در حال بررسی...تولید برق جزایر با سردی اعماق اقیانوس
در مناطق استوایی، اعماق دریا سرد و سطح دریا بسیار گرم است. از این اختلاف دما می‌توان در جهت تولید برق جزایر استفاده کرد. با بهبود فناوری، این روش تولید برق می‌تواند موهبتی برای کشورهای جزیره‌ای باشد که برای تامین انرژی خود به گازوئیل گران‌قیمت و با آلایندگی بالا متکی هستند.
برای بیش از یک قرن، محققان ایده تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس‌ها را مورد بررسی قرار داده‌اند. تامین توان از طریق اختلاف دما، ایده‌ای کاملا جدید تلقی نمی‌شود. در واقع، سازوکار آن مشابه همان روش تولید توان در نیروگاه‌های زغال‌سنگ‌سوز، گازی و زمین گرمایی است که با استفاده از بخار، یک توربین را به حرکت درمی‌آورند.
برای تولید برق جزایر با این روش، چالش اصلی پیدا کردن مکان مناسب است که در آن اختلاف دما وجود داشته باشد. این مناطق نسبتا نزدیک به خط استوا هستند و بطور مثال شمال پاپوآ گینه نو، فیلیپین و سواحل جنوب ژاپن را دربرمی‌گیرند. در حال حاضر، نیروگاه‌های آزمایشی از این دست، تنها قادر به تولید توان به میزانی هستند که یک توربین بادی بزرگ می‌تواند تولید کند. اما نکته مثبت این است که نیروگاه‌های حرارتی اقیانوسی می‌توانند ۲۴ ساعت بصورت شبانه‌روزی برق تولید کنند.
چگونگی عملکرد این نیروگاه‌ها
این نیروگاه‌ها با استفاده از مایعات با نقطه جوش کم مانند آمونیاک از طریق یک سیکل بسته کار می‌کنند. گرمای آب گرم دریا (بین ۲۰ تا ۳۰ درجه سانتیگراد) مایع را تا زمانی که به بخار تبدیل شود، گرم می‌کند که از نیرو حاصل می‌توان برای چرخاندن توربین استفاده کرد. سپس بخار در معرض آب سرد دریا (حدود ۵ درجه سانتیگراد) قرار می‌گیرد که آن را به مایع تبدیل می‌کند، بنابراین این چرخه ادامه پیدا می‌کند. برای به دست آوردن آب سرد، این نیروگاه‌ها دارای لوله هایی هستند که ۶۰۰ متر در اعماق دریا امتداد دارند.
از مزایای این سیستم می‌توان به سیکل بسته اشاره کرد که توسط مبدل‌های حرارتی بدون تخلیه سیال به اقیانوس گرم و خنک می‌شود. برخلاف چالش‌های موجود شناخته‌شده برای فناوری‌های تجدیدپذیر توسعه‌یافته‌تر مانند خورشیدی و بادی، این سیستم همیشه در دسترس است.
در حال حاضر نقطه ضعف تولید برق جزایر با استفاده از این فناوری، در دسترس نبودن برای بهره‌برداری عملیاتی منطقه‌ای است. یک نیروگاه آزمایشی در هاوایی که توسط شرکت مهندسی اقیانوسی Makai در سال ۲۰۱۵ نصب شد، با ظرفیت ۱۰۰ کیلووات کار می‌کند. این ظرفیت ۲۰ تا ۳۰ بار کمتر از یک توربین بادی معمولی عملیاتی است و یا معادل حدود ۱۲ آرایه خورشیدی که در خانه‌ها یا مشاغل کوچک در استرالیا نصب و راه‌اندازی می‌شوند.
چالش فنی اصلی که باید بر آن غلبه کرد، دسترسی به حجم زیادی از آب سرد دریا است. در نیروگاه آزمایشی Makai از لوله‌ای به قطر یک متر استفاده می‌شود که ۶۷۰ متر در اعماق اقیانوس فرو می‌رود.
بنابر ارزیابی Makai، برای رسیدن به یک نیروگاه ۱۰۰ مگاواتی کارآمدتر، قطر لوله باید ده متر باشد و عمق آن به یک کیلومتر برسد. این نوع زیرساخت هزینه‌بر است و باید برای مقاومت در برابر خوردگی و طوفان ساخته شود.
