Кондиционирование воздуха с помощью глубоководной морской воды

Всего 1 м³ морской воды, пропускаемой через установку SWAC, дает столько же охлаждающей энергии, сколько может дать 21 ветряная турбина или солнечная электростанция размером с 68 футбольных полей

Месяц за месяцем, год за годом в мире усиливаются рекордно высокие температуры. В ответ на это растет спрос на кондиционеры. В новом исследовании под руководством IIASA (Международный институт прикладного системного анализа) были изучены преимущества и недостатки кондиционирования воздуха с помощью морской воды как альтернативного решения для охлаждения помещений.

Обычное кондиционирование воздуха (AC) является наиболее распространенной технологией, используемой для охлаждения зданий, и составляет значительную долю потребления энергоресурсов в теплых регионах планеты. Альтернативой ему, которая рассматривается нечасто, является кондиционирование воздуха с помощью морской воды (SWAC) - возобновляемое охлаждение, включающее в себя перекачку морской воды с глубин океана от 700 до 1200 метров на побережье и имеющей температуру от 3 °C до 5 °C даже в тропиках. Морская вода забирает тепло из системы централизованного охлаждения и возвращается обратно в океан.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Energy Efficiency [1], всего 1 м³ морской воды, пропускаемой через установку SWAC, дает столько же охлаждающей энергии, сколько может дать 21 ветряная турбина или солнечная электростанция размером с 68 футбольных полей. Исследователи разработали вычислительную модель и методологию для оценки стоимости охлаждения в разных регионах мира с помощью SWAC, а также оценили возможность использования этой системы для хранения энергии, производимой возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнце.

Результаты показали, что хотя обычные системы кондиционирования воздуха требуют низких начальных инвестиционных затрат, их эксплуатация обходится дорого. При использовании систем SWAC наблюдается обратное: имея более высокие начальные инвестиционные затраты, стоимость энергии, получаемой в ходе их работы, является низкой.

SWAC наиболее эффективны в использовании на небольших островах в тропических регионах мира, где расстояние от побережья до глубин океана невелико, затраты на электроэнергию высоки, а высокая температура окружающего воздуха наблюдается в течение всего года.

Хотя централизованное холодоснабжение подходит только в определенных случаях и применяется в меньшей степени, чем системы централизованного теплоснабжения, низкая стоимость охлаждения, полученная с использованием технологии SWAC, делает его в некоторых случаях довольно привлекательной альтернативой распространенным системам. Возможными пользователями систем охлаждения с технологией SWAC могут быть аэропорты, центры обработки данных, отели и курорты, правительственные и военные объекты, университеты и коммерческие здания.

Полученные данные проведенного исследования также демонстрируют, что избыточное производство электроэнергии с помощью возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, может быть компенсировано колебаниями потока морской воды в трубопроводе электростанций с использованием SWAC.

Холодная вода может содержаться в резервуарах-хранилищах, удовлетворяя потребности в охлаждении в любое время. В течение нескольких месяцев или сезонов, когда потребность в охлаждении невысока, холодная морская вода может использоваться для повышения эффективности чиллера для замораживания морской или пресной воды. В те месяцы, когда потребность в охлаждении высока, как система SWAC, так и энергия, хранящаяся в виде льда в резервуарах, могут удовлетворить текущую потребность в охлаждении.

В дополнение к вышесказанному, в исследовании предлагается модификация обычной конструкции SWAC для повышения ее эффективности, используя более длинные трубопроводы из ПНД. Предложение включает увеличение глубины выемки насосной станцией заборной воды с увеличением скорости и расхода жидкости на входящем трубопроводе.

Хотя стоимость трубопровода пропорциональна квадрату его диаметра, большие трубы представляют больший интерес, чем совокупность маленьких труб, поскольку в этом случае уменьшается трение и площадь теплообмена. Кроме того, затраты на установку и техническое обслуживание трубопровода существенно не меняются при изменении его диаметра.

«Этот подход назвали «высокоскоростным кондиционированием воздуха с использованием морской воды». Такая проектная конфигурация позволяет строить объекты с начальной охлаждающей нагрузкой, которую можно модульно расширять с меньшими дополнительными капитальными затратами».

К другим преимуществам систем SWAC можно отнести их надежность при использовании в качестве непрерывного возобновляемого источника охлаждения, меньшие выбросы парниковых газов при их эксплуатации и сниженное потребление воды. Кроме того, они могут служить дешевой альтернативой крупномасштабному охлаждению в тропических странах, снижая затраты на хранение продуктов питания и зерна. Учитывая недавний интерес к производству водорода и экономике на его основе, SWAC можно даже объединить с заводами по сжижению водорода, снижая потребление энергии в производственных процессах до 10%.

Однако исследователи предупреждают, что, несмотря на широкие возможности и множество преимуществ, у этой технологии также есть недостатки. Например, к возвращению в океан использованной теплой морской воды следует обратить особое внимание, чтобы минимизировать ее воздействие на прибрежную дикую природу. Модернизация инфраструктуры и зданий централизованного холодоснабжения может повлечь за собой высокие капитальные затраты. Также существует риск теплового шока и повышенного содержания биогенных веществ в глубоководных местах выхода теплой морской воды.

«Хотя у этого метода есть свои недостатки, кондиционирование воздуха с помощью морской воды - это инновационная и экологически безопасная технология, обладающая большими возможностями для преобразования ее в эталонную систему охлаждения в тропических регионах, расположенных близко к глубоководным морям».

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1007/s12053-020-09905-0

Источник: ScienceDaily