KR101534996B1 - 보강된 해양온도차발전 (ｓｏｔｅｃ) 시스템 효율 증가 - Google Patents
보강된 해양온도차발전 (ｓｏｔｅｃ) 시스템 효율 증가 Download PDFInfo
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Abstract
해양온도차발전(OTEC) 시스템 효율 증가를 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 일부 예시들에서, 시스템은 집열기를 이용하여 열에너지를 수집하고, 집열기 내부의 해수를 가온하고, 가온수를 열기관의 기화기와 같은 OTEC 시스템으로 제공한다. 일부 예시들에서, OTEC 시스템은 전기 및 기타 에너지를 기타 시스템으로 제공하여, 에너지 및 자원의 지속가능한 경제발전 사이클을 창출한다.
Description
관련 출원(들)의 상호-참조
본 출원은, 2010.2.13 출원되고 발명의 명칭이 연료 전 영역 에너지 및 자원 자립인 미국가출원번호 61/304,403; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전해조 및 이의 이용방법인 미국특허출원번호 12/707,651; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전해조 및 이의 이용방법인 PCT 출원번호 PCT/US10/24497; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전기분해 과정에서 핵 형성 제어 장치 및 방법인 미국특허출원번호 12/707,653; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전기분해 과정에서 핵 형성 제어 장치 및 방법인 PCT 출원번호 PCT/US10/24498; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전기분해 과정에서 가스 포획 장치 및 방법인 미국특허출원번호 12/707,656; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전기분해 과정에서 핵 형성 제어 장치 및 방법인 PCT 출원번호 PCT/US10/24499; 및 2009.8.27 출원되고 발명의 명칭이 전해조 및 에너지 자립 기술인 미국가특허출원번호 61/237,476의 우선권 이익을 주장한다. 이들 출원 각각은 전체가 참조로 통합된다.
열대성 해양은 표층 온수 및 심해 냉수 사이 커다란 열기관 작동을 가능하게 한다. 예를들면, 전형적인 표층수 온도는 섭씨 25 내지 27도이고, 전형적인 심해수 온도는 섭씨 4 내지 6도이다. 이러한 온도 차이는 작동유체 기화 및 액화에 있어서 열기관을 조력하여, 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 이러한 시스템을 해양온도차발전(OTEC) 플랜트 또는 시스템이라고 칭한다.
불행하게도, 낮은 에너지 전환 효율, 높은 운전 비용, 기타 등을 포함하여 현재의 OTEC 시스템과 연관된 많은 문제들이 존재한다. 종래 OTEC 플랜트에 적합한 대부분의 해양 지점은 인구 밀집 지역과 크게 떨어져 있어 생산 에너지를 시장으로 수송하기 위한 고비용 및 난해한 메커니즘이 필요하다. 이러한 광범위한 인프라 비용 및 내재적 비효율성은 전 세계적인 에너지 수요에 부응할 수 있는 대규모 운전 시도에 큰 방해가 된다.
상기 문제점을 해결하고 추가적인 이점들 제공할 수 있는 시스템 및 방법이 요망된다. 일부 선행 또는 관련 시스템 예시 및 이와 관련된 제한들은 설명을 위한 것이고 전적인 것은 아니다. 현존 또는 선행 시스템의 기타 한계는 하기 상세한 설명을 독해하는 본 분야의 숙련가에게 명백할 것이다.
본원발명의 일 실시예에서, 해양온도차발전시스템이 제공되며, 상기 해양온도차발전시스템은, 해양에서 물을 수용하고 수용된 물을 이용하여 작동유체를 기화시키도록 구성되는 기화기; 해양 표층보다 낮은 해양 구역에서 물을 수용하고 기화된 작동유체를 응축시키도록 구성되는 액화기; 기화기 및 액화기에 연결되고, 작동유체를 기화기로 제공하고 작동유체를 액화기로부터 수용하도록 구성되는 작동유체 통로; 기화기에 연결되고, 기화된 작동유체를 이용하여 전기를 발생시키도록 구성되는 터빈; 및 기화기에 연결되고, 해양으로부터 물을 수용하여, 상기 물을 해양 표층수보다 더 높은 온도까지 가열하고, 가열된 물을 상기 기화기로 제공하도록 구성되는 집열기를 포함한다.
다른 실시예에서, 해양온도차발전시스템이 제공되며, 상기 해양온도차발전시스템은, 해수를 이용하여 전기를 발생시키도록 구성되는 열기관; 및 해수의 온도를 상승시키고, 가열된 물을 열기관의 기화기로 이송하도록 구성되는 집열기를 포함한다.
다른 실시예에서, 해양온도차발전시스템 작동 효율을 증가시키는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 해양으로부터 집열기로 물을 수용하는 단계; 수용된 물을 집열기에서 가온하는 단계; 및 가온된 물을 해양온도차발전시스템으로 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제공하는 단계는, 태양열에너지전환시스템의 기화기에 상기 가온된 물을 제공하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 집열기 조립체가 제공되며, 상기 집열기 조립체는, 해수를 상기 집열기 조립체로 수용하고, 수용된 해수를 집열기 조립체 내에 유지시키도록 구성되는 채널; 채널을 둘러싸며, 수용된 해수를 가열하도록 구성되는 태양에너지 포획부; 및 가열된 해수를 해양온도차발전시스템으로 이송하도록 구성되는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 가열된 해수를 해양온도차발전 시스템의 기화기로 이송한다.
도 1A는 본 개시의 양태들에 따른 보강된 해양온도차발전시스템을 보이는 블록도이다.
도 1B는 본 개시의 양태들에 따른 해양-기반 전 영역 시스템을 보이는 블록도이다.
도 1C는 본 개시의 양태들에 따른 지속가능한 경제발전 생산통합시스템을 보이는 블록도이다.
