Месяц за месяцем, год за годом мир продолжает испытывать рекордно высокие температуры. Ожидается, что в ответ на это и усугубляемый ростом населения планеты спрос на кондиционирование воздуха будет продолжать расти. В новом исследовании под руководством IIASA изучались плюсы и минусы кондиционирования воздуха с морской водой как альтернативного решения для охлаждения.
Традиционное кондиционирование воздуха (AC) является наиболее распространенной технологией, используемой для охлаждения и представляет собой значительную долю энергопотребления в более теплых регионах. Альтернативой, которую редко рассматривают, является кондиционирование морской водой (SWAC) - возобновляемая альтернатива для охлаждения, которая включает перекачку морской воды с океанских глубин от 700 до 1200 метров и температурой от 3°C до 5°C к побережью, где он обменивается теплом с системой централизованного охлаждения и возвращает более теплую воду в океан.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Energy Efficiency, всего 1 м³ морской воды на заводе SWAC может обеспечить такое же количество охлаждающей энергии, как 21 ветряная турбина или солнечная электростанция размером с 68 футбольных полей. Исследователи разработали вычислительную модель и методологию для оценки стоимости охлаждения с помощью SWAC по всему миру, а также оценили возможность использования этой системы в качестве альтернативы для хранения энергии из переменных возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия..
Результаты показывают, что в то время как обычные системы кондиционирования воздуха требуют низких первоначальных капиталовложений, но затраты энергии на их эксплуатацию высоки, для систем SWAC верно обратное - хотя первоначальные капиталовложения и затраты на электроэнергию выше, для работы системы низкий.
Основной потенциал для SWAC находится на небольших островах в тропических регионах, где расстояние от побережья до океанских глубин невелико, затраты на электроэнергию высоки, а средние температуры в течение всего года являются обычными. Например, в Пуэрто-Плате, где стоимость электроэнергии составляет 0,16 доллара США за кВтч, стоимость обычного охлаждения переменного тока составляет около 0,08 доллара США за кВтч. Решение SWAC будет стоить 0,042 доллара США/кВтч, что на 48% меньше, чем у традиционных технологий. В Науру, при той же стоимости электроэнергии, решение SWAC будет стоить 0,0185 долл. США/кВтч, что на 77% ниже по сравнению с традиционными технологиями.
Хотя централизованное охлаждение обычно менее жизнеспособно, чем системы централизованного теплоснабжения, низкая стоимость охлаждения с помощью процессов SWAC делает централизованное охлаждение на коротких расстояниях жизнеспособной альтернативой. Возможные клиенты с высокими требованиями к охлаждению для подключения к системам централизованного холодоснабжения SWAC включают аэропорты, центры обработки данных, отели и курорты, правительственные и военные объекты, университеты и коммерческие здания.
Выводы также показывают, что избыточное производство электроэнергии из переменных возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, может быть уравновешено колебаниями потока морской воды в трубопроводе электростанций SWAC. Затем эта холодная вода будет храниться в резервуарах для хранения тепловой энергии для удовлетворения потребности в охлаждении в любое время. В течение месяцев или сезонов, когда потребность в охлаждении низкая, холодная морская вода может использоваться для повышения эффективности чиллера для замораживания морской или пресной воды в резервуарах для хранения. В течение месяцев, когда потребность в охлаждении высока, как система SWAC, так и энергия, хранящаяся в виде льда в резервуарах, могут удовлетворить потребность в охлаждении.
В дополнение к вышеизложенному в документе также предлагается модификация обычной конструкции, которая может повысить эффективность проектов SWAC с длинными трубопроводами, позволяя при этом расширяться для удовлетворения растущего спроса на охлаждение. Предложение включает увеличение глубины котлована насосной станции морской воды, что позволяет увеличить скорость и расход впускного трубопровода морской воды.
«Мы называем этот подход «высокоскоростной кондиционирование морской воды». Такая конфигурация конструкции позволяет строить такие проекты с начальной охлаждающей нагрузкой и модульно расширять охлаждающую нагрузку за счет меньших дополнительных капитальных затрат», - объясняет ведущий автор исследования. Джулиан Хант, который провел это исследование во время своей постдокторской работы в IIASA.
Другие преимущества SWAC включают его надежность в качестве непрерывного возобновляемого источника охлаждения, сокращение выбросов парниковых газов в результате процессов охлаждения и сокращение потребления воды в системах охлаждения. Кроме того, он может служить дешевой альтернативой крупномасштабному охлаждению в тропических странах, где он может снизить затраты на продукты питания и хранение зерна, тем самым помогая снизить уязвимость развивающихся стран к изменению климата. Учитывая недавний интерес к производству водорода и экономике, основанной на водороде, SWAC можно было бы даже объединить с заводами по сжижению водорода, где это могло бы помочь снизить потребление энергии в процессе сжижения водорода до 10%.
Исследователи, однако, предупреждают, что, несмотря на свой потенциал и множество преимуществ, у этой технологии есть и проблемы. Возвращение морской воды, например, должно осуществляться с особой осторожностью, чтобы свести к минимуму ее воздействие на прибрежную дикую природу; модернизация инфраструктуры и зданий централизованного холодоснабжения может повлечь за собой высокие капитальные затраты; и существует риск теплового удара и увеличения содержания биогенных веществ в глубоководном выходе из морской воды.
«Кондиционирование воздуха с морской водой имеет свои проблемы, но это инновационная и устойчивая технология, которая имеет большой потенциал для превращения в эталонную систему охлаждения в тропических регионах, близких к морским глубинам, и поможет удовлетворить наши потребности в охлаждении. в мире потепления», - заключает Хант.