بينما يسعى العالم للحصول على مصادر طاقة مستدامة، برز تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC) كتكنولوجيا واعدة. تشتمل أنظمة OTEC على تصميمات الدورة المفتوحة والمغلقة، حيث تلعب الهندسة البحرية دورًا حيويًا في تطويرها.
فهم OTEC وفوائده
OTEC هي طريقة لتوليد الكهرباء من خلال الاستفادة من الفرق في درجة الحرارة بين مياه البحر السطحية الدافئة ومياه البحر الباردة من طبقات المحيط العميقة. ويرتكز المفهوم على تسخير الطاقة الحرارية المخزنة في محيطات العالم لإنتاج طاقة نظيفة ومتجددة. تتمتع OTEC بالعديد من المزايا، بما في ذلك توفرها بكثرة في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية، وتكاليف التشغيل المنخفضة، والحد الأدنى من التأثير البيئي.
نوعان من أنظمة OTEC
يمكن تصنيف أنظمة OTEC إلى تصميمات دورة مفتوحة ومغلقة، ولكل منها ميزاته وتطبيقاته الفريدة.
دورة مفتوحة OTEC
في نظام OTEC ذو الدورة المفتوحة، يتم استخدام مياه البحر الدافئة لتبخير سائل منخفض درجة الغليان، مثل الأمونيا. يقوم البخار الناتج بتشغيل التوربين المتصل بمولد لإنتاج الكهرباء. وبعد تشغيل التوربين، يتم تكثيف البخار باستخدام مياه البحر الباردة القادمة من أعماق المحيط، وتتكرر الدورة.
تعد أنظمة OTEC ذات الدورة المفتوحة مناسبة بشكل أفضل للمناطق ذات التدرج الكبير في درجة الحرارة بين مياه البحر السطحية والعميقة. وتتسم هذه الأنظمة بالكفاءة في المناطق التي تتوافر فيها المياه السطحية الدافئة بسهولة، مما يجعلها خيارًا قابلاً للتطبيق لتوليد الطاقة في المحيطات الاستوائية.
دورة مغلقة OTEC
من ناحية أخرى، تستخدم أنظمة OTEC ذات الدورة المغلقة سائل عمل ذو نقطة غليان أعلى، مثل مادة التبريد مثل R-134a. تعمل مياه البحر الدافئة على تسخين السائل العامل، مما يؤدي إلى تبخره وتشغيل التوربين، على غرار أنظمة الدورة المفتوحة. ومع ذلك، في الدورة المغلقة OTEC، يتم احتواء السائل المتبخر داخل حلقة مغلقة ولا يختلط مع مياه البحر.
يقوم السائل المتبخر بتشغيل التوربين ومن ثم يتم تكثيفه مرة أخرى إلى الحالة السائلة عن طريق نقل حرارته إلى مياه البحر الباردة. تعد أنظمة OTEC ذات الدورة المغلقة أكثر قدرة على التكيف مع ظروف المحيطات المختلفة ويمكن أن تعمل بكفاءة في المواقع ذات الفروق الصغيرة في درجات الحرارة، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من المناطق الجغرافية.
الهندسة البحرية في أنظمة OTEC
تلعب الهندسة البحرية دورًا حاسمًا في تصميم وبناء وتشغيل أنظمة OTEC. يجب على المهندسين أن يأخذوا بعين الاعتبار عوامل مختلفة، مثل اختيار المواد التي يمكنها تحمل البيئة البحرية القاسية، ودمج المبادلات الحرارية لنقل الحرارة بكفاءة، وتصميم هياكل قوية قادرة على تحمل ظروف المحيط.
يتطلب تصميم محطات توليد الطاقة في شركة OTEC فهمًا عميقًا للبيئات البحرية، بما في ذلك تيارات المحيط، وقوى الأمواج، ومقاومة التآكل. يستخدم المهندسون البحريون تقنيات متقدمة لتطوير المنصات البحرية والمبادلات الحرارية وأنظمة توليد الطاقة التي يمكنها تحمل التحديات التي تفرضها البيئة البحرية.
مستقبل أنظمة OTEC والهندسة البحرية
مع تزايد الطلب العالمي على الطاقة النظيفة، توفر أنظمة OTEC وسيلة واعدة لتوليد الطاقة المستدامة. مع التقدم المستمر في الهندسة البحرية، بما في ذلك تطوير المواد المبتكرة وتقنيات البناء، تستمر تكنولوجيا OTEC في التطور، مما يجعلها محورًا رئيسيًا للباحثين والمهندسين الذين يسعون إلى تسخير الإمكانات الهائلة للطاقة الحرارية للمحيطات.