء، حيث يتبخر تبخرًا سريعًا، على غرار عملية التبخر في الدورة المفتوحة. يُبخر البخار سائل الأمونيا العامل في حلقة الدورة المغلقة الموجودة على الجانب الآخر من مبخر الأمونيا. ثم يُشغل السائل المُتبخر توربينًا لتوليد الكهرباء. يتكثف البخار داخل المبادل الحراري، مُنتجًا مياهًا مُحلاة (انظر أنبوب الحرارة ). [ 52 ]
سوائل التشغيل
يُعدّ الأمونيا خيارًا شائعًا لسائل التشغيل، نظرًا لخصائصه النقلية الممتازة، وتوافره بسهولة، وتكلفته المنخفضة. مع ذلك، يُعتبر الأمونيا مادة سامة وقابلة للاشتعال. أما مركبات الكربون المفلورة، مثل مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) ومركبات الهيدروكلوروفلوروكربون (HCFCs) ، فهي غير سامة وغير قابلة للاشتعال، لكنها تُساهم في استنزاف طبقة الأوزون. تُعتبر الهيدروكربونات أيضًا خيارات جيدة، لكنها شديدة الاشتعال؛ إضافةً إلى ذلك، سيُؤدي ذلك إلى منافسة استخدامها مباشرةً كوقود. يعتمد حجم محطة توليد الطاقة على ضغط بخار سائل التشغيل. مع ازدياد ضغط البخار، يقل حجم التوربين والمبادلات الحرارية، بينما يزداد سُمك جدران الأنابيب والمبادلات الحرارية لتحمّل الضغط العالي، خاصةً في جانب المُبخر.
مواقع أرضية، ومواقع على الجرف القاري، ومواقع عائمة
تتمتع تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) بإمكانية إنتاج جيجاوات من الطاقة الكهربائية، وبالاقتران مع التحليل الكهربائي ، يمكنها إنتاج كمية كافية من الهيدروجين لتغطية كامل الاستهلاك العالمي المتوقع للوقود الأحفوري. مع ذلك، لا يزال خفض التكاليف تحديًا قائمًا. تتطلب محطات OTEC أنبوب سحب طويلًا وكبير القطر، يُغمر على عمق كيلومتر أو أكثر في المحيط، لجلب المياه الباردة إلى السطح.
الأراضي
توفر المنشآت البرية والقريبة من الشاطئ ثلاث مزايا رئيسية مقارنةً بتلك الموجودة في المياه العميقة. فالمحطات المُنشأة على اليابسة أو بالقرب منها لا تتطلب مراسي معقدة، أو كابلات طاقة طويلة، أو الصيانة المكثفة المرتبطة بالبيئات البحرية المفتوحة. ويمكن تركيبها في مناطق محمية، مما يجعلها آمنة نسبيًا من العواصف والأمواج العاتية. كما يمكن نقل الكهرباء والمياه المُحلاة ومياه البحر الباردة الغنية بالمغذيات من المنشآت القريبة من الشاطئ عبر جسور أو ممرات. إضافةً إلى ذلك، تسمح المواقع البرية أو القريبة من الشاطئ للمحطات بالعمل جنبًا إلى جنب مع الصناعات ذات الصلة، مثل الاستزراع المائي أو تلك التي تتطلب المياه المُحلاة.
تشمل المواقع المفضلة تلك التي تتميز برفوف ضيقة (جزر بركانية)، ومنحدرات بحرية شديدة الانحدار (15-20 درجة)، وقيعان بحرية ملساء نسبيًا. تُقلل هذه المواقع من طول أنبوب السحب. يمكن بناء محطة برية في عمق اليابسة بعيدًا عن الشاطئ، مما يوفر حماية أكبر من العواصف، أو على الشاطئ نفسه، حيث تكون الأنابيب أقصر. في كلتا الحالتين، يُسهم سهولة الوصول للبناء والتشغيل في خفض التكاليف.
يمكن للمواقع البرية أو القريبة من الشاطئ أن تدعم الاستزراع المائي أو الزراعة المائية المبردة. وتتيح الخزانات أو البحيرات المبنية على الشاطئ للعاملين مراقبة البيئات البحرية المصغرة والتحكم بها. ويمكن توصيل منتجات الاستزراع المائي إلى السوق عبر وسائل النقل المعتادة.
من عيوب المنشآت البرية تأثير الأمواج العاتية في منطقة الأمواج المتكسرة . لذا، ينبغي وضع أنابيب تصريف محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في خنادق واقية لتجنب تعرضها لإجهاد شديد أثناء العواصف وفترات البحر الهائج لفترات طويلة. كما قد يتطلب تصريف المياه المختلطة الباردة والدافئة نقلها لمئات الأمتار بعيدًا عن الشاطئ للوصول إلى العمق المناسب قبل تصريفها، مما يستلزم تكاليف إضافية في الإنشاء والصيانة.
إحدى الطرق التي يمكن لأنظمة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات من خلالها تجنب بعض مشاكل وتكاليف التشغيل في منطقة الأمواج العاتية هي بناؤها قبالة الشاطئ مباشرةً في مياه يتراوح عمقها بين 10 و30 مترًا (مؤسسة أوشن ثيرمال، 1984). يستخدم هذا النوع من المحطات أنابيب سحب وتصريف أقصر (وبالتالي أقل تكلفة)، مما يجنبها مخاطر الأمواج المتلاطمة. مع ذلك، تتطلب المحطة نفسها حماية من البيئة البحرية، مثل حواجز الأمواج والأساسات المقاومة للتآكل، كما يجب نقل الطاقة الناتجة عن المحطة إلى الشاطئ. [ 53 ]
مثبت على الرف
لتجنب منطقة الأمواج العاتية والاقتراب من مصادر المياه الباردة، يمكن تركيب محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) على الجرف القاري على أعماق تصل إلى 100 متر (330 قدمًا) . ويمكن سحب المحطة المثبتة على الجرف إلى الموقع وتثبيتها في قاع البحر. ويُستخدم هذا النوع من الإنشاءات بالفعل في منصات النفط البحرية. قد تجعل تعقيدات تشغيل محطة OTEC في المياه العميقة منها أكثر تكلفة من الطرق البرية. وتشمل المشاكل ضغوط ظروف المحيط المفتوح وصعوبة توصيل المنتج. كما أن التعامل مع التيارات المحيطية القوية والأمواج العالية يزيد من تكاليف الهندسة والإنشاء. وتتطلب المنصات ركائز واسعة للحفاظ على قاعدة مستقرة. وقد يتطلب توصيل الطاقة كابلات طويلة تحت الماء للوصول إلى اليابسة. لهذه الأسباب، تُعد المحطات المثبتة على الجرف أقل جاذبية. [ 53 ]
عائم
تعمل محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات العائمة في عرض البحر. ورغم أنها قد تكون الخيار الأمثل للأنظمة الكبيرة، إلا أن هذه المحطات العائمة تواجه عدة صعوبات. فصعوبة تثبيت المحطات في المياه العميقة جداً تُعقّد عملية نقل الطاقة. كما أن الكابلات المتصلة بالمنصات العائمة أكثر عرضة للتلف، خاصةً أثناء العواصف. ويصعب صيانة وإصلاح الكابلات الموجودة على أعماق تزيد عن 1000 متر. أما كابلات الرفع، التي تربط قاع البحر بالمحطة، فيجب تصميمها بحيث تقاوم التشابك. [ 53 ]
كما هو الحال مع المحطات المثبتة على الرفوف، تحتاج المحطات العائمة إلى قاعدة ثابتة لضمان استمرارية التشغيل. قد تتسبب العواصف الشديدة والأمواج العاتية في كسر أنبوب الماء البارد المعلق عموديًا، بالإضافة إلى انقطاع تدفق الماء الدافئ. ولمنع هذه المشاكل، يمكن تصنيع الأنابيب من البولي إيثيلين المرن، وتثبيتها في أسفل المنصة، وتزويدها بوصلات أو حلقات دوارة. وقد يلزم فصل الأنابيب عن المحطة لتجنب أضرار العواصف. وكبديل لأنبوب الماء الدافئ، يمكن سحب مياه السطح مباشرة إلى المنصة؛ ومع ذلك، من الضروري حماية تدفق المياه من التلف أو الانقطاع أثناء الحركات العنيفة الناتجة عن الأمواج العاتية. [ 53 ]
يتطلب توصيل محطة عائمة بكابلات نقل الطاقة بقاء المحطة ثابتة نسبيًا. يُعدّ التثبيت طريقة مقبولة، لكن تقنية التثبيت الحالية محدودة بأعماق تصل إلى حوالي 2000 متر (6600 قدم) . حتى في الأعماق الأقل، قد تكون تكلفة التثبيت باهظة. [ 54 ]
القلق السياسي
نظراً لأن منشآت تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات عبارة عن منصات سطحية ثابتة نسبياً، فإن موقعها الدقيق ووضعها القانوني قد يتأثران باتفاقية الأمم المتحدة لقانون البحار . تمنح هذه الاتفاقية الدول الساحلية مناطق بحرية متفاوتة الصلاحيات القانونية، تتراوح بين 12 و200 ميل بحري (22 و370 كيلومتراً) ، مما يخلق نزاعات محتملة وعوائق تنظيمية. وبموجب هذه الاتفاقية، تُعتبر محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات والمنشآت المماثلة جزرًا اصطناعية ، ما لا يمنحها أي وضع قانوني مستقل. وقد يُنظر إلى هذه المحطات إما كتهديد أو كشريك محتمل لمصائد الأسماك أو لعمليات التعدين في قاع البحر التي تسيطر عليها السلطة الدولية لقاع البحار .
التكلفة والاقتصاد
نظراً لعدم انتشار أنظمة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) على نطاق واسع حتى الآن، فإن تقديرات التكلفة غير مؤكدة. وقدّرت دراسة أجرتها جامعة هاواي عام 2010 تكلفة الكهرباء لأنظمة OTEC بنحو 94 سنتاً لكل كيلوواط ساعة لمحطة بقدرة 1.4 ميغاواط، و44 سنتاً لكل كيلوواط ساعة لمحطة بقدرة 10 ميغاواط، و18 سنتاً لكل كيلوواط ساعة لمحطة بقدرة 100 ميغاواط. [ 55 ] وقدّم تقرير صادر عام 2015 عن منظمة أنظمة طاقة المحيطات التابعة لوكالة الطاقة الدولية تقديراً بنحو 20 سنتاً لكل كيلوواط ساعة لمحطات بقدرة 100 ميغاواط. [ 56 ] وقدّرت دراسة أخرى تكاليف توليد الطاقة بنحو 7 سنتات لكل كيلوواط ساعة. [ 57 ] بالمقارنة مع مصادر الطاقة الأخرى، قدرت دراسة أجرتها لازارد عام 2019 تكلفة الكهرباء غير المدعومة بما يتراوح بين 3.2 و4.2 سنت لكل كيلوواط ساعة للطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق، وما يتراوح بين 2.8 و5.4 سنت لكل كيلوواط ساعة لطاقة الرياح . [ 58 ]
أشار تقرير صادر عن الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) عام 2014 إلى إمكانية توسيع نطاق استخدام تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) تجاريًا بطرق متنوعة. ووفقًا لهذا التقرير، "يمكن إنشاء محطات OTEC صغيرة الحجم لتلبية احتياجات إنتاج الكهرباء للمجتمعات الصغيرة (5000-50000 نسمة)، ولكنها تتطلب إنتاج منتجات ثانوية قيّمة، مثل المياه العذبة أو التبريد، لتكون مجدية اقتصاديًا." [ 59 ] : 3-4. أما محطات OTEC الأكبر حجمًا، فستكون تكاليفها التشغيلية وتكاليف تركيبها أعلى بكثير.