도 1D는 본 개시의 양태들에 따른 지속가능한 경제발전 해양-기반 생산통합시스템을 보이는 블록도이다.
도 1E는 본 개시의 양태들에 따른 태양에너지 해양온도차발전시스템을 보이는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 양태들에 따른 해양온도차발전시스템 효율 증가 방법을 보이는 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 양태들에 따른 집열기 조립체(집열기) 일부 단면 개략도이다.
도 4는 본 개시의 양태들에 따른 밀폐 에어셀들을 가지는 집열기 조립체 측면개략도이다.
도 5는 본 개시의 양태들에 따른 절연 공간들 내부 웹(web)을 가지는 집열기 측면개략도이다.
도 6A는 본 개시의 양태들에 따른 선형 렌즈를 가지는 집열기 조립체 일부 단면 개략도이다.
도 6B는 본 개시의 양태들에 따른 집열기 조립체를 위한 가압가스 생성기구를 보이는 개략도이다.
도 7는 본 개시의 양태들에 따라 다양한 해류로 이용되는 집열기를 보이는 개략도이다.
도 8A는 본 개시의 양태들에 따른 보강 OTEC 시스템 평면개략도이다.
도 8B는 본 개시의 양태들에 따른 다중 집열기 조립체들을 가지는 보강 OTEC 시스템 평면개략도이다.
도 8C는 본 개시의 양태들에 따른 태양열에너지전환시스템 평면도이다.
도 9는 본 개시의 양태들에 따른 다중 나선 조립체들에 의해 보강된 OTEC 플랜트(900) 평면개락도이다.
도 10은 본 개시의 양태들에 따른 집열기 바지선(barge)에 의해 보강된 OTEC 플랜트 평면개략도이다.
도 11은 본 개시의 양태들에 따라 열기관에 의해 사용되는 작동유체를 직접 가열하는 집열기 조립체(1100) 측면개략도이다.
도 12는 본 개시의 양태들에 따라 집열기 조립체들에 의해 보강된 육지-기반 OTEC 플랜트(1200) 평면개략도이다.
도 13은 본 개시의 양태들에 따라 지질학적 형성으로 인한 열에 의해 보강된 OTEC 플랜트를 보이는 개략도이다.
도 14는 본 개시의 양태들에 따라 지열에너지에 의해 보강된 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다.
도 15는 본 개시의 양태들에 따라 기타 에너지 발생시스템과 통합된 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다.
도 16은 본 개시의 양태들에 따라 메탄 방출 메커니즘과 통합된 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다.
도 1B는 본 개시의 양태들에 따른 해양-기반 전 영역 시스템을 보이는 블록도이다.
도 1C는 본 개시의 양태들에 따른 지속가능한 경제발전 생산통합시스템을 보이는 블록도이다.
도 1D는 본 개시의 양태들에 따른 지속가능한 경제발전 해양-기반 생산통합시스템을 보이는 블록도이다.
도 1E는 본 개시의 양태들에 따른 태양에너지 해양온도차발전시스템을 보이는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 양태들에 따른 해양온도차발전시스템 효율 증가 방법을 보이는 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 양태들에 따른 집열기 조립체(집열기) 일부 단면 개략도이다.
도 4는 본 개시의 양태들에 따른 밀폐 에어셀들을 가지는 집열기 조립체 측면개략도이다.
도 5는 본 개시의 양태들에 따른 절연 공간들 내부 웹(web)을 가지는 집열기 측면개략도이다.
도 6A는 본 개시의 양태들에 따른 선형 렌즈를 가지는 집열기 조립체 일부 단면 개략도이다.
도 6B는 본 개시의 양태들에 따른 집열기 조립체를 위한 가압가스 생성기구를 보이는 개략도이다.
도 7는 본 개시의 양태들에 따라 다양한 해류로 이용되는 집열기를 보이는 개략도이다.
도 8A는 본 개시의 양태들에 따른 보강 OTEC 시스템 평면개략도이다.
도 8B는 본 개시의 양태들에 따른 다중 집열기 조립체들을 가지는 보강 OTEC 시스템 평면개략도이다.
도 8C는 본 개시의 양태들에 따른 태양열에너지전환시스템 평면도이다.
도 9는 본 개시의 양태들에 따른 다중 나선 조립체들에 의해 보강된 OTEC 플랜트(900) 평면개락도이다.
도 10은 본 개시의 양태들에 따른 집열기 바지선(barge)에 의해 보강된 OTEC 플랜트 평면개략도이다.
도 11은 본 개시의 양태들에 따라 열기관에 의해 사용되는 작동유체를 직접 가열하는 집열기 조립체(1100) 측면개략도이다.
도 12는 본 개시의 양태들에 따라 집열기 조립체들에 의해 보강된 육지-기반 OTEC 플랜트(1200) 평면개략도이다.
도 13은 본 개시의 양태들에 따라 지질학적 형성으로 인한 열에 의해 보강된 OTEC 플랜트를 보이는 개략도이다.
도 14는 본 개시의 양태들에 따라 지열에너지에 의해 보강된 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다.
도 15는 본 개시의 양태들에 따라 기타 에너지 발생시스템과 통합된 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다.
도 16은 본 개시의 양태들에 따라 메탄 방출 메커니즘과 통합된 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다.
