طرق الاستفادة من حرارة البحار والمحيطات

تتمثل الطرق المطروحة حاليا لاستخدام الطاقة الحرارية في البحار والمحيطات، الناتجة عن فروق درجات الحرارة بين مياه السطح ومياه الأعماق، باستعمال المكائن الحرارية التي تعمل إما على الدورة المفتوحة أو الدورة المقفلة. وهناك تشابه في الخطوط العامة للأنظمة المالة على اي من الدورات السابقة، فكلها بجاجة الى مبخر، اما لإنتاج بخار لماء كما هو الحال في الدورة المفتوحة أو لتبخير الغاز العضوي المستعمل الى ضغوط عالية، ثم هناك لحاجة الى توربين يربط بولد كهربائي لإنتاج الكهرباء أو الهيدروجين بواسطة التحليل الكهربائي، وقد يعمل التوربين على البخار ذي الضغط المنخفض أو على الغاز ذي الضغط العالي، أما الجزء الثالث الرئيسي فهو المكثف حيث يتحول بخار الماء بعد خروجه من التوربين الى مياه نقية او يتكثف الغاز.

هذه هي اذن الأجزاء الرئيسية الثلاثة التي يتكون منا أي من الأنظمة العاملة على الدورات المفتوحة أو المقفلة، ولكن هناك بعض الأجهزة الأخرى التي تستعمل حسب الخمائص الذاتية لكل نظام، فثلا تستعمل المضخات في الدورات المفتوحة لضخ المياه من المكثف الى اليابسة حيث يجري استعمالها، وكذلك تستعمل مضخات أخرى للتخلص من الغازات التي لا تتكثف والموجودة في بخار الماء مثل الأوكسجين وثاني اكسيد الكربون أو أية غازات أخرى قد تكون ذائبة في المياه التي تدخل الى المبخر، كذلك إذا أنشئت المحطة العاملة على الدورة المفتوحة على اليابسة فلابد من استعمال مضخات لضخ كميات المياه المطلوبة للتبخير والتبريد. أما في الدورات المقفلة فهناك المضخات المستعملة لضخ الغاز المتكثف من المكثف الى المبخر، كما قد توجد حاجة الى تركيب مضخات لضخ المياه الباردة من لأعماق الى المكثف.

وقد ذكرنا سابقا أن كفاءة الأنظمة العاملة على المصادر الحرارية في البحار والمحيطات تكون منخفضة جدا ولا تتعدى 3% والسبب في ذلك هو أن كفاءة أي من المكائن الحرارية محكومة بدرجات الحرارة العليا والدنيا التي تعمل بينها، والكفاءة النظرية للماكينة الحرارية التي تعمل بين مصدرين حراريين على درجات مختلفة هي:

درجة حرارة المصدر الحار- درجة حرارة المصدر البارد/ درجة حرارة المصدر الحار

وتقاس درجات الحرارة في هذه الحالة بالدرجات المطلقة، وفي نظام درجات الحرارة المئوية تعادل درجة الصفر المئوي ٢٧٣ درجة حرارة مطلقة، وعلى ذلك فاذا افترضنا أن محطة تعمل على الدورة المفتوحة في بجر درجة حرارة مياه السطح فيه ٢٧ درجة مئوية وأنا تتحول في المبخر الى مزيج من الماء والبخار على درجة حرارة ٢٣ مئوية (يبرد الماء في المبخر لأن حرارة التبخير تأتي من لمياه ذاتها لا من مصدر خارجي) وان بخار الماء بعد مروره في التوربين يتكثف في المكثف ويتحول الى ماء على درجة حرارة ١٢ مئوية فان الكفاءة النظرية لهذا النظام في هذه الحالة تساوي :

ولا تختلف الكفاءة في أنظمة الدورات المقفلة عنها في الدورات المفتوحة اذ أنها أيضا منخفضة جدا، فالغاز الذي يتبخر في المبخر تكون درجة حرارته أقل من درجة حرارة مياه السطح بسبب أن مياه السطح هي المصدر الحراري الذي يزود الغاز بمتطلباته من الحرارة، ولذلك وحتى يستمر سريان الحرارة من مياه السطح الى الغاز في المبخر فلابد من وجود فارق حراري بسيط، فلو كانت درجة حرارة مياه السطح ٢٧ درجة مئوية ودرجة حراة مياه لأعماق ٨ درجات مئوية، فأننا نتوقع مثلا أن تكون درجة حرارة الغاز في المبخر ٢٣ درجة مئوية وفي المكثف ١٢ درجة مئوية، وفي هذه الحالة تكون كفاءة الحطة 7.3% أيضا، أي مساوية لكفاءة المحطة العاملة على الدورة المفتوحة.

ولا يمكن بالطبع الحصول على الكفاءة القصوى أو النظرية في أي نظام اذ توجد هناك بعض الخسائر الناتجة عن استعمال المضخات لضخ المياه أو الغاز والتي تقلل في هذه الحالة من كفاءة المحطات، وبشكل عام فان الكفاءة العملية لأي نظام يعمل على فروق درجات حرارة مياه البحار والمحيطات تكون في حدود 2-3%.