تشمل العوامل المفيدة التي ينبغي أخذها في الاعتبار عدم وجود نفايات أو استهلاك للوقود في تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات، والمنطقة التي تتوفر فيها (غالباً ضمن نطاق 20 درجة من خط الاستواء)، [ 60 ] والآثار الجيوسياسية للاعتماد على النفط ، والتوافق مع أشكال بديلة من طاقة المحيطات مثل طاقة الأمواج وطاقة المد والجزر وهيدرات الميثان ، والاستخدامات التكميلية لمياه البحر. [ 61 ]
المشاريع المقترحة
تشمل مشاريع تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات قيد الدراسة محطة صغيرة لقاعدة البحرية الأمريكية في جزيرة دييغو غارسيا، التابعة لبريطانيا في المحيط الهندي . وتعمل شركة طاقة المحيطات الحرارية (المعروفة سابقًا باسم OCEES International, Inc.) مع البحرية الأمريكية على تصميم محطة مقترحة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات بقدرة 13 ميغاواط، لتحل محل مولدات الديزل الحالية. وستوفر المحطة أيضًا 1.25 مليون غالون من المياه الصالحة للشرب يوميًا. وينتظر هذا المشروع حاليًا تغييرات في سياسات العقود العسكرية الأمريكية. وقد اقترحت شركة OTE بناء محطة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات بقدرة 10 ميغاواط في غوام .
جزر البهاما
تعتزم شركة أوشن ثيرمال إنرجي (OTE) حاليًا إنشاء محطتين لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) بقدرة 10 ميغاواط لكل منهما في جزر فيرجن الأمريكية، ومحطة أخرى بقدرة 5-10 ميغاواط في جزر البهاما. كما صممت الشركة أكبر محطة تكييف هواء بمياه البحر (SWAC) في العالم لمنتجع في جزر البهاما، والتي ستستخدم مياه البحر الباردة العميقة كوسيلة للتكييف. [ 62 ] في منتصف عام 2015، تم تعليق المشروع مؤقتًا، والذي كان قد اكتمل بنسبة 95%، ريثما حلّ المنتجع المشكلات المالية والملكية. [ 63 ] في 22 أغسطس/آب 2016، أعلنت حكومة جزر البهاما عن توقيع اتفاقية جديدة لاستكمال منتجع باها مار. [ 28 ] في 27 سبتمبر/أيلول 2016، أعلن رئيس وزراء جزر البهاما، بيري كريستي، استئناف أعمال البناء في باها مار، وأن المنتجع من المقرر افتتاحه في مارس/آذار 2017.
هاواي
تعاون فريق تطوير الطاقة البديلة في شركة لوكهيد مارتن مع شركة ماكاي أوشن إنجينيرينغ [ 65 ] لإتمام المرحلة النهائية من تصميم نظام تجريبي لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) ذي دورة مغلقة بقدرة 10 ميغاواط، والذي كان من المقرر تشغيله في هاواي خلال الفترة 2012-2013. صُمم هذا النظام ليتم توسيعه إلى أنظمة تجارية بقدرة 100 ميغاواط في المستقبل القريب. في نوفمبر 2010، منحت قيادة هندسة المنشآت البحرية الأمريكية (NAVFAC) شركة لوكهيد مارتن تعديلًا على عقد بقيمة 4.4 مليون دولار أمريكي لتطوير مكونات وتصاميم أساسية للنظام، إضافةً إلى عقد عام 2009 بقيمة 8.1 مليون دولار أمريكي ومنحتين من وزارة الطاقة الأمريكية بقيمة إجمالية تزيد عن مليون دولار أمريكي في عامي 2008 ومارس 2010. [ 66 ] تم افتتاح محطة صغيرة ولكنها عاملة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) في هاواي في أغسطس 2015. وشكّل افتتاح منشأة البحث والتطوير بقدرة 100 كيلوواط أول ربط لمحطة OTEC ذات دورة مغلقة بشبكة الكهرباء الأمريكية. [ 67 ]
هاينان
في 13 أبريل 2013، تعاقدت شركة لوكهيد مع مجموعة رينوود لبناء محطة طاقة بقدرة 10 ميغاواط قبالة سواحل جنوب الصين لتوفير الطاقة لمنتجع مُخطط له في جزيرة هاينان . [ 68 ] محطة بهذا الحجم ستُغذي آلاف المنازل. [ 69 ] [ 70 ] استحوذت مجموعة رينوود على شركة أوبوس أوفشور في عام 2011، والتي تُشكل قسم رينوود للهندسة البحرية التابع لها، والذي يُعنى أيضًا بتطوير عمليات الحفر في المياه العميقة . [ 71 ]
اليابان
يوجد حاليًا نظام تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) الوحيد العامل باستمرار في محافظة أوكيناوا، اليابان. وكان للدعم الحكومي ودعم المجتمع المحلي والبحوث المتقدمة التي أجرتها جامعة ساغا دورٌ حاسم في نجاح المقاولين، وهم شركة IHI Plant Construction Co. Ltd، وشركة Yokogawa Electric Corporation، وشركة Xenesys، في هذا المشروع. ويجري العمل حاليًا على إنشاء محطة بقدرة 1 ميغاواط في جزيرة كومي، الأمر الذي يتطلب مدّ خطوط أنابيب جديدة. وفي يوليو/تموز 2014، شكّل أكثر من 50 عضوًا الرابطة العالمية لموارد وطاقة المحيطات [ 72 ]، وهي منظمة دولية أُنشئت لتعزيز تطوير نموذج كوميجيما والعمل على تركيب خطوط أنابيب أكبر للمياه العميقة وإنشاء محطة OTEC بقدرة 1 ميغاواط. [ 73 ] وقد وضعت الشركات المشاركة في مشاريع OTEC الحالية، إلى جانب جهات أخرى مهتمة، خططًا لأنظمة OTEC البحرية أيضًا. [ 74 ]
جزر العذراء الأمريكية
في 5 مارس 2014، وقّعت مؤسسة الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) [ 75 ] والمجلس التشريعي الثلاثون لجزر فيرجن الأمريكية (USVI) مذكرة تفاهم للمضي قدمًا في دراسة لتقييم جدوى وفوائد إنشاء محطات طاقة متجددة تعمل بتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) ومرافق تكييف الهواء بمياه البحر (SWAC) على اليابسة لجزر فيرجن الأمريكية. [ 76 ] تشمل الفوائد التي سيتم تقييمها في دراسة جزر فيرجن الأمريكية كلاً من الطاقة الكهربائية النظيفة الأساسية (24/7) المولدة بواسطة OTEC، بالإضافة إلى مختلف المنتجات المرتبطة بـ OTEC وSWAC، بما في ذلك وفرة مياه الشرب العذبة، وتكييف الهواء الموفر للطاقة، وتربية الأحياء المائية المستدامة، ومشاريع تحسين الزراعة في جزيرتي سانت توماس وسانت كروا. [ 77 ]
في 18 يوليو 2016، وافقت لجنة الخدمات العامة في جزر العذراء على طلب شركة OTE لتكون منشأة مؤهلة. [ 32 ] كما حصلت OTE على إذن لبدء التفاوض على العقود المتعلقة بهذا المشروع. [ 33 ]
كيريباتي
حصل معهد أبحاث السفن والهندسة البحرية في كوريا الجنوبية (KRISO) على موافقة مبدئية من مكتب فيريتاس لتصميم محطة تحويل الطاقة الحرارية البحرية بقدرة 1 ميغاواط. ولم يُحدد جدول زمني للمشروع الذي سيُقام على بُعد 6 كيلومترات قبالة سواحل جمهورية كيريباتي. [ 78 ]
مارتينيك
حصلت شركتا أكو إنرجي ودي سي إن إس على تمويل من برنامج NER300 في 8 يوليو 2014 [ 40 ] لمشروعهما NEMO (الطاقة الجديدة لمارتينيك وما وراء البحار)، والذي من المتوقع أن يكون منشأة بحرية بقدرة صافية تبلغ 10.7 ميغاواط، ومن المقرر اكتمالها في عام 2020. [ 79 ] وبلغت قيمة المنحة المخصصة للمساعدة في التطوير 72 مليون يورو. [ 80 ]
جزر المالديف
في 16 فبراير 2018، أعلنت شركة "جلوبال أوتيك ريسورسز" عن خططها [ 81 ] لبناء محطة طاقة بقدرة 150 كيلوواط في جزر المالديف، مصممة خصيصًا لتلبية احتياجات الفنادق والمنتجعات. [ 82 ] وصرح مدير الشركة، دان جريش، قائلاً: "تستمد جميع هذه المنتجعات طاقتها من مولدات الديزل. علاوة على ذلك، يستهلك بعضها 7000 لتر من الديزل يوميًا لتلبية الطلب، وهو ما يعادل أكثر من 6000 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا ". [ 83 ] وقد منح الاتحاد الأوروبي الشركة منحة، بينما أطلقت "جلوبال أوتيك ريسورسز" حملة تمويل جماعي لتغطية باقي التكاليف. [ 81 ]
الأنشطة ذات الصلة
لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات استخدامات أخرى غير إنتاج الطاقة.
تحلية المياه
يمكن إنتاج المياه المحلاة في محطات ذات دورة مفتوحة أو هجينة باستخدام مكثفات سطحية لتحويل مياه البحر المتبخرة إلى مياه صالحة للشرب. تشير تحليلات النظام إلى أن محطة بقدرة 2 ميغاواط يمكنها إنتاج حوالي 4300 متر مكعب (150000 قدم مكعب ) من المياه المحلاة يوميًا. [ 84 ] وهناك نظام آخر حاصل على براءة اختراع من ريتشارد بيلي، يُنتج مياه التكثيف عن طريق تنظيم تدفق مياه المحيطات العميقة عبر مكثفات سطحية، بما يتناسب مع تقلبات درجة حرارة نقطة الندى. [ 85 ] لا يستهلك نظام التكثيف هذا أي طاقة إضافية، كما أنه لا يحتوي على أجزاء متحركة.
