Energía del mar

ORIGINAL: ORNL

Innovación en la encrucijada entre la seguridad global y la energía verde

Los avances tecnológicos son generalmente los cambios incrementales que se deslizan sobre todo lo desapercibido en las prácticas empresariales, procesos industriales y las rutinas diarias. Aquellos que no son del tipo de avances científicos, son los que el Programa de Innovación Abierta de Lockheed Martin Corporation (LMC)  trata de abordar. Johnnie Cannon, quien encabeza la colaboración la Dirección de Seguridad Global de ORNL con el programa, dice que su objetivo es desarrollar "tecnologías que superen la competencia, en lugar de avanzar en forma gradual y predecible. En la actualidad el portafolio de colaboración de Cannon consiste en proyectos activos en una amplia gama de disciplinas, incluyendo materiales avanzados, la computación cuántica y la conversión de energía térmica oceánica.

"Una de nuestras colaboraciones de más alto perfil con el Programa de Innovación Abierta es la  de Conversión de Energía Térmica Oceánica", dice Cannon. "Esto representa una inversión sustancial por LMC durante varios años." OTEC se puede utilizar para atender las necesidades de energía de los militares de EE.UU. en algunas partes del mundo donde las largas filas de suministro o lejanía de los centros de generación de energía hacen que la generación de energía sea problemática.

Representación visual de un sistema OTEC. (Cortesía de Lockheed Martin) 

La energía del mar

El siguiente mapa muestra la diferenciación de temperatura en las aguas de nuestros mares. Las áreas resaltadas representan los lugares más óptimos para OTEC. ORIGINAL: Lockheed Martin Corporation

OTEC utiliza las diferencias de temperatura en los océanos del mundo para crear energía. En los trópicos, la temperatura superficial del agua es de unos 25 grados C, y a 3000 metros de profundidad es de unos 5 grados C. "Esa es una diferencia de unos 20 grados C, y puede ser utilizado para generar energía", dice James Klett de la División de Ciencia y Tecnología de  Materiales en el ORLN. El sistema de generación de energía OTEC trabaja mediante el uso de esta diferencia de temperatura para conducir una planta de energía de bucle cerrado de ciclo Rankine.

El ciclo Rankine comienza bombeando el agua superficial de 25 grados C a través de un intercambiador de calor para hervir el amoníaco. El amoníaco se convierte en un gas, que se utiliza para hacer girar una turbina-generador para producir energía. A continuación, los 5 grados C del agua se usan para enfriar el amoníaco, que se condensa a su estado líquido dentro de un intercambiador de calor llamado un condensador, y el ciclo comienza de nuevo.

ORIGINAL: Lockheed Martin Corporation

Dado el estado de la actual tecnología OTEC, una planta OTEC a escala comercial puede requerir al menos 20 intercambiadores de calor de gran tamaño. Ahí es donde entran los intercambiadores de calor de espuma de grafito desarrollados por Klett y su equipo de investigación. La espuma de grafito combina una enorme cantidad de superficie con una alta capacidad para conducir el calor, permitiendo a estos intercambiadores de calor para mejorar el rendimiento de las unidades estándar térmicamente conductoras mientras que reducen su tamaño y coste. Hacer que los intercambiadores de calor sean dos veces más eficaces significa que una planta de energía OTEC podría reducir el tamaño de sus intercambiadores de calor en la mitad, la reducción de los gastos de capital para la planta de OTEC y hacer una alternativa ecológica de energía mucho más práctica. Por otra parte, los intercambiadores de calor del mismo tamaño podría producir el doble de potencia por el mismo costo.

Los estudios han estimado que los intercambiadores de calor para una planta OTEC de 100 MW representaría una porción significativa de sus costes, y los intercambiadores de calor a base  espuma de grafito de tener el potencial para reducir esa cifra en un 50%. Debido a que los intercambiadores de calor son una gran parte de la huella de una planta OTEC, y las plantas OTEC están situados en las plataformas marinas como los utilizados para la perforación de petróleo y gas, reducir la huella es importante.

Energía abundante, confiable

"Hay varias ventajas de peso para el sistema", dice Klett. "En primer lugar, que produce energía totalmente verde, no hay subproductos También es muy parecida a la energía geotérmica, solar o eólica, ya que no asume ningún tipo de combustible fósil para conducir, lo que los costes se limitan a la construcción y el mantenimiento.". Además, Klett es particularmente enfático acerca de la disponibilidad de energía OTEC. Él señala que los consumidores no siempre entienden que el único tipo de energía "verde" que está disponible actualmente como "energía de base"- la energía que está disponible 24 horas al día, 7 días a la semana-es geotérmica. "Con otras energías renovables", dice, "cuando el viento cesa, usted no tiene energía. Si se trata de un día nublado, no hay energía. Incluso la energía hidroeléctrica está a merced de los niveles fluctuantes de agua. OTEC realidad puede ser utilizar para suministro de la base. " Las estimaciones sugieren que, en las latitudes tropicales, OTEC tiene el potencial de generar de 3 a 5 teravatios de energía sin afectar a la temperatura del océano o el medio ambiente del mundo. "Eso es más que la capacidad de generación eléctrica de este país", dice. "Si podemos suministrar una gran parte de nuestras necesidades básicas de energía con la energía verde, se puede revolucionar la generación de energía."

Espuma de Grafito de gran superficie y de alta capacidad para conducir calor es fundamental en el rendimiento de los intercambiadores de calor, mientras que reduce su tamaño y costo.

Klett y sus colegas de Lockheed Martin están construyendo un intercambiador de calor a escala de laboratorio que mide 3 metros de diámetro y 20 pies de largo y se envío a Hawaii para poner a prueba en el Laboratorio Nacional de Energía de la Autoridad de Hawai (NELHA). Hawai, que es también rica en recursos geotérmicos, se ha comprometido a eliminar su dependencia de fuentes externas de energía en un 40% en el año 2030. OTEC es visto como una alternativa muy atractiva para lograr este objetivo.

Las capacidades únicas

Klett señala que la tecnología utilizada para construir intercambiadores de calor para OTEC podría ser utilizado para aumentar la eficacia de otros tipos de centrales eléctricas. "Potencialmente, cualquier tecnología que utiliza intercambiadores de calor, bombas de calor, la desalinización, de regasificación de GNL para centrales eléctricas, podrían beneficiarse de este desarrollo", añade Cannon. Experiencia de ORNL en colaboración con Lockheed Martin a través del Programa de Innovación Abierta ha abierto la puerta a trabajar con ellos fuera del programa en otros proyectos de investigación y desarrollo, Klett, dice. "Cuanto más aprendemos sobre nosotros y las capacidades únicas que tenemos, vienen más a nosotros en busca de ayuda en áreas fuera del Programa de Innovación Abierta.

En cuanto al futuro de la tecnología OTEC, Klett, dice, "Creo que este es un caso en el que si lo construyes, vendrán. Si podemos construir una fuente de energía que no requiere de combustible y sólo requiere mantenimiento, entonces no vamos tener que preocuparnos por los altibajos del precio del combustible. El precio de la energía generada por una planta OTEC estarán ligados a los gastos de mantenimiento, y si nos topamos con maneras más baratas de mantener la planta, el precio de la energía OTEC en realidad podría ir hacia abajo, y esperamos que sea competitiva con las centrales eléctricas convencionales. "

"La demostración de que el proyecto está prevista para esta primavera en Hawai", dice Cannon. "Si todo funciona como se espera, podría ser un cambio de juego en términos de generación de energía verde."-Jim Pearce