본 출원은, 2004.11.9 출원되고 발명의 명칭이 다중연료 저장, 계량 및 점화 시스템(대리인관리번호 69545-8013US)인 미국가특허출원번호 60/626,021 및 2009.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전 영역 에너지(대리인관리번호 69545-8001US)인 미국가특허출원번호 61/153,253의 주제 전체를 참고로 본원에 통합한다. 또한 본 출원은 다음 각각의 미국특허출원들의 주제 전체를 참고로 본원에 통합한다: 2010.8.16 출원되고 동시 계속 중이며 발명의 명칭들은: 유체이송시스템 특성 검출 방법 및 장치(대리인관리번호 69545-8003US); 에너지, 물질 자원 및 영양 체제 생산을 위한 자생 시스템 및 공정의 포괄적 비용 모델링(대리인관리번호 69545-8025US); 전해조 및 이의 이용방법(대리인관리번호 69545-8026US); 재생 에너지, 물질 자원 및 영양 체제의 통합적 생산을 통한 지속가능한 경제발전(대리인관리번호 69545-8040US); 재생 에너지 전 영역 통합 생산을 통한 지속가능한 경제발전을 위한시스템 및 방법(대리인관리번호 69545-8041US); 재생 물질자원 전 영역 통합 생산을 통한 지속가능한 경제발전(대리인관리번호 69545-8042US); 탄화수소 수화물 적층체 수확을 위한 가스수화물 전환시스템(대리인관리번호 69545-8045US); 물질 저장 및/또는 여과 장치 및 방법(대리인관리번호 69545-8046US); 거주 지원 에너지 시스템(대리인관리번호 69545-8047US); 에너지 전환 조립체들 및 관련 이용 및 제조 방법(대리인관리번호 69545-8048US); 및 내부 보강 구조 복합체 및 관련 제조 방법(69545-8049US)이다.
개관
보강된 해양온도차발전(SOTEC) 시스템이 기술된다. 일부 실시예들에서, 본 시스템은 열기관으로 공급되는 해수, 따라서 기화기로 공급되는 해수를 가온하는 집열기를 포함한다. 가온수로 인하여 기화기는 작동유체를 기화시키고 터빈을 추진시켜, 무엇보다도 전기를 발생시킨다. 집열기를 이용하는, 본 시스템은 해양 표층수보다 높은 온도의 표층수를 열기관으로 공급한다. 이에 따라 기화기로 공급되는 물 및 열기관 액화기로 공급되는 해양 아래 구역으로부터의 물과의 온도차가 커지고, 다른 이점들보다도 온도차발전시스템 효율이 증가된다. 따라서, 본 시스템은, 일부 실시예들에서, 전기, 수소, 기타 등 생산을 위하여 태양 및 기타 형태의 에너지를 활용하여 지속가능한 경제발전을 위한 적당한 가격의 보증적 에너지를 제공한다.
일부 실시예들에서, 본 시스템은 다양한 에너지원들 및 생성(generative) 시스템 사이 에너지 교환 메커니즘으로 작동유체와 같은 다양한 OTEC 시스템 요소들을 활용한다. OTEC 시스템 및 기타 시스템의 보강 통합으로 다양한 에너지원들은 OTEC 시스템 운전 효율을 증가시키고, OTEC 시스템은 이에 따라 다양한 생성 시스템의 생산효율을 증가시킨다. 본 시스템은, 따라서, 무엇보다도 해양 자원의 지속가능한 경제적 이익을 실현할 수 있다.
일부 실시예들에서, SOTEC 시스템은 기타 활용 및 이점들 무엇보다도 다음과 같은 이점들을 제공한다:
화석연료들에 대한 현재 의존도를 극복할 수 있는 지속가능한 에너지 전환시스템 구축을 위해 잠재적으로 풍부한 거부감이 있는 중합성 재료의 쓰레기들을 통합;
화석연료들에 대한 현재 의존도를 극복할 수 있는 지속가능한 에너지 전환시스템 구축을 위해 잠재적으로 풍부한 고 내구성 재료들을 활용;
해안 인구 밀집 지역에 가까운 지점에 OTEC 플랜트의 경제적 운전 제공;
종래 OTEC 플랜트에 사용되었던 펌프 및/또는 기타 보조 동력 요건들 감소;
해수 증발 냉각 방지;
대면적의 해수 증발 방지를 위한 자체-강성화(self-rigidizing) 구조체 제공;
집열기 사용에 의한 해수 온도 증가로 OTEC 시스템 작동 효율 증가;
태양에너지로부터 열을 추가 제공하여 해수 또는 기타 작동유체 온도를 증가시켜 OTEC 시스템 작동 효율 증가;
다른 열기관으로부터 열을 추가 제공하여 해수 또는 기타 작동유체 온도를 증가시켜 OTEC 시스템 작동 효율 증가;
전기화학적 공정으로부터 열을 추가 제공하여 해수 또는 기타 작동유체 온도를 증가시켜 OTEC 시스템 작동 효율 증가;
OTEC 운전으로 재생 연료들 제공 및 대륙 전역의 종래 파이프라인망에 의한 연료 분배;
OTEC 운전으로 재생 연료들 제공, 고갈된 천연가스 및 오일 저장소에 연료 저장, 및 대륙 전역의 종래 파이프라인망에 의한 연료 분배;
태양에너지 포획을 위한 박막 및 가스 절연 조립체들 활용;
해양온도차발전 기술시스템에서 해수 증발 냉각 감소를 위한 장벽 층들 활용;
OTEC 적용에서 임의의 열사이클에 따라 작동하는 열기관 총 효율 증가;
해양온도차발전 기술시스템에서 해수 대류 냉각 감소를 위한 장벽 층들 활용;
태양에너지 포획 및 열기관 작동유체가 이러한 태양에너지에서 수용하는 에너지 함량 증가를 위한 을 위한 박막 및 가스 절연 조립체들 활용;
해양온도차 기술시스템 효율 개선을 위한 표면 근처 해수 온도 증가;
해양온도차 기술시스템 투자 회수 개선을 위한 해수면 근처 해수 온도 증가;
에너지 전환 프로세스에 사용되는 작동유체의 에너지-전환 잠재성 증가를 위한 열 공급 내연기관 활용;
에너지 전환 프로세스에 사용되는 가스의 에너지-전환 잠재성 증가를 위한 열 공급 연소 활용;
해양온도차발전 프로세스에 사용되는 작동 유체의 운동에너지 증가를 위한 열 공급 내연기관 활용;
고품질의 전기 생산 과정에서 저비용 에너지 여러 공급원들의 통합;
고품질의 수소 생산을 위한 저비용 에너지 여러 공급원들의 통합;
저장된 에너지의 신속한 생산 제공;
현존 및 새로운 파이프라인에 있는 천연가스로 상호 교환 선적을 위한 파이프라인 품질의 수소 생산;
현존 및 새로운 파이프라인에 있는 천연가스로 상호 교환 선적을 위한 파이프라인 품질의 메탄 생산;
에너지 전환 프로세스로부터 경제 개발 및 환경 보호 이점들 발생 및 도출;
재생 시스템으로서 전해조 운전;
압력 전개 개선을 위한 가스화 가능한 전구 물질들 압축에 의한 이송 연료 가압;
전기분해에 의한 물질 가압;
전기분해에 의해 생성된 에너지로 이송 연료 가압;
에너지 전환 체제에서 열화학적 프로세스 제공;
태양에너지 및/또는 기타 에너지원들의 수소 및/또는 전기로의 매력적(rugged)이고, 절대 안전하고, 저렴한 전환 제공;
전기 및 수소 생산 시스템에서 흔한 피스톤 및 터빈 엔진 활용;
회전식 전기장치로부터의 열 전달을 위한 수소 활용;
탄화수소 배출 해결을 위한 수소 활용;
열기관으로부터의 질소화합물 배출 해결을 위한 수소 활용;
열기관으로부터의 미립자 배출 해결을 위한 수소 활용;
열기관으로부터의 탄소화합물 배출 해결을 위한 수소 활용;
혼성화 및 분배 에너지 적용 분야에서 발전기 효율 개선을 위한 수소 활용.