علاوه بر آن، اگر نیروگاه‌ها فراساحلی ساخته شوند، هزینه خطوط انتقال نیز به هزینه‌های کلی اضافه می‌شود. بر اساس تخمین Makai، دوازده نیروگاه فراساحلی در مقیاس تجاری می‌توانند کل نیاز برق هاوایی را پوشش دهند.
اگر بتوان نیروگاه‌های تبدیل انرژی گرمایی اقیانوس (OTEC) را به اندازه کافی بزرگ ساخت، هزینه آن کاهش می‌یابد. اما یک چالش دیگر نیز وجود دارد. برای نزدیک شدن به هزینه تامین انرژی از منابع باد و خورشید که اکنون به ۱ تا ۲ سنت در هر کیلووات ساعت می‌رسد، نیروگاه‌های حرارتی اقیانوسی به میزان آبی به اندازه حجم چهار آبشار نیاگارا نیاز دارند.
چرا برای تولید برق جزایر با استفاده از سردی اعماق اقیانوس به این حجم عظیم آب نیاز است؟
به طور خلاصه، به دلیل یک گلوگاه ترمودینامیکی این نیاز شکل گرفته‌است. بر اساس قوانین فیزیکی، تبدیل تمام انرژی گرمایی به کار مکانیکی مانند چرخاندن توربین غیرممکن است. موضوع بهره‌وری، یک چالش واقعی برای نیروگاه‌های حرارتی اقیانوسی به‌شمار می‌رود، جایی که در فرآیند تبدیل انرژی، تفاوت دمایی نسبتا کمی بین آب گرم و سرد دریا وجود دارد. به نوبه خود، این بدان معنا است که تنها درصد بسیار کمی از انرژی گرمایی در آب دریا به الکتریسیته تبدیل می‌شود.
آیا پروژه OTEC با وجود هزینه‌ها و چالش‌های فنی می‌تواند عملیاتی شود؟
در حالی که این نیروگاه‌ها قادر نیستند تا با نیروگاه‌های بادی و خورشیدی در بازارهای بزرگ اصلی رقابت کنند، اما می‌توانند برای تولید برق جزایر خصوصا کشورهای جزیره‌ای کوچکی که در اقیانوس آرام و کارائیب قرار دارند و همچنین جزایری مانند جزیره نورفولک یا بسیاری از جزایر کوچک اندونزی نقش مهمی را ایفا کنند.
اساسا در کشورهای جزیره‌ای، هزینه برق مصرفی خانوارها و صنایع بالا است، تقاضای قابل توجه برای برق وجود ندارد و تولید برق عمدتا به سوخت وارداتی وابسته است. محققان کره‌ای و نیوزلندی این موضوع را مطرح کرده‌اند که OTEC می‌تواند منبعی قابل دوام برای انرژی بار پایه برای کشورهای جزیره باشد، اما در صورتی که نیروگاه‌های آزمایشی بیشتری در جهت کمک به طراحی نیروگاه‌های بزرگ‌تر ساخته شوند تا این ایده در عمل به پختگی و بلوغ بیشتری برسد.
با این حال، OTEC می‌تواند نقش مفیدی در مقابله با چندین چالش به‌طور همزمان ایفا کند. برای مثال، از آب خنک دریا می‌توان به‌عنوان نوعی از تهویه مطبوع، در آبزی‌پروری برای پرورش ماهی‌های سردآبی و یا به‌عنوان راهی برای خنک نگه‌داشتن آب‌های سطحی در طول موج گرمای دریایی استفاده کرد. حتی ممکن است از نیروگاه‌های OTEC برای تولید هیدروژن به‌عنوان یک کالای صادراتی در کشورهای جزیره‌ای کوچک بهره گرفت. علاوه بر آن، برای دستیابی به اهداف کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، بررسی همه گزینه‌ها در خصوص انرژی‌های تجدیدپذیر اهمیت ویژه‌ای دارد.
با این حال، در این مرحله، با توجه به حجم زیاد آب سرد موردنیاز، پی‌بردن به این که چگونه نیروگاه‌های حرارتی اقیانوسی می‌توانند با انرژی‌های تجدیدپذیر بهتر مانند باد، خورشید و حتی زمین گرمایی برای تولید برق جزایر وارد رقابت شوند، دشوار به نظر می‌رسد.
منبع:
