Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας Ενότητα : Ωκεάνια Θερμική Ενέργεια II Ενέργεια από την διαφορά θερμοκρασίας Σκόδρας Γεώργιος, Αν. Καθηγητής gskodras@uowm.gr Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ψηφιακά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Γενικά (1/2) Η παραγωγή ενέργειας με βάση την υφιστάμενη διαφορά θερμοκρασίας στα νερά των ωκεανών δεν έχει αποκτήσει μεγάλο ενδιαφέρον Τα ανώτερα στρώματα της θάλασσας στις τροπικές περιοχές έχουν θερμοκρασία ~27 C Αντίθετα, η θερμοκρασία των θαλασσίων υδάτων σε μεγάλο βάθος, στις ίδιες περιοχές, είναι πολύ χαμηλή, με αποτέλεσμα η διαφορά θερμοκρασίας να φθάνει τους 20 C 4
Γενικά (2/2) Επιπλέον, το θαλασσινό νερό από τα μεγάλα βάθη είναι πλούσιο σε νιτρώδη και φωσφορούχα άλατα Εάν το θερμό και το ψυχρό νερό που έχουν διαφορά θερμοκρασίας ΔΤ = 20 C έρθουν σε θερμική ανταλλαγή (πχ. Μέσω κλειστού κυκλώματος που χρησιμοποιεί ρευστό με χαμηλό σημείο βρασμού, πχ. διάλυμα NH3) είναι δυνατόν να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια μέσω ενός στροβίλου Έχουν ήδη σχεδιαστεί δύο συστήματα για την παραγωγή ενέργειας με βάση την αρχή αυτή 5
Κλειστό κύκλωμα (1/4) Χρησιμοποιεί ως ενδιάμεσο μέσον την αμμωνία (NH3) η οποία εξατμίζεται σε ένα εναλλάκτη θερμότητας, που παίζει τον ρόλο του εξατμιστή, από τον οποίο διέρχεται το ζεστό θαλασσινό νερό Ατμοί NH3 παράγονται υπό υψηλή πίεση (πχ. 9 bar) που διερχόμενοι μέσω ενός στροβίλου παράγουν ηλεκτρική ενέργεια Οι ατμοί NH3 από την έξοδο του στροβίλου συμπυκνούνται σε ένα συμπυκνωτή στον οποίο το ψύχον μέσο είναι το κρύο θαλασσινό νερό από το βάθος των θαλασσών 6
Κλειστό κύκλωμα (2/4) Στα συστήματα κλειστού τύπου ο εναλλάκτης θερμότητας είναι ένα σημαντικό στοιχείο για την επίτευξη σχετικά υψηλών τιμών στην απόδοση για παραγωγή ενέργειας Λόγω της σχετικά χαμηλής ΔΤ (max=20 C) η επιφάνεια των εναλλακτών είναι δεκαπλάσια της συνήθους αντίστοιχης Το freon, λόγω των επιπτώσεων στο περιβάλλον, δεν συνιστάται. Οι ενώσεις που προτείνονται είναι NH3, C4H10, C3H8 7
Κλειστό κύκλωμα (3/4) 8
Κλειστό κύκλωμα (4/4) 9
Ανοιχτό κύκλωμα (1/2) Στο κύκλωμα αυτό το ενδιάμεσο ρευστό είναι απ ευθείας το θαλασσινό νερό, το οποίο εξατμίζεται υπό σχετικά χαμηλή πίεση (flashed vaporization) Οι υδρατμοί βρίσκονται υπό χαμηλή πίεση και οδηγούνται σε στρόβιλο μεγάλης επιφάνειας για την παραγωγή ενέργειας Οι υδρατμοί από την έξοδο του στροβίλου οδηγούνται στο συμπυκνωτή όπου ψύχονται από ψυχρό θαλασσινό νερό Το συμπύκνωμα δεν επιστρέφει στην είσοδο και γι αυτό το κύκλωμα χαρακτηρίζεται ως ανοιχτό 10
Ανοιχτό κύκλωμα (2/2) 11
Σημείωση Το κλειστό κύκλωμα χρησιμοποιεί αντλία κενού Αφαλατωμένο νερό παράγεται και στις δύο περιπτώσεις 12
Τέλος Ενότητας 13
Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Σκόδρας Γεώργιος. «Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https:// eclass.uowm.gr/courses/mech244/ 14
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Όχι Παράγωγα Έργα Μη Εμπορική Χρήση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] h t t p ://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό 15
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 16