본 시스템의 다양한 실시예들이 기술될 것이다. 하기 설명은 이들 실시예들에 대한 완전한 이해 및 구현 가능한 설명을 제공한다. 그러나 본 분야의 숙련가들은 본 시스템이 이러한 많은 상세 사항 없이도 실현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 일부 공지된 구조체 또는 기능들은 다양한 실시예들에 대한 관련 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 상세하게 도시되거나 설명되지 않는다.
하기 설명들에 사용되는 기술용어는, 비록 본 시스템의 소정의 특정 실시예들의 상세한 설명과 연관되어 사용되지만, 합리적인 광의 방식으로 해석되어야 한다. 소정의 용어들은 하기에 강조될 수 있지만, 임의의 제한된 방식으로 해석되는 임의의 기술용어는 본 상세한 설명 부분에 명백하고도 특정하게 규정될 것이다.
보강된 해양온도차발전(
SOTEC
) 시스템
도 1A는 보강 해양온도차발전(SOTEC) 시스템(100)을 보이는 블록도이다. SOTEC 시스템(100)은 OTEC 시스템 또는 플랜트(110) 및 태양에너지, 열, 자원, 기타 형태의 재생 에너지, 기타 등의 보강과 같은 보강체제(supplement, 102)를 포함한다.
다시, OTEC 시스템은 에너지, 자원, 및 기타 이점들을 다양한 보강 공급원으로 제공한다. 예를들면, OTEC 시스템은 전기를 전해조로 공급하거나 암모니아를 연료 저장 센터로 제공한다. 따라서, 본 시스템은 기타 이점들 중에서도 자원의 지속가능한 경제발전을 가능하게 하는 에너지 및 자원 순환 경로를 제공한다 .
OTEC 시스템(110)은 전기 및 기타 자원을 생성하기 위한 열기관 요소들, 물 수송 요소들, 기타 등과 같은 다양한 요소들을 포함한다. 다양한 상이한 형태 및 구성들이 하기되는 보강체제(102)는 에너지를 시스템(110)으로 제공하여 기타 이점들 중에서도 OTEC 시스템 운전 효율을 높인다.
일부 실시예들에서, 본 시스템은 수소, 탄소, 및 기타 자원을 지속적으로 생산할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 자원의 지속가능한 생산 과정 및 결과로 에너지를 활용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 정제 재생 에너지를 시스템으로 주입하여 지속가능한 경제발전, 따라서, 시스템 내의 공급원료, 자원, 및 기타 물질에 대한 경제적 배가효과를 달성할 수 있다. 따라서, 본 시스템은 해양 및 기타 물-기반 지역에서 사용되는 전-영역 시스템이다.
더욱 상세하게는, 도 1B는 재생 에너지 생산 및 물질 자원 분리를 위한 전 영역 에너지 단지(Park, 119), 재생 영양 체제(사람, 동물 및 식물 영양) 및 에너지 공급원료 생산(바이오매스, 바이오폐기물 및 바이오연료)을 위한 전 영역 농산업(Agribusiness) 네트워크(121), 및 지속가능한 물질 자원 생산 및 무-배출 제조를 위한 전 영역 산업 단지(123)를 포함한3개의 상관 시스템들로 구성되는 전 영역 통합 생산 시스템(113)을 도시한 것이다.
도 1B는 시스템(119, 121, 123) 통합으로 이들 시스템 간의 에너지, 물질 및 정보 교환이 가능한 시스템(113)을 보인다. 통합 시스템(113), 및 특히 시스템(119) 내에서의 방법은, 매우 큰 열기관으로 효율적으로 기능하기 위한 열역학적 전체-시스템을 형성하도록 열적으로 연결된 다중 상관 열기관의 열역학적 특성을 활용하여 호의적인 생산 능력 및 효율의 증가를 달성할 수 있다. 시스템(113) 내부에서, 시스템(119)은 특히 태양열, 지열, 해양열, 및 기관 열원들 간 상승적 연계를 달성하도록 전용되어 특정선정 부지의 총 가용 재생 에너지 출력을 증가시키고, 에너지 및 분리된 물질 자원을 시스템(121 및 123)으로 제공한다.
