Un grup de ingineri a perfecţionat o idee de aproape 100 ani şi va construi o instalaţie de producţie a electricităţii folosind energia oceanului în Insulele Canare

Un grup internaţional de ingineri Marea Britanie, Olanda, Spania, Austria şi alte câteva ţări va construi lângă Insulele Canare un prototip funcţional de producţie a electricităţii folosind energia solară captată de oceane. Partea cea mai intrigantă e că tehnologia care stă la baza ideii e veche de aproape 100 ani şi a fost pusă în aplicare în testări şi mici proiecte de multe ori de-a lungul unui întreg secol, dar randamentul relativ mic al acesteia a făcut-o să fie considerată o soluţie marginală şi neatractivă. Acum, însă, inginerii de la start-up-ul Global OTEC, care şi-au unit forţele cu colegii lor internaţionali într-un proiect numit PLOTEC, finanţat de UE, spun că perfecţionările aduse de ei ideii vechi de un secol pot aduce tehnologia la o viabilitate excepţională, iar asemenea instalaţii oceanice pot livra câte circa 1,5 MW putere netă de electricitate regenerabilă, fără intermitenţe, adică 24 ore din 24, 7 zile din 7!

Aceşti parametri de putere vin să rezolve marile probleme ale insulelor şi statelor insulare. Din cauza dimensiunilor mici şi a dispersării, insulele nu prea pot avea centrale electrice mari, mai ales cu energie regenerabilă. Dacă se folosesc soluţii eoliene sau fotovoltaice, e neapărat nevoie şi de costuri mari de stocare. Dar marea lor majoritate încă mai contează pe mici centrale cu motoare diesel mari, care produc electricitatea. Soluţia propusă de Global OTEC ar însemna amplasarea unor asemenea construcţii cilindrice pe suprafaţa oceanului, la circa 2-3 km de ţărm, şi transmiterea electricităţii generate pe ţărm. Dacă fiecare cilindru poate genera circa 1,5 MW putere, se poate opta pentru câteva cilindri alăturaţi, ca să se sumeze puterile lor. Dacă se amplasează mai mulţi cilindri, e recomandată integrarea lor pe o platformă plutitoare, ca aceştia să nu se atingă.

Aşadar, cum funcţionează tehnologia şi de ce a durat 100 ani ca să ajungă la o etapă mai viabilă. Simplu vorbind, tehnologia are numele abreviat de OTEC, ceea ce de descifrează drept conversie a energiei termice a oceanelor. Ea se bazează pe utilizarea diferenţei de temperatură dintre apa de la suprafaţa oceanelor şi cea de la câteva sute de metri adâncime, eventual până la 1.000 metri. Fizica ne spune că orice diferenţă majoră de temperatură poate impulsiona mişcarea, iar mişcarea mecanică poate fi transformată în electricitate. Însă, pentru că e nevoie de o diferenţă de temperatură de minim 20-25 grade, tehnologia are potenţial să funcţioneze doar în zonele tropicale, acolo unde suprafaţa oceanului e suficient de caldă, ea fiind încălzită de energia soarelui.

Ei bine, rădăcinile acestei idei vin încă din anii 1880-1881, când era propusă teoretic de fizicieni. Însă în 1930, inginerul Georges Claude a construit o primă instalaţie în apele Cubei şi a reuşit să genereze 22 kW, cu ajutorul unei turbine de presiune joase, dar o parte din energie era consumată pentru pompele instalaţie, pentru a aduce apa rece din adâncuri la suprafaţă şi a crea diferenţa de temperaturi într-un ciclu restrâns, care să propulseze turbina. Mai târziu, instalaţia fost distrusă de o furtună.

Georges Claude, într-o demonstraţie a tehnologiei, în 1926

O altă încercare a avut loc în 1935, fiind construită o adevărată navă, ea acostând lângă Brazilia, dar fiind şi ea distrusă de furtuni. În 1956 o centrală de 3 MW era construită de francezi lângă Coasta de Fildeş, dar a fost abandonată în contextul energiei fosile ieftine. În 1970 în Japonia a fost construită o primă centrală operaţională la scară mai mare şi conectată la reţea, ea fiind prima care aplica un ciclu închis, în care apa din circuitul mic superior era complet izolată într-un circuit separat. Centrala producea 120 kW putere, dar consuma 90 kW pentru pomparea circuitelor, deci avea doar 30 kW net. Iar asemenea parametri nu încurajau foarte mult răspândirea.

