ВМС США мечтают ослабить зависимость своих баз на Гавайях от привозного топлива. Не только военному флоту, но и всем прочим обитателям штата Алоха электричество обходится в 2–5 раз дороже, чем жителям материковых штатов. Неудивительно, что именно на Гавайях развивается один из самых любопытных проектов в области альтернативной энергетики.

В конце ноября компания Lockheed Martin получила от инженерного командования ВМС США (NAVFAC) $4,4 миллиона вдогонку к ранее выданным восьми. Задача — развитие технологии извлечения энергии из морской воды.

Суть предлагаемой системы проста. Если какую-нибудь жидкость с низкой температурой кипения, например аммиак, пропустить через теплообменник с тёплой морской водой, эта жидкость превратится в пар. Его можно направить в турбину, вращающую генератор. Далее пар следует переправить в другой теплообменник, по которому курсирует ледяная вода с глубины порядка одного километра. Пар сконденсируется, и цикл можно будет закрыть.

Рис. 1. Схема OTEC закрытого типа (иллюстрация Lockheed Martin).

Такие комплексы называются системами конверсии тепловой энергии океана (Ocean Thermal Energy Conversion — OTEC). Описанный выше принцип носит дополнительное название «OTEC с закрытым циклом».

Ещё есть открытый цикл, в котором в роли рабочей жидкости выступает сама морская вода: она закипает в закрытой ёмкости с давлением ниже атмосферного и также конденсируется при помощи глубинной морской воды, обращаясь в воду питьевую.

Рис. 2. Энергия тепла поверхностных вод – это гигантский «аккумулятор солнечных лучей». Причём доступен он в любую погоду и 24 часа в сутки, в отличие от солнечной, ветровой или волновой энергии. На этой карте отмечены зоны, где имеет смысл ставить электростанции типа OTEC. Цветами обозначена разница температур между водой на поверхности и на глубине 1 километр. Голубой – менее 18 градусов, жёлтый – 18–20, оранжевый – 20–22, красный – 22–24, тёмно-красный – более 24. Фиолетовым отмечены участки, где глубина не достигает километра. Ясно, что чем выше разница температур, тем эффективнее установка (иллюстрация Lockheed Martin).

Экспериментальные системы OTEC с обоими типами циклов изобретатели испытывали в разных странах ещё с 1930 года. Однако практического применения они так и не получили. Соотношение затрат на строительство и выхода полезной энергии оказалось не слишком привлекательным. Тем не менее инженеры упорно совершенствовали технологию.

В 1979 году Гавайская лаборатория натуральной энергии (Natural Energy Laboratory of Hawaii), Lockheed Martin и ряд субподрядчиков (среди них Makai Ocean Engineering, известная нам по проекту кондиционирования Гонолулу) запустили в работу установку Mini-OTEC.

Рис. 3. В качестве рабочей жидкости установка Mini-OTEC использовала аммиак, а холодная вода со дна моря (с глубин порядка 700–900 метров) перекачивалась на баржу по толстой полиэтиленовой трубе (иллюстрации с сайтов makai.com, otecnews.org, wastedenergy.net).

В течение трёх месяцев баржа, заякоренная в 2,4 километра от берега Гавайев в местечке Keahole Point, генерировала 50 киловатт даровой мощности. К сожалению, из них только 18 киловатт шло на полезную нагрузку (судовые огни, компьютеры и телевизоры на барже), остальное тратилось на работу самой установки (её насосов).

Однако Mini-OTEC стала первой такой плавающей системой с закрытым циклом, которая производила энергии больше, чем потребляла, показав принципиальную возможность получения «сетевого» электричества из океанской воды.

Рис. 4. В 1993–1998 годах в Keahole Point работала опытная береговая установка OTEC открытого типа (с дном океана её соединяла сеть труб). Она развивала мощность 210 киловатт, а в самые удачные дни и больше. Таков был выход от разности нагрева поверхностных (26 градусов Цельсия) и глубинных (6 °C) вод. Впрочем, у всех аппаратов OTEC большая часть энергии уходила и уходит на собственные нужды. Изменить этот баланс в лучшую сторону – основная забота нового проекта американцев (фото с сайта hawaii.edu).

Те исследования на Гавайях были свёрнуты по финансовым причинам много лет назад. С тех пор несколько пробных комплексов OTEC появились, к примеру, в Индии и Японии. Но недавно в эту область вернулись американцы и задумали ни много ни мало, а построить самый мощный такой генератор.

Рис. 5. В дополнение к средствам от ВМС США Lockheed Martin получила на развитие OTEC миллион долларов от американского министерства энергетики (DoE) (иллюстрация Lockheed Martin).

Как было сказано вначале, застрельщиком выступила Lockheed Martin, но её новый опыт с OTEC поддерживают всё те же старые знакомые — Гавайская лаборатория натуральной энергии и фирма Makai Ocean Engineering.

Партнёры намерены возвести у побережья Гавайев опытную электростанцию типа «закрытый OTEC». Комплекс, внешне напоминающий морскую нефтяную платформу, должен появиться в 2012 или 2013 году. Генерировать он будет уже порядка 10 мегаватт мощности.

Более совершенные теплообменники и насосы, трубопроводы, связывающие агрегаты на платформе с дном океана, — всё это, хотелось бы верить, позволит станции достичь новых высот, в том числе и в плане экономической целесообразности затеи.

«OTEC является идеальной технологией производства энергии на береговой линии в тропических районах», – утверждает в своём пресс-релизе Lockheed Martin.

Рис. 6. Компания скромно умалчивает, что открытыми остаются вопросы устойчивости системы к штормам, фактического КПД установки, соотношения между годовой выработкой энергии и начальными капитальными затратами (иллюстрация Lockheed Martin).

Если опыт с этим колоссом окажется удачным, в 2015 году Lockheed Martin попробует возвести уже коммерческую электростанцию OTEC аж на 100 мегаватт с лишним. Её мощности хватило бы для питания небольшого прибрежного города.