전 영역 에너지 단지(119)는 단일 거대 열기관으로 효율적으로 기능하도록 열적으로 연결되고, 이들 시스템 및 부시스템은 둘 이상의 단계들에서 가열되는 작동유체를 사용하여 에너지 증폭 다단계(cascade)를 설정하도록 상호 관련된다. 시스템(119)의 총 가용 재생 에너지 출력은 조직적으로 작동유체들을 태양, 지질, 기관, 및 기타 열원들 간에 이동시켜 폭포효과를 달성하여 작동유체의(온도, 압력, 순도, 상변이, 및 에너지 전환 효율과 같은) 열역학적 특성을 최적화한다. 한 단계의 에너지 출력은 다른 단계의 핵심 프로세스에 재-공급되고 재생 또는 자생적 방식으로 작동되어 운전 효율 및 경제성을 증가시킨다.
전 영역 에너지 단지(119) 기능은 다음을 포함한다: 태양, 풍력, 이동수, 지열, 바이오매스, 및 내연기관과 같은 재생 에너지원들에서 운동, 열, 및 복사 에너지 형태 수확, 전환 및 저장으로 시스템 내에서 자생 또는 재생 에너지 다단계 설정을 통하여 임의의 하나의 재생 에너지원만의 수확, 전환 및 저장으로 달성될 수 없는 집합적이고 상승적 이점들 도출할 수 있다. 자생 또는 재생 에너지 방법들은 시스템(119, 121, 123)에서 구현된다. 더욱이, 시스템(119)은 시스템(121 및 123)에서 사용되는 수많은 화학물질들의 물질 자원 분리에 관한 것이다. 예를들면, 열화학적 재생은 원재료인 탄소를 분리하는 수단으로 활용되고(분리는 시스템(119, 121, 123)에서 가능하다) 이는 연속하여 시스템(123)에서 내구 제품들 제조 생산에 사용된다. 다른 예시에서, 또한 열화학적 재생은 질소 및 미량 광물들 추출 수단으로도 활용되어 이는 시스템(121)에서 식물 비료 제조 생산에 사용된다. 더욱이, 시스템(119)은 전형적으로는 바이오-메탄 가스 및/또는 수소 가스 저장, 수송 및 시스템(119, 121, 123)에서 내연기관 및/또는 전력 생성 및/또는 수송을 위한 연료전지 용도의 연료로 주문형 사용을 위한 바이오폐기물, 바이오매스 및 바이오연료 전환에 관한 것이다.
태양열, 지열, 해양열, 및 기관 열원들을 조작하여 육지-기반 및 해양-기반의 다양한 기후 지역에서 시스템(113) 설립을 위한 매우 적응적 통합 플랫폼을 제공한다. 따라서 위치 적응 개선을 위한 공학은 재생 에너지 수확의 총 가용도 증가를 가져오며 따라서 구역, 지역, 국가 및 세계 경제를 위한 경제적으로 실행 가능한 해결책을 제시한다.
시스템(121)에서 식품 생산은 육지 및 해양에서 가능하다. 작물농장, 가축농장, 목장, 돈육 및 닭고기 생산을 위한 산업 생산 시설, 담수어업, 원양어업, 낙농, 기타 등은 시스템(119)에서 생산되는 에너지 소비자로 시스템(119)과 연계될 수 있고, 그러나 다시 재생 에너지 및 재생 물질 자원으로 전환되기 위하여 시스템(119)으로 공급되는 폐기 부산물을 생산할 수 있다. 더욱이, 시스템(121)은 조류, 잡초(switch grass) 및 기타 작물들과 같은 이러한 바이오연료 작물을 위한 에너지 공급원료 생산 증가 예를들면 광합성-기반 에너지 수확 가능성 증가에 관한 것이다. 물 생산, 정제, 및 보존 방법 및 장치들이 생산 시스템(119, 121, 123) 각각에서 적용된다. 그러나, 이들은 식품 생산에서 대량의 물 요건을 만족시키고 종래 식품 생산 방법에 의한 폐기물 및 오염을 원인으로 입증된 문제인 유지 불가능을 해결하기 위하여 시스템(121)의 중요 요소들이다.
시스템 일체화는 천연 자원 고갈을 피하고 생산 부산물로 공해 및 독성 배출과 같은 파괴적 환경 영향을 감소시키거나 제거하기 위한 재생 방법들을 이용하여 에너지, 물질 자원 및 영양 체제의 생산 증가로 정의되는 “지속가능성”을 높인다. 지속가능성은 현재 소비자의 즉시적인 단기적 이익만을 아니라 미래 세대의 장기적 복지를 위한 실현 가능한 에너지, 물질, 및 식품의 생산 방법들을 요구한다
시스템 일체화로 인하여, 다수의 집합적 부지 반복적 설정 및 다양한 기후 지역에 대한 크게 개선된 적응도(즉, 온도, 열대성 및 북극 기후의 가변적 자원 특성을 수용에 의한 적응적 재생 에너지 수확)로 인한 가용 선정 부지 수의 증가 가능성으로 달성될 수 있는, 에너지, 물질, 및 식품의 상당한 생산 증가로 정의되는 “경제적 확장성”을 위한 생산 능력 증가가 가능하다. 이러한 경제적 확장성은 계속적으로 급증하는 인구 및 급증하는 개발국가들의 에너지 요구를 유지하기 위한 지구의 환경수용력(earth’s carrying capacity) 증가를 위하여 필요하다. 성공적인 적용을 위하여, 이러한 생산 방법들 및 위치들은 즉시적으로 사용 가능하고, 종래 화석연료 및/또는 핵 에너지원들을 사용하는 것과 비교하여 현재의 에너지, 물질, 및 식품 생산 수단에 대한 경제적으로 실현 가능한 대안을 제시하여야 한다.
더욱이 시스템 일체화로 인하여 에너지 생산(119), 물질 생산(123), 및 식품 생산(121)의 무-배출 및 무-폐기물 방법이 가능하다: 시스템(121)에서 발생하고, 달리 연소, 매립, 또는 쓰레기 매립지, 대수층, 시냇가, 바다로 투기, 또는 오염물질로 대기 방출되는 유기 폐기물은 대신 조직적으로 시스템(119)의 바이오매스, 바이오폐기물, 및 바이오연료 전환시스템으로 전달되고; 시스템(119)에서의 에너지 및 분리된 재료 자원은 내구 제품들 생산을 위한 시스템(123)으로 전달되고; 또한 시스템(119)에서의 에너지 및 분리된 재료 자원은 시스템(121)으로 전달되어 육지 및 해양에서 사람, 동물 및 식물 성장을 위한 영양 체제 생산에 이용된다.
시스템 일체화는 이들 기능이 상호의존적 전체로서 작용하도록 에너지 생산을 식품 생산 및 물질 자원 생산과 의도적으로 연계하는 단일 경제적 생산 단위를 설립한다.
따라서 전 영역 통합 생산 시스템은 다른 경쟁적 재생 에너지 인프라가 현재 없거나, 제조 역량이 부족하고 실업이 일상적이거나, 식품 생산이 부족하고 빈곤 및 영양실조가 일상적인 지역 또는 사회에 설립되기에 적합하다. 이러한 통일된 경제적 생산 방법을 도입하는 목적은 국내총생산(GDP)과 이와 동반되는 삶의 질을 높이는 것이고, 체계적으로 유의미한 고용을 동반한 개선된 삶의 길과 함께 일자리를 만드는 것이다.
더욱이, 시스템 일체화는 공해 및 환경을 열악하게 하는 연소, 매립, 및 투기의 종래 폐기물 작업을 중단하도록 상호 의존적으로 전체로 기능하도록 폐기물 관리와 에너지 전환 작업을 의도적으로 연계하는 단일 경제 생산 단위를 설정한다.
전 영역 통합 생산 시스템은 전체 시스템에 걸쳐 일체화 작업으로 지속가능한 폐기물-에서-에너지 전환 활용을 도입한다. 이러한 일체화 시스템의 목적은 천연 환경 보호, 유한 천연 자원 보존, 전염병 감소, 및 대지, 수질 및 공기 오염 감소(기후 변화 주범인 메탄 및 CO2와 같은 온실 가스 감소 포함)에 있다.
전 영역 통합 생산 시스템(113)은 인간-시스템 생산 환경이 자연 생태계를 모방한 “산업 생태계” 달성 수단을 제공하고: 여기에서 에너지 및 물질은 시스템들 간에 이동되고 폐회로 방식으로 그러나 전체 시스템은 태양(태양열), 육지(지열), 해양(해양열), 및 바이오매스 전환(엔진 열) 시스템에 의해 제공되는 재생, 지속가능한 에너지에 개방되는 방식으로 폐기물은 새로운 프로세스로 유입된다.
도 1C는 해양-기반 전 영역 시스템(113) 요소들을 보이는 블록도이다. 전 영역 시스템(113)은 재생 에너지 생산을 위한 에너지 단지(119)를 포함한다. 일부 경우들에서, 에너지 단지는 OTEC 시스템이다. 일부 경우들에서, 에너지 단지는 태양에너지원들, 풍력원들, 조력원들, 지열에너지원들, 기관들, 바이오연료원들, 기타 등과 같은 재생 에너지원들을 포함한다.
또한 전 영역 시스템은 재생 물질자원 생산을 위한 산업 단지(123)를 포함한다. 일부 경우들에서, 산업 단지는 탄소, 수소, 메탄, 기타 등과 같은 다양한 자원을 생성할 수 있다. 또한 전 영역 시스템은 지속가능한 농업, 어업, 및 목축업과 같은 재생 영양 체제 생산을 위한 농산업 네트워크(121)를 포함한다.
더욱 상세하게는, 도 1C는 지속가능한 경제발전을 위한 전 영역 통합 생산 시스템(113)을 보이는 블록도이고, 여기에는 영양 체제(예를들면, 사람, 동물, 또는 식물 영양을 위한 생산물) 생산 및 물질 자원(예를들면, 수소 및 탄소) 생산이 동반되는 에너지(예를들면, 전기 및 연료) 생산을 포함한다. 시스템(113)은 각각의 부-시스템의 에너지, 물질 및/또는 부산물 일부 또는 전부를 획득하고 재주입하는 자생적 다단계 에너지 전환을 적응적으로 제어하는 통합적 및 상호의존적 부-시스템으로 구성된다. 따라서, 외부 에너지 또는 물질 자원 도입 없이 또는 최소로 도입되면서 시스템(113)의 연속적 운전이 유지된다. 시스템(113)은 지속가능한 경제발전을 가능하게 하는 재생 에너지 이용, 식품 생산, 및 물질 자원 생산에 대한 산업 생태계 예시이고, 기타 이점들 중에서도 에너지, 식품, 및 물질 자원 생산이 종래 기술을 이용하는 것보다 더 크다.
전 영역 에너지 단지(119)는 재생 에너지원(129)(예를들면, 태양, 바람, 이동수, 지열, 차단 열)로부터의 에너지 포획 방법들, 재생 공급원료(131)(예를들면, 바이오폐기물(145), 바이오매스(143))로부터의 에너지 생산방법들 및 물질 자원(예를들면, 수소(133), 탄소(135), 기타 물질 자원 예를들면 미량 광물들(137), 순수(139)) 생산 방법들을 포괄한다. 에너지 생산에 있어 상승효과를 주는 자생적 다단계 에너지 전환의 적응적 제어 방법들을 이용하여 에너지는 저장, 회수 및 수송된다. 에너지 수확 및 생산 프로세스 과정에서, 물질 자원(예를들면, 수소 및 탄소)이 재생 에너지 생산에 사용되는 바이오폐기물 및 바이오매스 공급원료로부터 분리된다. 전 영역 에너지 단지(119)는 상기 에너지 및 상기 자원을 저장, 회수, 수송, 감시, 및 제어하여 에너지, 물질 자원 및 영양 체제의 생산에 있어서 효율을 개선시킨다.
일부 생산된 에너지(129, 131)는 전 영역 농산업 네트워크(121)로 공급된다. 일부 생산된 에너지(129, 131)는 전 영역 산업 단지(123)로 제공된다. 일부 생산된 에너지(129, 131)는 전 영역 에너지 단지(119)로 재도입된다. 일부 생산된 에너지(201, 131)는 외부 수령인들(external recipients)에게 공급 및/또는 국가 전기망 및/또는 국가 가스 파이프라인에 추가된다.
전 영역 농산업 네트워크(121)는 전 영역 에너지 단지(119)에 의해 생산된 재생 에너지를 수용하여 농장, 축산목장, 및 어장 부-시스템 기능을 가동시킨다. 이것은 농장 설비, 차량, 보트 및 배, 조명, 열, 기계설비, 기타 등을 위한 전기를 위한 재생 연료들을 포함한다.
전 영역 농산업 네트워크(121)는 전 영역 에너지 단지(119)에 의해 생산된 기타 물질 자원(예를들면, 미량 광물들(137)) 및 순수(139)와 같은 물질 자원 및 부산물을 수용하여 농장, 축산목장, 및 어장 부-시스템에서 영양 체제를 풍성하게 하고 식물 작물(149) 및 동물 작물(151) 생산에 있어서 효율을 증가시킨다.
전 영역 농산업 네트워크(121)는 에너지 공급원료를 수확하고 이것을 전 영역 에너지 단지(119)로 공급하여 재생 에너지 생산에 사용되도록 한다. 적합한 공급원료는 바이오매스(143)(예를들면, 수확작물(crop slash)), 바이오폐기물 145(예를들면, 오물, 농업폐기수, 고기도축 폐기물, 어장 폐수), 바이오연료 비축물(stock, 147)(예를들면, 조류, 잡초), 기타 등을 포함한다.
전 영역 산업 단지(123)는 전 영역 에너지 단지(119)에서 생산된 재생 에너지를 이용하여 지속가능한 물질 자원 생산 및 무-배출 제조 기능을 가공한다. 이것은 내연기관(예를들면, 고정 기관들, 차량)을 위한 재생 연료들 및 조명, 열, 기계설비, 기타 등을 위한 전기를 포함한다.
전 영역 산업 단지(123)는 전 영역 에너지 단지(119)에서 수용한 물질 자원(133, 135) 및 부산물(137)을 투입하여 추가적인 물질 자원(예를들면, 디자이너(designer) 탄소(157) 및 산업 다이아몬드 159)을 생산한다.
전 영역 산업 단지(123)는 전 영역 에너지 단지(119)에서 받은 물질 자원 및 부산물을 이용하여 태양열 장치(155), 풍력 터빈(155), 수력 터빈(155), 전해조(155), 내연기관 및 발전기(155), 자동차, 선박 및 트럭 부품들(161), 반도체(163), 나노기술제품(165), 농장 및 어장설치(167), 기타 등을 포함한 탄소-기반의 녹색 에너지 기계류(155)를 제조한다.
전 영역 산업 단지(123)는 일부 또는 모든 이러한 생산물 및 부산물을 전 영역 에너지 단지(119) 및 전 영역 농산업 네트워크(121)에 제공한다.
전 영역 에너지 단지(119)는 전 영역 산업 단지(123)에서 생산되고 제공되는 태양열 장치(155), 풍력 터빈(155), 수력 터빈(155), 전해조(155), 내연기관 및 발전기(155), 기타 등을 이용하여 재생 에너지를 생산한다.
전 영역 농산업 네트워크(121)는 전 영역 산업 단지(123)에서 생산되고 제공되는 내연기관 및 발전기(155), 농장 및 어장 설비(167) 및 기타 장치들을 이용하여 영양 체제를 생산한다.
전 영역 통합 생산 시스템(113)에 의해 생산되는 에너지는 재생 에너지를 추가로 생산하기 위한 재도입 에너지를 포함하여 모든 부-시스템을 위한 동력을 제공한다. 동시 발생된, 시스템(113)에서 생산된 일부 또는 모든 생산물 및 부산물은 모든 부-시스템 작동에 도입된다. 동시에, 시스템(113)에서 생산된 폐기물이 획득되어 모든 부-시스템 기능을 위한 공급원료로 사용된다. 본 통합적 및 상호의존적 부-시스템은 적응 제어를 활용하여 자생적 다단계 에너지 전환 및 물질 자원의 자생적 재생를 관리한다. 따라서, 본 시스템은 일정하게 재생 에너지, 지속가능한 물질 자원, 및 기타 부산물을 부-시스템(에너지 단지, 농산업 네트워크, 산업 단지)의 다른 공급원료 및 프로세스에 재도입한다. 이러한 방식으로, 시스템(113)은 종래 수단으로 달성 가능한 것보다 시스템 내 다양한 자원으로부터 더 많은 제공 에너지 및 자원을 활용한다. 이러한 산업적 공생으로 시스템 내 재생 공급원료 및 부산물 소스로부터 활용되는 다양한 자원 및 에너지 정도에 상승효과을 일으키고, 가치를 부여하고, 비용을 낮추며, 기타 이점들 중 무엇보다 환경을 개선할 수 있다.