في 22 مارس 2015، افتتحت جامعة ساغا محطة تجريبية لتحلية المياه بتقنية التبخير السريع في جزيرة كوميجيما. [ 86 ] تستخدم هذه المحطة التابعة لمعهد طاقة المحيطات مياه البحر العميقة بعد عملية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) من محطة أوكيناوا التجريبية، بالإضافة إلى مياه البحر السطحية الخام، لإنتاج مياه محلاة. يُستخرج الهواء من النظام المغلق باستخدام مضخة تفريغ. عند ضخ مياه البحر الخام إلى حجرة التبخير السريع، تغلي، مما يسمح بتصاعد بخار نقي وإزالة الملح ومياه البحر المتبقية. يُعاد البخار إلى حالته السائلة في مبادل حراري مع مياه البحر العميقة الباردة بعد عملية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات. [ 87 ] يمكن استخدام المياه المحلاة في إنتاج الهيدروجين أو كمياه شرب (بعد إضافة المعادن).
أنتج مصنع نيلها، الذي تأسس عام ١٩٩٣، ما معدله ٧٠٠٠ جالون من المياه العذبة يوميًا. تأسست شركة كويو الأمريكية عام ٢٠٠٢ للاستفادة من هذه الفرصة الاقتصادية الجديدة. تقوم كويو بتعبئة المياه المنتجة من مصنع نيلها في هاواي. وبفضل قدرتها على إنتاج مليون زجاجة مياه يوميًا، تُعد كويو الآن أكبر مُصدِّر للمياه في هاواي، حيث بلغت مبيعاتها ١٤٠ مليون دولار.[٨١]
تكييف
يُتيح نظام تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) استخدام مياه البحر الباردة بدرجة حرارة 5 درجات مئوية (41 فهرنهايت) لتوفير كميات كبيرة من التبريد للصناعات والمنازل القريبة من المحطة. ويمكن استخدام هذه المياه في ملفات تبريد لتوفير تكييف الهواء للمباني. وتشير التقديرات إلى أن أنبوبًا بقطر 0.30 متر (قدم واحدة ) قادر على ضخ 4700 جالون من الماء في الدقيقة. ويمكن لمياه بدرجة حرارة 6 درجات مئوية (43 فهرنهايت) أن توفر تكييفًا كافيًا لمبنى كبير. وبتشغيل النظام 8000 ساعة سنويًا بدلاً من التكييف الكهربائي الذي يُباع بسعر يتراوح بين 5 و10 سنتات لكل كيلوواط ساعة، فإنه سيوفر ما بين 200,000 و400,000 دولار أمريكي سنويًا من فواتير الطاقة. [ 88 ]
يستخدم منتجع إنتركونتيننتال وسبا ثالاسو في جزيرة بورا بورا نظام تكييف مياه البحر (SWAC) لتبريد مبانيه. [ 89 ] يمرر النظام مياه البحر عبر مبادل حراري حيث يبرد المياه العذبة في نظام مغلق. ثم تُضخ هذه المياه العذبة إلى المباني لتبريد الهواء مباشرةً.
في عام 2010، افتتحت شركة كوبنهاغن للطاقة محطة تبريد مركزية في كوبنهاغن، الدنمارك. تُزوّد المحطة المباني التجارية والصناعية بمياه البحر الباردة، وقد خفّضت استهلاك الكهرباء بنسبة 80%. [ 90 ] وقد صممت شركة أوشن ثيرمال إنرجي (OTE) نظام تبريد مركزي بقدرة 9800 طن لمنتجع سياحي في جزر البهاما.
الزراعة في التربة المبردة
تدعم تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) الزراعة في التربة المبردة. فعندما يتدفق ماء البحر البارد عبر أنابيب تحت الأرض، فإنه يبرد التربة المحيطة. ويسمح فرق درجة الحرارة بين جذور النباتات في التربة الباردة وأوراقها في الهواء الدافئ بزراعة نباتات نشأت في المناخات المعتدلة في المناطق شبه الاستوائية . وقد حصل كل من الدكتور جون ب. كرافن، والدكتور جاك ديفيدسون، وريتشارد بيلي على براءة اختراع لهذه العملية، وقاموا بتجربتها في مركز أبحاث تابع لهيئة مختبر الطاقة الطبيعية في هاواي (NELHA). [ 91 ] وأظهر مركز الأبحاث إمكانية زراعة أكثر من 100 محصول مختلف باستخدام هذا النظام، وهي محاصيل لا تستطيع عادةً البقاء في هاواي أو في منطقة كياهول بوينت.
تُجري اليابان أبحاثًا حول الاستخدامات الزراعية لمياه أعماق البحار منذ عام 2000 في معهد أوكيناوا لأبحاث مياه أعماق البحار بجزيرة كومي. وتستخدم منشآت جزيرة كومي مياهًا عادية مُبرّدة بمياه أعماق البحار في مبادل حراري يمر عبر أنابيب تحت الأرض لتبريد التربة. وقد ساهمت تقنياتهم في تطوير مورد هام لمجتمع الجزيرة، حيث يُنتجون الآن السبانخ، وهو من الخضراوات الشتوية، تجاريًا على مدار العام. وفي عام 2014، أنجزت بلدة كوميجيما توسعة منشأة الزراعة بمياه أعماق البحار بجوار منشأة عرض الطاقة الحرارية للمحيطات. وتُخصص المنشأة الجديدة لدراسة الجدوى الاقتصادية للزراعة في التربة المبردة على نطاق أوسع. [ 92 ]
تربية الأحياء المائية
تُعدّ تربية الأحياء المائية أشهر المنتجات الثانوية، لأنها تُقلّل من التكاليف المالية وتكاليف الطاقة اللازمة لضخ كميات كبيرة من المياه من أعماق المحيط. تحتوي مياه أعماق المحيط على تركيزات عالية من العناصر الغذائية الأساسية التي تُستنزف في المياه السطحية نتيجة الاستهلاك البيولوجي. يُحاكي هذا الصعود الاصطناعي للتيارات الصاعدة الطبيعية المسؤولة عن تخصيب ودعم أكبر النظم البيئية البحرية في العالم، وأعلى كثافة للحياة على كوكب الأرض.
تزدهر حيوانات البحر التي تعيش في المياه الباردة، مثل سمك السلمون وجراد البحر ، في هذه المياه العميقة الغنية بالعناصر الغذائية. كما يمكن زراعة الطحالب الدقيقة مثل سبيرولينا ، وهي مكمل غذائي. ويمكن دمج مياه أعماق المحيط مع المياه السطحية لتوفير مياه بدرجة حرارة مثالية.
يمكن تربية أنواع غير محلية مثل السلمون، وجراد البحر، وأذن البحر ، والسلمون المرقط ، والمحار ، والبلح البحري في أحواض تُغذى بمياه تُضخ بواسطة تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC). وهذا يُوسع نطاق منتجات المأكولات البحرية الطازجة المتاحة للأسواق المجاورة. ويمكن استخدام التبريد منخفض التكلفة هذا للحفاظ على جودة الأسماك المحصودة، والتي تتلف بسرعة في المناطق الاستوائية الدافئة. في كونا، هاواي، تُدرّ شركات الاستزراع المائي العاملة مع NELHA حوالي 40 مليون دولار سنويًا، وهو ما يُمثل جزءًا كبيرًا من الناتج المحلي الإجمالي لهاواي. [ 93 ]
إنتاج الهيدروجين
يمكن إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام الكهرباء المولدة من تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC). ويُعد البخار الناتج، مع إضافة مركبات إلكتروليتية لتحسين الكفاءة، وسطًا نقيًا نسبيًا لإنتاج الهيدروجين. ويمكن توسيع نطاق تقنية OTEC لإنتاج كميات كبيرة من الهيدروجين. ويتمثل التحدي الرئيسي في التكلفة مقارنةً بمصادر الطاقة والوقود الأخرى. [ 94 ]
استخراج المعادن
يحتوي المحيط على 57 عنصرًا نادرًا في صورة أملاح وأشكال أخرى، بالإضافة إلى عناصر ذائبة في المحاليل. في الماضي، خلصت معظم الدراسات الاقتصادية إلى أن استخراج العناصر النادرة من المحيط غير مربح، ويعود ذلك جزئيًا إلى الطاقة اللازمة لضخ المياه. يستهدف التعدين عمومًا المعادن الموجودة بتراكيز عالية، والتي يمكن استخراجها بسهولة، مثل المغنيسيوم . ومع وجود محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) لتوفير المياه، فإن التكلفة الوحيدة هي تكلفة الاستخراج. [ 95 ] درس اليابانيون إمكانية استخراج اليورانيوم، ووجدوا أن التطورات في التقنيات الأخرى (وخاصة علوم المواد) تُحسّن من فرص هذا الاستخراج. [ 96 ]
نظام التحكم في المناخ
يمكن استغلال التدرج الحراري للمحيطات لتعزيز هطول الأمطار وتلطيف درجات الحرارة المرتفعة في المناطق الاستوائية خلال فصل الصيف، مما يعود بفائدة كبيرة على البشرية والنباتات والحيوانات . فعندما تكون درجة حرارة سطح البحر مرتفعة نسبيًا في منطقة ما، تتشكل منطقة ضغط جوي منخفض مقارنةً بالضغط الجوي السائد على اليابسة المجاورة، مما يؤدي إلى هبوب رياح من اليابسة باتجاه المحيط. وتكون هذه الرياح جافة ودافئة، ما يقلل من فرص هطول الأمطار على اليابسة مقارنةً بالرياح الرطبة القادمة من اليابسة. ولضمان هطول أمطار كافية ودرجات حرارة صيفية معتدلة (أقل من 35 درجة مئوية) على اليابسة، يُفضل هبوب رياح رطبة من المحيط باتجاه اليابسة. كما يمكن استخدام إنشاء مناطق ضغط جوي مرتفع عن طريق الصعود الاصطناعي للمياه في مناطق بحرية محددة لتوجيه رياح الموسم العالمية نحو اليابسة. ويساهم الصعود الاصطناعي للمياه الغنية بالمغذيات من أعماق المحيط إلى السطح في تعزيز نمو الثروة السمكية في المناطق ذات المناخ الاستوائي والمعتدل. [ 97 ] سيؤدي ذلك أيضًا إلى تعزيز امتصاص الكربون في المحيطات نتيجةً لنمو الطحالب بشكل أفضل، وزيادة كتلة الأنهار الجليدية بفعل تساقط الثلوج الإضافي، مما يخفف من ارتفاع مستوى سطح البحر أو ظاهرة الاحتباس الحراري . كما أن الأعاصير المدارية لا تمر عبر مناطق الضغط المرتفع، إذ تشتد قوتها باكتسابها الطاقة من المياه السطحية الدافئة للبحر.
تُضخ مياه البحر الباردة العميقة (أقل من 10 درجات مئوية) إلى سطح البحر لخفض درجة حرارته (أكثر من 26 درجة مئوية) باستخدام الكهرباء المولدة من محطات توربينات الرياح العائمة الضخمة في أعماق البحار. يؤدي انخفاض درجة حرارة سطح مياه البحر إلى زيادة الضغط الجوي المحيط، مما يُولد رياحًا جوية باتجاه اليابسة. ولرفع مياه البحر الباردة، تُوضع مروحة ثابتة تعمل بنظام هيدروليكي (قطرها حوالي 50 مترًا) في قاع البحر على عمق يتراوح بين 500 و1000 متر، مع أنبوب سحب مرن يمتد إلى سطح البحر. يُثبت أنبوب السحب في قاع البحر من الأسفل، بينما يُثبت من الأعلى على عوامات عائمة على سطح البحر. لا ينهار أنبوب السحب المرن لأن الضغط الداخلي فيه أعلى من الضغط الخارجي عند ضخ المياه الباردة إلى سطح البحر. يمكن لمنطقة الشرق الأوسط وشمال شرق أفريقيا وشبه القارة الهندية وأستراليا أن تحصل على الراحة من الطقس الحار والجاف في فصل الصيف، والذي يكون عرضة أيضًا لهطول أمطار غير منتظمة، عن طريق ضخ مياه البحر العميقة إلى سطح البحر من الخليج العربي والبحر الأحمر والمحيط الهندي والمحيط الهادئ على التوالي.
الديناميكا الحرارية
يُظهر تحليل دقيق لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) أن فرقًا في درجة الحرارة مقداره 20 درجة مئوية يُنتج طاقة تُعادل ما تُنتجه محطة كهرومائية بارتفاع 34 مترًا لنفس حجم تدفق المياه. ويعني انخفاض فرق درجة الحرارة أن أحجام المياه يجب أن تكون كبيرة جدًا لاستخلاص كميات مُجدية من الحرارة. فعلى سبيل المثال، من المتوقع أن تضخ محطة توليد طاقة بقدرة 100 ميغاواط حوالي 12 مليون غالون (44,400 طن) في الدقيقة. [ 98 ] وللمقارنة، يجب أن تُحرك المضخات كتلة من الماء تفوق وزن البارجة الحربية بسمارك ، التي بلغ وزنها 41,700 طن، كل دقيقة. وهذا يجعل الضخ استنزافًا كبيرًا للطاقة في أنظمة OTEC، حيث يستهلك أحد تصميمات شركة لوكهيد 19.55 ميغاواط في تكاليف الضخ لكل 49.8 ميغاواط من صافي الكهرباء المُولدة. بالنسبة لأنظمة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات التي تستخدم مبادلات حرارية، يتطلب التعامل مع هذا الحجم الهائل من المياه مبادلات ضخمة مقارنةً بتلك المستخدمة في محطات توليد الطاقة الحرارية التقليدية، [ 99 ] مما يجعلها من أهم المكونات نظرًا لتأثيرها على الكفاءة الإجمالية. فعلى سبيل المثال، تتطلب محطة طاقة حرارية للمحيطات بقدرة 100 ميغاواط 200 مبادل حراري، كل منها أكبر من حاوية شحن بطول 20 قدمًا، مما يجعلها المكون الأغلى ثمنًا. [ 100 ]
تغير درجة حرارة المحيط مع العمق

يبلغ إجمالي الإشعاع الشمسي الذي تتلقاه المحيطات (التي تغطي 70% من سطح الأرض، بمؤشر صفاء 0.5 ومتوسط احتفاظ بالطاقة 15%): 5.45 × 10¹⁸ ميجا جول/سنة × 0.7 × 0.5 × 0.15 = 2.87 × 10¹⁷ ميجا جول / سنة
يمكننا استخدام قانون بير-لامبرت-بوغيه لتحديد كمية امتصاص الماء للطاقة الشمسية،
حيث يمثل y عمق الماء، وI شدة الإضاءة، و μ معامل الامتصاص. بحل المعادلة التفاضلية أعلاه ،
قد يتراوح معامل الامتصاص μ من 0.05 م − 1 للمياه العذبة الصافية جداً إلى 0.5 م − 1 للمياه المالحة جداً.
بما أن شدة الإشعاع تتناقص أُسّيًا مع العمق (y) ، فإن امتصاص الحرارة يتركز في الطبقات العليا. عادةً ما تتجاوز درجات حرارة سطح المحيط في المناطق الاستوائية 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت) ، بينما تتراوح درجة الحرارة على عمق كيلومتر واحد (0.62 ميل) بين 5 و10 درجات مئوية (41-50 درجة فهرنهايت) . ونظرًا لارتفاع درجة حرارة المياه السطحية (وبالتالي انخفاض كثافتها)، فإن تيارات الحمل الحراري تكاد تكون معدومة . وبسبب تدرجات الحرارة الضئيلة، يكون انتقال الحرارة بالتوصيل ضعيفًا جدًا بحيث لا يكفي لمعادلة درجات الحرارة. لذا، يُعد المحيط مصدرًا ومستودعًا حراريًا لا نهائيًا عمليًا.
يختلف فرق درجة الحرارة هذا باختلاف خط العرض والفصل، حيث يبلغ ذروته في المياه الاستوائية وشبه الاستوائية والاستوائية . ولذلك، تُعد المناطق الاستوائية عموماً أفضل مواقع تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات .
دورة مفتوحة/كلود
في هذا المخطط، تدخل المياه السطحية الدافئة عند حوالي 27 درجة مئوية (81 درجة فهرنهايت) إلى المبخر عند ضغط أقل بقليل من ضغوط التشبع مما يؤدي إلى تبخرها.
حيث H f هي إنثالبي الماء السائل عند درجة حرارة المدخل، T 1 .
![]()
يخضع هذا الماء المسخن مؤقتًا للغليان الحجمي، على عكس الغليان السطحي في الغلايات التقليدية حيث يكون سطح التسخين متصلًا. وبالتالي، يتحول الماء جزئيًا إلى بخار مع غلبة حالة التوازن ثنائي الطور. لنفترض أن الضغط داخل المبخر يُحافظ عليه عند ضغط التشبع ، T2 .
هنا، يمثل x² نسبة الماء المتبخر من حيث الكتلة. معدل تدفق كتلة الماء الدافئ لكل وحدة من معدل تدفق كتلة التوربين هو 1/ x² .
يُحافظ على الضغط المنخفض في المبخر بواسطة مضخة تفريغ تعمل أيضًا على إزالة الغازات غير القابلة للتكثيف المذابة. يحتوي المبخر الآن على خليط من الماء والبخار ذي جودة بخار منخفضة جدًا (محتوى بخار منخفض). يُفصل البخار عن الماء كبخار مشبع. أما الماء المتبقي فهو مشبع ويُصرف إلى المحيط في دورة مفتوحة. يُعد البخار سائلًا عاملًا ذو ضغط منخفض وحجم نوعي عالٍ، ويتمدد في توربين خاص منخفض الضغط.
هنا، H g يتوافق مع T 2. بالنسبة لتوربين مثالي متساوي الإنتروبيا ( عازل حراريًا قابل للانعكاس )،
المعادلة أعلاه تتوافق مع درجة الحرارة عند مخرج التوربين، T 5 . x 5، s هي الكسر الكتلي للبخار في الحالة 5.
المحتوى الحراري عند درجة الحرارة T 5 هو،
هذه الإنثالبي أقل. شغل التوربين العكوس الأديباتي = H 3 - H 5، ثانية .
الشغل الفعلي للتوربين W T = ( H 3 - H 5, s ) × الكفاءة متعددة المراحل
تكون درجة حرارة وضغط المكثف أقل. ولأن عادم التوربين سيُعاد إلى المحيط، يُستخدم مكثف ذو اتصال مباشر لخلط العادم بالماء البارد، مما ينتج عنه ماء شبه مشبع. ثم يُعاد هذا الماء إلى المحيط.
H 6 = H f ، عند T 5. T 7 هي درجة حرارة العادم المختلط بمياه البحر الباردة، حيث أن محتوى البخار الآن ضئيل .
تشمل فروق درجات الحرارة بين المراحل الفرق بين الماء السطحي الدافئ وبخار التشغيل، والفرق بين بخار العادم وماء التبريد، والفرق بين ماء التبريد الواصل إلى المكثف والماء العميق. وتمثل هذه الفروق عوامل خارجية غير قابلة للانعكاس تقلل من فرق درجة الحرارة الكلي.
معدل تدفق الماء البارد لكل وحدة من معدل تدفق كتلة التوربين،
معدل تدفق الكتلة في التوربين،
معدل تدفق كتلة الماء الدافئ،
معدل تدفق كتلة الماء البارد
دورة أندرسون المغلقة
كما طُوِّرَت هذه الدورة بدءًا من ستينيات القرن الماضي على يد ج. هيلبرت أندرسون من شركة سي سولار باور، فإنّ Q<sub> H</sub> هي كمية الحرارة المنتقلة في المبخر من مياه البحر الدافئة إلى سائل التشغيل. ويخرج سائل التشغيل من المبخر على شكل غاز قريب من نقطة تكثفه .
ثم يتم تمديد الغاز عالي الضغط وعالي الحرارة في التوربين لإنتاج شغل التوربين، W T. يتم تسخين سائل التشغيل قليلاً عند مخرج التوربين، وعادة ما تكون كفاءة التوربين 90٪ بناءً على التمدد العكسي الأديباتي.
يدخل سائل التشغيل من مخرج التوربين إلى المكثف حيث يفقد الحرارة، -Q<sub> C</sub> ، إلى مياه البحر الباردة. ثم يُضغط المكثف إلى أعلى ضغط في الدورة، مما يتطلب شغل مضخة المكثف، W<sub> C</sub> . بالتالي، تُعد دورة أندرسون المغلقة دورة من نوع رانكين، مشابهة لدورة البخار في محطات الطاقة التقليدية، باستثناء أن سائل التشغيل في دورة أندرسون لا يُسخن أكثر من بضع درجات فهرنهايت . وبسبب تأثيرات اللزوجة، ينخفض ضغط سائل التشغيل في كل من المبخر والمكثف. يجب مراعاة هذا الانخفاض في الضغط، الذي يعتمد على أنواع المبادلات الحرارية المستخدمة، في حسابات التصميم النهائية، ولكنه يُتجاهل هنا لتبسيط التحليل. لذا، سيكون شغل مضخة المكثف الطفيلي، W<sub> C </sub>، المحسوب هنا أقل مما لو تم تضمين انخفاض ضغط المبادل الحراري. تتمثل متطلبات الطاقة الطفيلية الإضافية الرئيسية في محطة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) في شغل مضخة الماء البارد، W<sub> CT</sub> ، وشغل مضخة الماء الدافئ، W<sub> HT </sub> . وبرمز W <sub> A </sub> لجميع متطلبات الطاقة الطفيلية الأخرى ، فإن صافي الشغل الناتج من محطة OTEC، W<sub> NP </sub>، هو
يمكن تحليل الدورة الديناميكية الحرارية التي يخضع لها المائع العامل دون الحاجة إلى دراسة تفصيلية لمتطلبات الطاقة الطفيلية. وبحسب القانون الأول للديناميكا الحرارية، فإن توازن الطاقة للمائع العامل كنظام هو
حيث W <sub>N</sub> = W<sub> T</sub> + W<sub> C</sub> هو صافي الشغل للدورة الديناميكية الحرارية. في الحالة المثالية التي لا يوجد فيها انخفاض في ضغط سائل التشغيل في المبادلات الحرارية،
و
بحيث يصبح صافي شغل الدورة الديناميكية الحرارية
يدخل السائل المبرد إلى المبخر. وبسبب التبادل الحراري مع مياه البحر الدافئة، يحدث التبخر، وعادةً ما يخرج بخار محمص من المبخر. يدفع هذا البخار التوربين، ويدخل المزيج ثنائي الطور إلى المكثف. عادةً ما يخرج السائل المبرد من المكثف، وفي النهاية، يُضخ هذا السائل إلى المبخر، مُكملاً بذلك دورة كاملة.