Foto: Instalaţia de 120 kW din Japonia

Tehnologia fusese studiată tot mai mult şi se descoperiseră şi căi de a eficientiza procesul, prin folosirea amoniacului în circuitul închis, care mărea randamentul. Tot soiul de organizaţii, de la armata SUA, la fonduri de investiţii şi agenţii internaţionale susţinuseră proiecte de avansare în această energie, ba chiar se adoptaseră şi angajamente de a o adopta mai pe larg. Lista proiectelor şi încercărilor numără zeci de exemple, dar toate fie au rămas la scară mică demonstrativă, fie au eşuat din probleme tehnice, fie au eşuat din cauza unor alte probleme de ordin juridic. Şi pe lângă asta, fizicienii indicau că eficienţa termică a acestui proces e de-a dreptul derizorie, de 1-3%, până la un maxim teoretic de 7% dacă ar eficientizat circuitul închis la maxim.

Ei bine, ce e diferit în nou proiect din Insulele Canare de acum, atunci? În primul rând, folosirea unui agent de refrigerare diferit de apa simplă şi de amoniac în circuitul închis. Inginerii nu menţionează exact care ar fi acest refrigerant, însă spun că practic el ar funcţiona ca o pompă de căldură pe circuitul închis. Apa caldă l-ar face să se transforme în gaz, şi gazul presurizat ar împinge turbina cu abur (într-o pompă de căldură compresorul presurizează pentru a obţine temperatura fierbinte a gazului). După asta, agentul de refrigerarea ar circula spre un condensator unde ar contacta cu apa rece în jurul său, în afara circuitului, venită de pe fundul oceanului. Această răcire bruscă îl va face să se condensez în lichid, după care agentul de refrigerare va merge din nou spre zona de evaporare, unde contactează cu apa caldă de suprafaţă şi se transformă din nou în gaz, având presiune mare.

Teoretic, sistemul nu diferă prea mult de amoniac, care are probabil cele mai bune calităţi termodinamice în acest sens. Dar folosirea amoniacului în circuite de ţevi în ocean e descurajată acum, pentru că orice scurgere e foarte dăunătoare pentru vietăţile din jur. Un agent de refrigerare clasic, eventual un R32 ar fi mai posibil, însă noi credem că mai degrabă aici ar fi folosit CO2-ul în rol de agent de refrigerare, întrucât punctul lui de fierbere poate fi manipulat mai uşor prin presiune, la temperaturi normale atmosferice. Şi probabil de aici ar putea veni şi posibilitatea scalării de care vorbesc acum inginerii.

De asemenea, schimbătoarele de căldură, evaporatoarele şi condensatoarele au devenit mult mai performante în ultimii ani şi asta ar putea ajuta foarte mult la eficienţa circuitului. Apa din adâncuri mai poate fi adusă prin desalinizare la suprafaţă, în loc de pompare. Deci, per total, cu excepţia jocului mai fin cu temperaturile de fierbere şi lichefiere a refrigerantului, e vorba doar de mici perfecţionări în ceea ce propun inginerii acum. Iar pe lângă asta, construcţia lor e gândită să reziste celor mai dure furtuni.

Ceea ce vor face ei în insulele Canare e să construiască o instalaţie cilindrică la scara de 1:5. Aceasta va fi testată în funcţionare reală timp de 12 luni, după care, dacă cifrele promise se vor adeveri, se va putea vorbi de centrale mari şi scalare cu adevărat majoră. Cei de la Global OTEC spun că oceanele lumii au un potenţial de zeci de mii de TWh de electricitate produsă anual prin asemenea metode, deci ar putea asigura cu electricitate toate insulele locuite din lume şi toate statele de pe coasta oceanelor din zonele tropicale. Şi, desigur, e vorba de energie regenerabilă, cu zero CO2 şi resurse infinite venite din proprietăţile fizice ale oceanelor de a capta căldura soarelui.