الأثر البيئي
يتم نقل ثاني أكسيد الكربون المذاب في الطبقات الباردة العميقة ذات الضغط العالي إلى السطح ويتم إطلاقه مع ارتفاع درجة حرارة الماء.
يؤدي اختلاط مياه المحيطات العميقة بالمياه الضحلة إلى رفع العناصر الغذائية وجعلها متاحة للكائنات الحية في المياه الضحلة. قد يكون هذا مفيدًا لتربية الأحياء المائية ذات الأهمية التجارية، ولكنه قد يُخلّ أيضًا بالتوازن البيئي المحيط بمحطة توليد الطاقة.
تستخدم محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) تدفقات كبيرة جدًا من مياه البحر السطحية الدافئة ومياه البحر العميقة الباردة لتوليد طاقة متجددة باستمرار. وتفتقر مياه البحر العميقة إلى الأكسجين، وهي عمومًا أغنى بالعناصر الغذائية (النترات والنتريت) من مياه البحر الضحلة بما يتراوح بين 20 و40 ضعفًا. وعندما تختلط هذه التدفقات، تصبح أكثر كثافة بقليل من مياه البحر المحيطة. [ 102 ] وعلى الرغم من عدم إجراء اختبارات بيئية فيزيائية واسعة النطاق لمحطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات، فقد طُوّرت نماذج حاسوبية لمحاكاة تأثير هذه المحطات.
النمذجة الهيدروديناميكية
في عام 2010، طُوِّر نموذج حاسوبي لمحاكاة التأثيرات الفيزيائية للمحيطات لمحطة أو أكثر من محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات بقدرة 100 ميغاواط. ويشير النموذج إلى إمكانية تهيئة محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات بحيث تعمل بشكل متواصل، مع بقاء التغيرات الناتجة في درجة الحرارة والمغذيات ضمن المستويات الطبيعية. وتشير الدراسات الحالية إلى أنه بتصريف تدفقات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات إلى أسفل على عمق أقل من 70 مترًا، يكون التخفيف كافيًا ويكون إثراء المغذيات ضئيلًا بما يكفي لتشغيل محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات بقدرة 100 ميغاواط بشكل مستدام ومستمر. [ 103 ]
النمذجة البيولوجية
قد تؤدي المغذيات الناتجة عن تصريف محطة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) إلى زيادة النشاط البيولوجي إذا تراكمت بكميات كبيرة في المنطقة الضوئية . [ 103 ] في عام 2011، أُضيف مُكوّن بيولوجي إلى النموذج الحاسوبي الهيدروديناميكي لمحاكاة الاستجابة البيولوجية لأعمدة الانبعاثات من محطات OTEC بقدرة 100 ميغاواط. في جميع الحالات التي تمت محاكاتها (التصريف على عمق 70 مترًا أو أكثر)، لم تُلاحظ أي تغيرات غير طبيعية في الطبقة العليا من سطح المحيط حتى عمق 40 مترًا. [ 102 ] بلغت استجابة العوالق النانوية في طبقة العمق من 110 إلى 70 مترًا زيادةً تتراوح بين 10 و25% تقريبًا، وهي ضمن نطاق التباين الطبيعي. أما استجابة العوالق النانوية فهي ضئيلة. كما أن الزيادة في إنتاجية الدياتومات (العوالق الميكروية) طفيفة. وتشير الزيادة الطفيفة في العوالق النباتية لمحطة OTEC الأساسية إلى أن التأثيرات البيوكيميائية ذات الرتبة الأعلى ستكون ضئيلة للغاية. [ 102 ]
دراسات
تتوفر دراسة سابقة للأثر البيئي النهائي (EIS) صادرة عن الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في الولايات المتحدة عام 1981، [ 104 ] ولكنها تحتاج إلى تحديث لتتوافق مع المعايير الحالية في علم المحيطات والهندسة. وقد أُجريت دراسات لاقتراح أفضل ممارسات الرصد البيئي الأساسية، مع التركيز على مجموعة من عشرة معايير كيميائية في علم المحيطات ذات صلة بتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC). [ 105 ] وفي الآونة الأخيرة، عقدت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي ورشة عمل حول تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في عامي 2010 و2012 بهدف تقييم الآثار والمخاطر الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية، وتحديد الثغرات أو الاحتياجات المعلوماتية. [ 106 ] [ 107 ]
توفر قاعدة بيانات Tethys إمكانية الوصول إلى الأدبيات العلمية والمعلومات العامة حول الآثار البيئية المحتملة لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC). [ 108 ]
صعوبات فنية
الغازات المذابة
يُعدّ أداء المبادلات الحرارية ذات التلامس المباشر، العاملة في ظروف التشغيل النموذجية لمحطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC)، ذا أهمية بالغة لدورة كلود. وقد استخدمت العديد من التصاميم المبكرة لدورة كلود مكثفًا سطحيًا نظرًا لفهم أدائه جيدًا. مع ذلك، تُعاني المكثفات ذات التلامس المباشر من عيوب كبيرة. فمع ارتفاع الماء البارد في أنبوب السحب، ينخفض الضغط إلى الحد الذي يبدأ عنده الغاز بالتصاعد. وفي حال تصاعد كمية كبيرة من الغاز، قد يكون من المُبرر وضع مصيدة غاز قبل المبادلات الحرارية ذات التلامس المباشر. وقد أشارت التجارب التي تحاكي الظروف في أنبوب سحب الماء الدافئ إلى أن حوالي 30% من الغاز المذاب يتصاعد في الجزء العلوي من الأنبوب، بعمق 8.5 متر (28 قدمًا) . وتعتمد المفاضلة بين إزالة الهواء المسبقة [ 109 ] من مياه البحر وطرد الغازات غير القابلة للتكثيف من المكثف على ديناميكيات تصاعد الغاز، وكفاءة مزيل الهواء، وفقدان الضغط، وكفاءة ضاغط التهوية، والطاقة الطفيلية. وتشير النتائج التجريبية إلى أن أداء المكثفات ذات الفوهة الرأسية أفضل بنحو 30% من المكثفات ذات النفاثات الساقطة.
التلوث الميكروبي
نظرًا لأن مياه البحر الخام تمر عبر المبادل الحراري، يجب الحرص على الحفاظ على موصلية حرارية جيدة . إذ يمكن لطبقات التلوث البيولوجي، التي لا يتجاوز سمكها 25 إلى 50 ميكرومترًا (0.00098 إلى 0.00197 بوصة) ، أن تُقلل من أداء المبادل الحراري بنسبة تصل إلى 50%. [ 45 ] وخلصت دراسة أُجريت عام 1977، حيث عُرِّضت مبادلات حرارية مُحاكاة لمياه البحر لمدة عشرة أسابيع، إلى أنه على الرغم من انخفاض مستوى التلوث الميكروبي، إلا أن الموصلية الحرارية للنظام تأثرت بشكل كبير. [ 110 ] ويعود التناقض الظاهر بين مستوى التلوث وتدهور انتقال الحرارة إلى طبقة رقيقة من الماء محصورة بفعل النمو الميكروبي على سطح المبادل الحراري. [ 110 ]
خلصت دراسة أخرى إلى أن التلوث يُضعف الأداء بمرور الوقت، وحددت أنه على الرغم من قدرة التنظيف المنتظم بالفرشاة على إزالة معظم الطبقة الميكروبية، إلا أنه مع مرور الوقت تتشكل طبقة أكثر صلابة لا يمكن إزالتها بالتنظيف البسيط. [ 45 ] استخدمت الدراسة كرات مطاطية إسفنجية في النظام. وخلصت إلى أنه على الرغم من أن معالجة الكرات قللت من معدل التلوث، إلا أنها لم تكن كافية لوقف النمو تمامًا، وكان التنظيف بالفرشاة ضروريًا في بعض الأحيان لاستعادة الكفاءة. وقد نمت الميكروبات بسرعة أكبر لاحقًا في التجربة (أي أصبح التنظيف بالفرشاة ضروريًا بشكل متكرر)، مما يُكرر نتائج دراسة سابقة. [ 111 ] ويبدو أن زيادة معدل النمو بعد عمليات التنظيف اللاحقة ناتجة عن ضغط انتقائي على المستعمرة الميكروبية. [ 111 ]
تمت دراسة الاستخدام المستمر لمدة ساعة واحدة يوميًا، وفترات متقطعة من التلوث الحر، ثم فترات الكلورة (أيضًا لمدة ساعة واحدة يوميًا). أدى الكلورة إلى إبطاء نمو الميكروبات، لكنه لم يوقفه تمامًا؛ ومع ذلك، قد تكون مستويات الكلورة البالغة 0.1 ملغم/لتر لمدة ساعة واحدة يوميًا فعالة للتشغيل طويل الأمد للمحطة. [ 45 ] وخلصت الدراسة إلى أنه على الرغم من أن التلوث الميكروبي كان يمثل مشكلة بالنسبة للمبادل الحراري ذي المياه السطحية الدافئة، إلا أن المبادل الحراري ذي المياه الباردة عانى من تلوث حيوي ضئيل أو معدوم، وتلوث غير عضوي طفيف فقط. [ 45 ]
إلى جانب درجة حرارة الماء، يعتمد التلوث الميكروبي أيضًا على مستويات المغذيات، حيث ينمو بشكل أسرع في المياه الغنية بالمغذيات. [ 112 ] كما يعتمد معدل التلوث على المادة المستخدمة في تصنيع المبادل الحراري. تُبطئ أنابيب الألومنيوم نمو الكائنات الحية الدقيقة، على الرغم من أن طبقة الأكسيد التي تتشكل على السطح الداخلي للأنابيب تُعقّد عملية التنظيف وتؤدي إلى خسائر أكبر في الكفاءة. [ 111 ] في المقابل، تسمح أنابيب التيتانيوم بحدوث التلوث الحيوي بشكل أسرع، لكن تنظيفها يكون أكثر فعالية من تنظيف أنابيب الألومنيوم. [ 111 ]
ختم
يعمل المبخر والتوربين والمكثف في فراغ جزئي يتراوح بين 3% و1% من الضغط الجوي. يجب إحكام إغلاق النظام جيدًا لمنع تسرب الهواء الجوي الذي قد يُؤدي إلى تدهور الأداء أو توقفه. في نظام تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ذي الدورة المغلقة، يكون الحجم النوعي للبخار منخفض الضغط كبيرًا جدًا مقارنةً بحجم سائل التشغيل المضغوط. لذا، يجب أن تتمتع المكونات بمساحات تدفق كبيرة لضمان عدم وصول سرعات البخار إلى قيم عالية جدًا.
استهلاك الطاقة الطفيلية بواسطة ضاغط العادم
تتمثل إحدى طرق تقليل فقد الطاقة الطفيلية في ضاغط العادم فيما يلي: بعد تكثيف معظم البخار بواسطة مكثفات النفث، يُمرر خليط الغاز والبخار غير القابل للتكثيف عبر منطقة تيار معاكس، مما يزيد من تفاعل الغاز والبخار بمقدار خمسة أضعاف. والنتيجة هي انخفاض بنسبة 80% في متطلبات طاقة ضخ العادم.
تحويل الهواء البارد/الماء الدافئ
في فصل الشتاء، قد يصل فرق درجة الحرارة بين مياه البحر والهواء المحيط في المناطق الساحلية القطبية إلى 40 درجة مئوية (72 درجة فهرنهايت). ويمكن لأنظمة الدورة المغلقة استغلال هذا الفرق في درجة الحرارة. وقد يؤدي الاستغناء عن أنابيب استخراج مياه البحر إلى جعل النظام القائم على هذا المفهوم أقل تكلفة من نظام تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC). تعود هذه التقنية إلى هـ. بارجوت، الذي اقترح استخدام البيوتان كمادة مبردة، نظرًا لانخفاض درجة غليانه إلى -0.5 درجة مئوية (31.1 درجة فهرنهايت) وعدم ذوبانه في الماء. [ 113 ] وبافتراض مستوى كفاءة واقعي يبلغ 4%، تُظهر الحسابات أن كمية الطاقة المتولدة من متر مكعب واحد من الماء عند درجة حرارة 2 درجة مئوية (36 درجة فهرنهايت) في مكان تبلغ درجة حرارة الهواء فيه -22 درجة مئوية (-8 درجة فهرنهايت) تساوي كمية الطاقة المتولدة من تمرير هذا المتر المكعب من الماء عبر محطة كهرومائية بارتفاع 1200 متر (4000 قدم). [ 114 ]
يمكن إنشاء محطات بارجوت للطاقة القطبية على جزر في المنطقة القطبية، أو تصميمها على شكل منصات عائمة أو منصات متصلة بالغطاء الجليدي . فعلى سبيل المثال، ترصد محطة الأرصاد الجوية ميغبوكا على الساحل الشرقي لغرينلاند، والتي تبعد 2100 كيلومتر فقط عن غلاسكو، متوسط درجات حرارة شهرية أقل من -15 درجة مئوية (5 درجات فهرنهايت) خلال ستة أشهر شتوية من السنة. [ 115 ]
تطبيق التأثير الكهروحراري
في عام 1979 اقترح معهد أبحاث الطاقة الشمسية (SERI) استخدام تأثير سيبك لإنتاج الطاقة بكفاءة تحويل إجمالية تبلغ 2٪. [ 116 ]
في عام 2014، تصورت ليبينغ ليو، الأستاذة المشاركة في جامعة روتجرز، نظامًا لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) يستخدم التأثير الكهروحراري للحالة الصلبة بدلاً من دورات السوائل المستخدمة تقليديًا. [ 117 ] [ 118 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ لويس، أنتوني، وآخرون. الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ: تقرير خاص عن مصادر الطاقة المتجددة والتخفيف من آثار تغير المناخ، 2011
- ↑ مجلس الطاقة العالمي، 2000
- ↑ بيلك وفوجيتا، 2002
- 1 2 3 دي كريستينا، مارييت (مايو 1995). "قوة البحر" . العلوم الشعبية : 70-73 . تم الاسترجاع في 9 أكتوبر 2016 .
- ↑ "تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC)" . ماكاي لهندسة المحيطات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أكتوبر 2025 .
- ↑ تشايلز، جيمسين (شتاء 2009). "الطاقة المتجددة الأخرى". الاختراع والتكنولوجيا . 23 (4): 24-35 .
- ↑ "القوة من البحر" . مجلة الميكانيكا الشعبية . ديسمبر 1930. الصفحات 881-882 . مقال مفصل وصور لمحطة توليد الطاقة الكوبية.
- 1 2 3 4 تاكاهاشي، ماسايوكي ماك (2000) [1991]. مياه المحيطات العميقة كموردنا الطبيعي القادم . ترجمة: كيتازاوا، كازوهيرو؛ سنودن، بول. طوكيو، اليابان: شركة تيرا ساينتيفيك للنشر. ISBN 978-4-88704-125-7.
- 1 2 3 أفيري، ويليام هـ.؛ وو، تشيه (1994). الطاقة المتجددة من المحيط: دليل إلى تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات . نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد.
- ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 3312054 ، جيه إتش أندرسون، "محطة توليد الطاقة من مياه البحر"، صدرت في 4 أبريل 1967
- 1 2 بروش، فيكي ل. (أبريل 1994). تقييم ريادة البحث والتطوير في تقنيات طاقة المحيطات (تقرير). ألبوكيرك، نيو مكسيكو: مختبرات سانديا الوطنية: قسم سياسات وتخطيط الطاقة. doi : 10.2172/10154003 . SAND93-3946.
- ↑ ميتسوي تي، إيتو إف، سيا واي، ناكاموتو واي (سبتمبر 1983). "مخطط محطة تجريبية لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات بقدرة 100 كيلوواط في جمهورية ناورو" . معاملات IEEE لأجهزة وأنظمة الطاقة . PAS-102 (9): 3167-3171 . Bibcode : 1983ITPAS.102.3167M . doi : 10.1109/TPAS.1983.318124 . S2CID 8924555. مؤرشف من الأصل في 2 مايو 2008.
- ↑ فيني، كارين آن (2008). "تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات". مجلة غويلف الهندسية (1): 17-23 . ISSN 1916-1107 .
- ↑ دالي، جون (5 ديسمبر 2011). "هل هاواي على وشك تجاوز عقبات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات؟" . OilPrice.com . تاريخ الاسترجاع: 28 مارس 2013 .
- ↑ "متوسط سعر التجزئة للكهرباء للمستهلكين النهائيين حسب قطاع الاستخدام النهائي، حسب الولاية" . إدارة معلومات الطاقة . سبتمبر 2007.
- 1 2 ماير، ل.؛ كوبر، د.؛ فارلي، ر. "هل وصلنا بعد؟ خارطة طريق للمطورين نحو تسويق تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" (ملف PDF) . المركز الوطني للطاقة المتجددة البحرية في هاواي . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 24 أكتوبر 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 مارس 2013 .
- 1 2 "شرح الطاقة الكهرومائية: تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" . إدارة معلومات الطاقة . 18 سبتمبر 2023.
- ↑ لاخمان، BAPL (19-22 يونيو 1979). "مشروع يوروسيان لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" . كُتب في واشنطن العاصمة. الطاقة الحرارية للمحيطات في الثمانينيات . المؤتمر السادس لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات. المجلد 1. لوريل، ماريلاند: جامعة جونز هوبكنز. الصفحات 2A-1/1. رمز Bibcode : 1979oteo....1....2L .
- ↑ بهاراتان، د.؛ بيني، ت. (1 مايو 1984). "التبخر السريع من نفاثات الماء المضطربة". مجلة انتقال الحرارة . 106 (2): 407-416 . doi : 10.1115/1.3246687 .
- ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 4,474,142 ، بهاراتان، د.، "طريقة وجهاز للتبخير السريع للسوائل"، الصادرة في 2 أكتوبر 1984
- ↑ بهاراتان، د.؛ بارسونز، ب.ك.؛ ألتوف، ج.أ. (1988). مكثفات التلامس المباشر لتطبيقات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ذات الدورة المفتوحة: التحقق من صحة النموذج باستخدام تجارب المياه العذبة للحشوات المنظمة (تقرير). تقرير المختبر الوطني للطاقة المتجددة رقم TR-253-3108.
- ↑ بهاراتان، د.؛ كريث، ف.؛ شليب، د.؛ أوينز، و. ل. (يناير 1984). "انتقال الحرارة والكتلة في أنظمة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ذات الدورة المفتوحة". هندسة انتقال الحرارة . 5 ( 1-2 ): 17-30 . Bibcode : 1984HTrEn...5...17B . doi : 10.1080/01457638408962766 .
- ↑ كريث، ف.؛ بهاراتان، د. (1 فبراير 1988). "محاضرة جائزة ماكس جاكوب التذكارية لعام 1986: بحث في انتقال الحرارة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات". مجلة انتقال الحرارة . 110 (1): 5-22 . doi : 10.1115/1.3250473 .
- ↑ بهاراتان، د.؛ غرين، هـ. ج.؛ لينك، هـ. ف.؛ بارسونز، ب. ك.؛ بارسونز، ج. م.؛ زانغراندو، ف. (1990). التصميم المفاهيمي لتجربة إنتاج الطاقة الصافية لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ذات الدورة المفتوحة (OC-OTEC NPPE) (تقرير). تقرير NREL رقم TR-253-3616.
- ↑ "خطوط أنابيب عميقة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" . مؤرشف من الأصل في 17 فبراير 2022. تم الاطلاع عليه في 8 يناير 2020 .
- ↑ إسبانيا (19 ديسمبر 2011). "منتجع باها مار يوقع اتفاقية خدمات الطاقة مع شركة OTE" . مؤرشف من الأصل في 12 فبراير 2019. تم الاطلاع عليه في 26 فبراير 2017 .
- ↑ كارلايل، إيرين (29 يونيو 2015). "منتجع باها مار يلجأ إلى الفصل 11 من قانون الإفلاس، ويلقي باللوم على شركة البناء الصينية في التأخيرات" . فوربس .
- ١ ٢ "شركة الطاقة الحرارية للمحيطات تُعلن عن إعلان حكومة جزر البهاما عن إعادة تشغيل منتجع باها مار الشاطئي واستكماله وافتتاحه" . شركة الطاقة الحرارية للمحيطات. ٣٠ أغسطس ٢٠١٦. مؤرشف من الأصل في ١٤ أكتوبر ٢٠١٦. تم الاطلاع عليه في ١٣ أكتوبر ٢٠١٦ .
- ↑ «افتتاح منشأة اختبار المبادلات الحرارية التابعة لشركة ماكاي أوشن إنجينيرينغ» . أخبار OTEC . 22 نوفمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 مارس 2013 .
- ↑ "شركة ماكاي أوشن إنجينيرينغ تعمل مع البحرية في مشروع تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في جزيرة بيغ آيلاند" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 مارس 2013 .
- ↑ «شركة ماكاي أوشن إنجينيرينغ ستضيف مولد توربيني بقدرة 100 كيلوواط إلى منشأة اختبار تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في كونا، هاواي» . الرابطة الدولية لطاقة المناطق . مؤرشف من الأصل في 10 نوفمبر 2014. تم الاطلاع عليه في 28 مارس 2013 .
- ١ ٢ "شركة OTE تحصل على الموافقة لنظام OTEC في جزر العذراء الأمريكية" . ١٨ يوليو ٢٠١٦. مؤرشف من الأصل في ١٢ فبراير ٢٠١٩. تم الاطلاع عليه في ٢٦ فبراير ٢٠١٧ .
- 1 2 ميكيل، تيم (19 يوليو 2016). "شركة أوشن ثيرمال تبدأ محادثات بشأن محطات الطاقة المتجددة في سانت كروا وسانت توماس" . لانكستر أونلاين .
- ↑ "يمكن لحرارة المحيط أن توفر طاقة نظيفة لا تنضب للجزر" . مجلة نيو ساينتست .
- ↑ «من المقرر إنشاء أول مولد طاقة حرارية بحرية على نطاق تجاري في عام 2025» . نيو أطلس . 14 نوفمبر 2023.
- ↑ «وقّعت ساو تومي وبرينسيبي اتفاقية لتطوير أول مشروع للطاقة البحرية في الدول الجزرية الصغيرة النامية» . جمعية الطاقة المتجددة الناطقة بالبرتغالية (Aler). 14 يوليو/تموز 2022. تاريخ الاطلاع: 2 يونيو/حزيران 2016 .
- ^ “مشروع OTEC أوكيناوا” . otecokinawa.com .
- ↑ "اتصل بنا" . otecokinawa.com .
- ↑ "تُدار من قِبل هيئة مختبر الطاقة الطبيعية في هاواي - محفظة الطاقة" . nelha.hawaii.gov .
- ١ ٢ "حصول شركتي أكو إنرجي ودي سي إن إس على تمويل من برنامج NER 300 الأوروبي*: خطوة حاسمة لقطاع الطاقة المتجددة البحرية" . مجموعة نافال . مؤرشف من الأصل في ١٠ أغسطس ٢٠٢٠. تم الاطلاع عليه في ١٠ فبراير ٢٠١٩ .
- ↑ "العثور على نيمو يمثل تحديًا للفرنسيين" . الطاقة البحرية . 19 يونيو 2018.
- ↑ أوانو، نانسي. "الاحتفال بمحطة توليد الطاقة الحرارية من المحيط في هاواي" . تيك إكسبلور .
- ↑ كيمبينر، رود (يونيو 2014). موجز تكنولوجي عن طاقة الأمواج (ملف PDF) (تقرير). ص 3. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 16 يونيو 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أبريل 2020 .
- ↑ "ما هي تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات؟" . 2016. مؤرشف من الأصل في 23 فبراير 2020. تم الاطلاع عليه في 28 أبريل 2020 .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - 1 2 3 4 5 بيرغر إل آر، بيرغر جيه إيه (يونيو 1986). "تدابير مكافحة التلوث الميكروبي في مبادلات حرارية لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات المحاكاة مع مياه المحيط السطحية والعميقة في هاواي" . مجلة علم الأحياء الدقيقة التطبيقية والبيئية . 51 (6): 1186-1198 . Bibcode : 1986ApEnM..51.1186B . doi : 10.1128/AEM.51.6.1186-1198.1986 . PMC 239043. PMID 16347076 .
- ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 4311012 ، وارن تي. فينلي، "طريقة وجهاز لنقل مياه البحر الباردة إلى أعلى من الأعماق السفلية للمحيط لتحسين كفاءة أنظمة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات"، الصادرة في 19 يناير 1982
- ↑ شاه، ياتيش ت. (12 يناير 2018). الطاقة الحرارية: مصادرها، واستعادتها، وتطبيقاتها . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-315-30593-6.
- ↑ تريمبل إل سي، أوينز دبليو إل (1980). "مراجعة أداء وحدات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات المصغرة". الطاقة حتى القرن الحادي والعشرين؛ وقائع المؤتمر الخامس عشر المشترك بين الجمعيات لهندسة تحويل الطاقة . 2 : 1331-1338 . Bibcode : 1980iece.conf.1331T .
- ↑ فيغا، ل. أ. (1999). "دورة مفتوحة لتقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" . أخبار تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات . مشروع المحيط الأخضر. مؤرشف من الأصل في 7 ديسمبر 2008. تم الاطلاع عليه في 4 فبراير 2011 .
- ↑ لي، سي كي بي؛ ريدجواي، ستيوارت (مايو 1983). "اقتران البخار/القطرات ودورة تدفق الرذاذ (OTEC)" (ملف PDF) . مجلة هندسة الطاقة الشمسية . 105 (2): 181. رمز Bibcode : 1983ATJSE.105..181L . doi : 10.1115/1.3266363 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 22 نوفمبر 2008. تم الاطلاع عليه في 2 يونيو 2012 .
- 1 2 "الإنجازات في تكنولوجيا تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" . المختبر الوطني للطاقة المتجددة .
- ↑ فيغا، ل. أ. (1 ديسمبر 2002). "مقدمة في تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" . مجلة جمعية التكنولوجيا البحرية . 36 (4): 25-35 . رمز Bibcode : 2002MTSJ...36d..25V . doi : 10.4031/002533202787908626 .
- 1 2 3 4 "التصميم والموقع" . ما هو تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات؟ المختبر الوطني للطاقة المتجددة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2012 .
- ↑ شاه، ياتيش (31 يناير 2018). الطاقة الحرارية: مصادرها، واستعادتها، وتطبيقاتها . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-138-03353-5.
- ↑ فيغا، لويس أ. (مايو 2010). "اقتصاديات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" (ملف PDF) . المركز الوطني للطاقة المتجددة البحرية بجامعة هاواي. ص 11. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 23 أكتوبر 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 ديسمبر 2019 .
- ↑ "التكلفة المُعدّلة للطاقة لتقنيات طاقة المحيطات" . أنظمة طاقة المحيطات. مايو 2015. ص 41. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 ديسمبر 2019 .
- ↑ "إنتاج الكهرباء وتحلية المياه" (ملف PDF) . www.pictr.org . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 26 يونيو 2007.
- ↑ "التكلفة المُعدّلة للطاقة وفقًا لـ Lazard" (ملف PDF) . صفحة 3. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21 فبراير 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 نوفمبر 2019 .
- ↑ كيمبينر، رود؛ نيومان، فرانك (يونيو 2004). "تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات: موجز تكنولوجي" (ملف PDF) . الوكالة الدولية للطاقة المتجددة. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 13 أكتوبر 2017. تم الاطلاع عليه في 28 أبريل 2019 .
- ↑ "المختبر الوطني للطاقة المتجددة: تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات - أسواق تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" . الولايات المتحدة: المختبر الوطني للطاقة المتجددة . مؤرشف من الأصل في 26 نوفمبر 2005. تم الاطلاع عليه في 12 يونيو 2012 .
- ↑ "فوائد تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" . الولايات المتحدة: المختبر الوطني للطاقة المتجددة . مؤرشف من الأصل في 11 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه في 12 يونيو 2012 .
- ↑ "المشاريع" . شركة OTE. مؤرشف من الأصل في 23 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه في 13 أكتوبر 2016 .
- ↑ كارلايل، إيرين. "منتجع باها مار يلجأ إلى الفصل 11 من قانون الإفلاس، ويلقي باللوم على شركة البناء الصينية في التأخيرات" . فوربس .
- ↑ "التقرير السنوي (10-ك)" . مركز المستثمرين .
- ↑ «شركة لوكهيد مارتن تحصل على 4.4 مليون دولار إضافية لأعمال تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في هاواي» . 22 نوفمبر 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 ديسمبر 2010 .
- ↑ كوكسورث، بن (26 نوفمبر 2010). "مزيد من التمويل لمحطة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في هاواي" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 ديسمبر 2010 .
- ↑ فياواهاري، مالافيكا (27 أغسطس 2015). "هاواي أول من يستغل درجات حرارة أعماق المحيط لتوليد الطاقة" . مجلة ساينتفك أمريكان .
- ↑ كوسيك، دانيال (1 مايو 2013). "التكنولوجيا النظيفة: محطة طاقة أمريكية التصميم عديمة الانبعاثات ستُدشّن قبالة سواحل الصين" . كلايمت واير . دار نشر إي آند إي . تاريخ الاسترجاع: 2 مايو 2013 .
- ↑ ألكسندر، ديفيد (16 أبريل 2013). "شركة لوكهيد مارتن تبني محطة طاقة حرارية بقدرة 10 ميغاواط قبالة سواحل جنوب الصين" . رويترز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2013 .
- ↑ "استغلال طاقة المحيط: شركة لوكهيد مارتن توقع اتفاقية لأكبر محطة لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات على الإطلاق" . لوكهيد مارتن. مؤرشف من الأصل بتاريخ 14 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2013 .
- ↑ "هندسة المحيطات من رينوود" . مجموعة رينوود. مؤرشف من الأصل في 15 يناير 2013. تم الاطلاع عليه في 17 أبريل 2013 .
- ↑ غوسيا
- ↑ مارتن، بنيامين (4 أغسطس 2014). "تأسيس GO SEA" .
- ↑ "OTEC: تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" . xenesys.com . Xenesys.
- ↑ "الرئيسية" . otecorporation.com .
- ↑ "مجلس الشيوخ يوقع مذكرة تفاهم لدراسة جدوى الطاقة البحرية" . 6 مارس 2014.
- ↑ «دراسة جدوى لأول محطة تجارية لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) وأنظمة تكييف الهواء بمياه البحر (SWAC) في جزر العذراء الأمريكية» . مجموعة نافال . مؤرشف من الأصل في 29 سبتمبر 2020. تم الاطلاع عليه في 10 فبراير 2019 .
- ↑ "الطاقة من المحيط: محول الطاقة الحرارية للمحيط" . أخبار التكنولوجيا البحرية . 29 يناير 2016.
- ↑ "الصفحة الرئيسية" . شركة أكو للطاقة . 23 نوفمبر 2023.
- ↑ "تمويل مشروع NEMO: منح مشروع تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في برنامج NER 300" . أخبار تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات . 9 يوليو 2014.
- 1 2 "OTECresorts: طاقة المحيطات في شرق أنجليا، المملكة المتحدة" . شبكة الاستثمار الملائكي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2018 .
- ↑ "فتح باب التقديم لشراء الطاقة الحرارية من المحيط في جزر المالديف" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 يناير 2020 .
- ↑ "مطور مشروع تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في المملكة المتحدة يطلق حملة تمويل جماعي" . طاقة المد والجزر اليوم . مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 فبراير 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2018 .
- ↑ بلوك ولالينزويلا 1985
- ↑ US 7726138
- ↑ "الإصدار الجديد لعام 2015 من بطولة العالم لعام 2015 [報告] " . تم الاسترجاع 16 يونيو 2015 .
- ↑ مارتن، بنيامين. "قمر كوميجيما الصناعي التابع لمعهد علوم الأرض والمحيطات" . otecokinawa.com . مؤرشف من الأصل في 7 يونيو 2020. تم الاطلاع عليه في 16 يونيو 2015 .
- ↑ وزارة الطاقة الأمريكية ، 1989
- ↑ فيديو على يوتيوب حول نظام تكييف الهواء بتقنية OTEC المستخدم في منتجع وسبا إنتركونتيننتال ثالاسو في جزيرة بورا بورا . يوتيوب . مؤرشف من الأصل في 4 نوفمبر 2011. تم الاطلاع عليه في 28 مايو 2007 .
- ↑ التكنولوجيا الخضراء. "تبريد مياه البحر في كوبنهاغن يحقق وفورات في الطاقة وانبعاثات الكربون". 24 أكتوبر 2012. فوربس.
- ↑ us 7069689
- ↑ "معهد أبحاث مياه أعماق البحار" . kumeguide.com . 16 أغسطس 2019.
- ↑ بونيا، بن. "مستجدات الاستزراع المائي في شمال المحيط الهادئ: هاواي، وولايات ميكرونيزيا الموحدة، وبالاو، وسايبان". نشرة مصايد الأسماك التابعة لمجلس المحيط الهادئ. يوليو 2006. موقع إلكتروني. 25 يونيو 2013. متاح على الرابط: http://www.spc.int/DigitalLibrary/Doc/FAME/InfoBull/FishNews/118/FishNews11 . مؤرشف بتاريخ 25 سبتمبر 2015 في أرشيف الإنترنت Wayback Machine 8_58_Ponia.pdf.
- ↑ شاه، ياتيش (16 مايو 2014). الماء لإنتاج الطاقة والوقود . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-4822-1618-9.
- ↑ وو، تشيه (1994). الطاقة المتجددة من المحيط . مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-507199-3.
- ↑ بيرغر، ماثيو (28 يونيو 2018). "الخيار النووي: تطورات في تكنولوجيا استخراج اليورانيوم من البحر" . نيوز ديبلي .
- ↑ "تعزيز مخزون الأسماك عن طريق الصعود الاصطناعي للمياه". CiteSeerX 10.1.1.526.2024 .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ هارتمان، ديوك (أكتوبر 2011)، "تحديات ووعد تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات" ، أخبار المحيطات ، مؤرشف من الأصل في 5 مارس 2016 ، تم استرجاعه في 11 يونيو 2012
- ↑ دا روزا، ألدو فييرا (2009). "الفصل 4: محولات الطاقة الحرارية للمحيطات" . أساسيات عمليات الطاقة المتجددة . دار النشر الأكاديمية. الصفحات 139 إلى 152. ISBN 978-0-12-374639-9.
- ↑ إلدريد، م.؛ لاندير، أ.؛ تشين، آي سي (يوليو 2010)، "مقارنة سبائك الألومنيوم وعمليات التصنيع بناءً على أداء التآكل للاستخدام في مبادلات حرارية لأنظمة تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات"، مؤتمر تكنولوجيا المنصات البحرية 2010 (OTC 2010) ، كوران أسوشيتس، إنك، doi : 10.4043/20702-MS ، ISBN 978-1-61738-426-4
- ↑ كناوس، جون أ. (18 أكتوبر 2005). مقدمة في علم المحيطات الفيزيائي (ملف PDF) . ص 2 (نظرة عامة). ISBN 978-1577664291تمت أرشفة الملف (PDF) من النسخة الأصلية في 28 أبريل 2024.
- 1 2 3 غرانديلي، بات (2012). "نمذجة التأثير الفيزيائي والكيميائي الحيوي لتصريفات محطات تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في المياه المجاورة لها" (ملف PDF) . وزارة الطاقة الأمريكية - مكتب المعلومات العلمية والتقنية . doi : 10.2172/1055480 . OSTI 1055480. تاريخ الاسترجاع: 27 مارس 2013 .
- 1 2 روشيلو، جريج جيه؛ جرانديلي، باتريك (2011). "النمذجة الفيزيائية والبيولوجية لعمود تصريف ناتج عن تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات بقدرة 100 ميجاوات". مؤتمر Oceans'11 MTS/IEEE Kona . الصفحات 1-10 . doi : 10.23919/OCEANS.2011.6107077 . ISBN 978-1-4577-1427-6. S2CID 22549789 .
- ↑ «البيان النهائي لتقييم الأثر البيئي لتراخيص تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات التجارية» (ملف PDF) . وزارة التجارة الأمريكية، الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 23 أكتوبر 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 مارس 2013 .
- ↑ ل. فيغا؛ س. كومفورت. "التقييم البيئي لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات في هاواي" (ملف PDF) . المركز الوطني للطاقة المتجددة البحرية في هاواي . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 24 أكتوبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 مارس 2013 .
- ↑ "تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات: تقييم الآثار والمخاطر الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية المحتملة" (ملف PDF) . الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي، مكتب إدارة موارد المحيطات والسواحل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 مارس 2013 .
- ↑ "تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات: تقييم الاحتياجات المعلوماتية" (ملف PDF) . الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، مكتب الاستجابة والاستعادة (ORR)، ومجموعة البحوث البيئية في جامعة نيو هامبشاير (UNH) . تاريخ الاطلاع: 27 مارس 2013 .
- ↑ "تثيس" . تثيس . مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني.
- ↑ "تعريف كلمة DEAERATE" . www.merriam-webster.com .
- 1 2 أفترينغ آر بي، تايلور بي إف (أكتوبر 1979). "تقييم التلوث الميكروبي في تجربة تحويل الطاقة الحرارية للمحيط" . مجلة علم الأحياء الدقيقة التطبيقية والبيئية . 38 (4): 734-739 . Bibcode : 1979ApEnM..38..734A . doi : 10.1128/AEM.38.4.734-739.1979 . PMC 243568. PMID 16345450 .
- 1 2 3 4 نيكلز جيه إس، بوبي آر جيه، لوت دي إف، مارتز آر إف، بنسون بي إتش، وايت دي سي (يونيو 1981). "تأثير التنظيف اليدوي بالفرشاة على الكتلة الحيوية وبنية مجتمع طبقة التلوث الميكروبي المتكونة على أسطح الألومنيوم والتيتانيوم المعرضة لمياه البحر سريعة التدفق" . مجلة علم الأحياء الدقيقة التطبيقية والبيئية . 41 (6): 1442-1453 . Bibcode : 1981ApEnM..41.1442N . doi : 10.1128/AEM.41.6.1442-1453.1981 . PMC 243937. PMID 16345798 .
- ↑ ترولير، مايكل ج.؛ تشاراكليس، ويليام ج. (1982). "ديناميكيات عمليات الأغشية الحيوية". مجلة اتحاد مكافحة تلوث المياه . 54 (9): 1288-1301 . JSTOR 25041684 .
- ↑ "العلم: القوة الباردة" . مجلة تايم . 22 أبريل 1929. مؤرشف من الأصل في 17 فبراير 2022. تم الاطلاع عليه في 6 أغسطس 2020 .
- ↑ "أحمد خماس - Das Buch der Synergie - Teil C - Temperaturgradient" . Buch-der-synergie.de. 25 أكتوبر 2007 . تم الاسترجاع 12 يونيو 2012 .
- ↑ "الدنمارك - Myggbuka" . Globalbioclimatics.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 مارس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يونيو 2012 .
- ↑ "تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات باستخدام الطاقة الكهروحرارية" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 11 أكتوبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أكتوبر 2018 .
- ↑ زيغا، ليزا. "محطات الطاقة الكهروحرارية يمكن أن توفر طاقة متجددة تنافسية اقتصادياً" . phys.org .
- ↑ ليو، ليبينغ (2014). "جدوى محطات الطاقة واسعة النطاق القائمة على التأثيرات الكهروحرارية" . المجلة الجديدة للفيزياء . 16 (12) 123019. Bibcode : 2014NJPh...16l3019L . doi : 10.1088/1367-2630/16/12/123019 .
مصادر
- ويليام هـ. أفيري؛ تشيه وو (17 مارس 1994). الطاقة المتجددة من المحيط: دليل إلى تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات . سلسلة مختبرات الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز في العلوم والهندسة. أكسفورد، نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-507199-3.
روابط خارجية
- شركة أوشن ثيرمال إنرجي - الصفحة الرئيسية
- أُرشف بتاريخ 26 نوفمبر 2021 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
- أخبار OTEC - موقع أخبار OTEC
- مواد تعليمية حول تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) من برنامج استكشاف المحيطات التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA).
- مجلس طاقة المحيطات: كيف تعمل تقنية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات؟
- nrel.gov - ما هو OTEC؟
- وزارة الطاقة الأمريكية، مصادر المعلومات
- مقابلة مجلة Wired مع جون بينا كرافن حول مستقبل OTEC
- طبعة عام 2007 من مسح موارد الطاقة الصادر عن مجلس الطاقة العالمي
- مشروع المحيط الأخضر - مكتبة OTEC
- قد يؤدي تزويد المحيطات بالمياه إلى توفير طاقة نظيفة لا حدود لها
- أقصى قدرة تدفق للمياه في الأنابيب الفولاذية - أبعاد تتراوح من 2 إلى 24 بوصة
- محطة هاينان لتحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) ، الصين
- 20 ألف ميغاواط تحت سطح البحر: محركات بخارية محيطية. مجلة نيو ساينتست، 1 مارس 2014. معاينة فقط.
- مؤسسة OTEC - جمعية الطاقة الحرارية للمحيطات
- أخبار OTEC
- معهد طاقة المحيطات، جامعة ساغا [ IOES ] (مرفق أبحاث تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات بجامعة ساغا)
- الصفحة الرئيسية - منظمة OCEES الدولية، المحدودة %
- 沖縄県海洋温度差発電実証設備(مشروع أوكيناوا OTEC)
- بوابة ومستودع للمعلومات حول الطاقة المتجددة البحرية: شبكة من قواعد البيانات توفر وصولاً واسع النطاق إلى معلومات الطاقة البحرية.
- أساسيات الطاقة البحرية: تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات. معلومات أساسية حول تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات.
- قاعدة بيانات مشاريع الطاقة البحرية: قاعدة بيانات توفر معلومات محدثة عن عمليات نشر الطاقة البحرية في الولايات المتحدة وحول العالم.
- قاعدة بيانات تيثيس: قاعدة بيانات تحتوي على معلومات حول الآثار البيئية المحتملة لتطوير الطاقة البحرية وطاقة الرياح البحرية.
- قاعدة بيانات تيثيس الهندسية: قاعدة بيانات تحتوي على معلومات حول التصميم التقني والهندسة لأجهزة الطاقة البحرية.
- مستودع البيانات البحرية والهيدروكينيتيكية: قاعدة بيانات لجميع البيانات التي تم جمعها بواسطة مشاريع البحث والتطوير في مجال الطاقة البحرية الممولة من قبل وزارة الطاقة الأمريكية.
- تحويل الطاقة
- تكنولوجيا الطاقة المتجددة
- الطاقة البحرية
- تكنولوجيا محطات الطاقة
- المصطلحات الأوقيانوغرافية