도 1D는 해양-기반 시스템을 위한 다양한 예시적 기능 구역들을 보이는 전 영역 통합 생산 시스템(113)을 개략적으로 도시한 것이다. 도시된 시스템은 다단계 에너지 전환 및 물질 자원의 자생적 재생 및 영양 체제 생산의 적응 제어를 가지는 육지 또는 해양에서의 통합 생산 시스템을 포함한다. 본 시스템은 재생 에너지원으로부터 에너지 수확 및/또는 발생 및 재생 공급원료로부터 물질 자원 수확 및 상기 에너지 및 물질 자원의 저장, 회수, 수송, 감시 및 제어를 통한 에너지, 물질 자원, 및 영양 체제의 생산에서 효율 개선 목적의 기능 구역들을 포함한다. 아래 표는 예시적 기능 구역들과 연관된 예시적 출력, 시스템 및 수단을 나열한 것이다. 다음 표는 전 영역 통합 생산 시스템 기능 구역들을 보이는 것이다.
일부 실시예들에서, 보강체제(102)는 태양에너지로부터 열을 생성, 획득된 열을 OTEC 플랜트(110)로 제공하는 조립체이다. 도 1E는 보강체제(102)로서 태양에너지를 이용하는 보강 해양온도차발전시스템을 보이는 블록도(105)이다.
OTEC 플랜트(110)는 기화기(111), 액화기(112), 터빈(113), 작동유체(130)를 포함하고 기타 요소들로/부터 이를 이송하는 도관들(114, 115, 116), 및 작동유체를 액화기에서 기화기로 이송시키는 선택적 펌프(117)를 포함한다. 또한 OTEC 플랜트(110)는 해양 표면으로부터 비교적 가온수(145)를 기화기(111)로 이송시키는 표층수 입구 파이프(140), 및 해양 심층으로부터 비교적 냉수(155)를 액화기(112)로 이송시키는 심층수 입구 파이프(150)를 포함한다.
집열기(120)는 표층수 입구 파이프(140)와 연결된다. 집열기(120)는 표층수(145)를 수용하고, 표층수를 더 높은 온도로 가온하고, 더 가온된 물(147)을 OTEC 시스템(110) 기화기(111)에 공급한다. 따라서, 집열기를 적용하여 가온된 물로 보강되는 OTEC 시스템(110)는 비-보강, 종래 OTEC 시스템과 비교하여, 기타 이점들 중에서도 더 높은 효율로 작동된다.
도 2는 해양온도차발전시스템 효율 증가를 위한 프로세스(200)를 보이는 흐름도이다 . 단계 210에서, 집열기는 해양 표층수를 수용한다. 단계 220에서, 집열기는 수용된 물을 가온한다. 단계 230에서, 집열기는 가온수를 OTEC 시스템으로 제공한다. 예를들면, 집열기는 가온수를 OTEC 시스템 내부 열기관 일부로 작동하는 기화기로 공급한다.
전형적인 OTEC 시스템에서, 표층수 온도가 섭씨 25 내지 27도이고 심층수 온도가 약 섭씨 5도에서 작동할 때카르노(Carnot) 효율 한계는 약 6.7% 이다. OTEC 시스템에 보강체제를 제공하면 열기관 유형 및/또는 선택 열사이클과는 무관하게 총 효율이 개선된다. 일부 경우들에서, 보강체제는 암모니아, 할로겐화 탄화수소, 프로판 및/또는 탄화수소 혼합물의 작동유체로 랭킨(Rankine)사이클에서 작동하는 OTEC 시스템 효율을 개선시킨다. 일부 경우들에서, 보강체제는 가온 표면 상태에서 수증기가 진공으로 급속 방출되어 팽창기를 거쳐 팽창된 후 해양 심층의 냉수와 열교환되어 응축되는 “클라우드” 유형의 동작을 가지는 OTEC 시스템 효율을 개선시킨다. 일부 경우들에서, 보강체제는 두-단계 미스트 상승(mist lift) 시스템과 같은 미스트 상승 시스템을 적용하는 OTEC 시스템 효율을 개선한다.
집열기
조립체들
본원에서 논의된 바와 같이, 일부 실시예들에서 본 시스템은 집열기 조립체들를 적용하여 태양에너지를 포획 또는 획득하여 해양 표층수를 가열한 후 물을 OTEC 플랜트로 제공한다.도 3은 집열기 조립체(300) 일부 개략 단면도이다. 조립체(300)는, 절연 공기 공간(315)을 가지는 최상부 (310)을 형성하는 최상벽(311), 측벽(313), 및 바닥벽(312) 및 절연 공기 공간(335)을 가지는 바닥부(330)를 형성하는 최상벽(331), 측벽(333), 및 바닥벽(332)을 포함한 중합체 기반 벽들의 웹(web)으로 구성된다. 비교적 얇은 중합체 벽들 및/또는 벽들에 의해 형성된 공간들은 태양에너지를 포획한다. 포획된 태양에너지는 벽들(312, 331, 314)에 의해 형성된 채널(320)의 부-채널들(325)에 담긴 물을 가열한다. 또한 포획된 태양에너지는 채널(320)로 갇힌 물의 증발 냉각을 방지한다. 채널(320)로 인하여 조립체(300)는 해양수를 수용하고, 물을 조립체에 저장하고, 조립체 내에 있는 물을 가열하고, 물을 해양온도차발전시스템 일부인 열기관과 같은 목적지로 수송한다.
집열기 조립체(300)는 시트 적층체 롤을 이용하여 용접-조립되거나, 여러 벽들로 형성된 절연 공기 공간(들)을 가지는 일체 조립체로 압출 및/또는 압출 취입 성형될 수 있다. 현재의 고분자 기술은, 강하고, 낮은 가스 및 습기 투과율을 가지며, 저렴하고, 고용적의 ‘버블 팩’ 및 기타 유형의 패킹 생산과 같은 적용 분야에 맞춤형으로 제작될 수 있는 박막 필름들을 제공한다.
일부 경우들에서, 집열기 조립체(300)는 “밝은” 또는 비교적 투명한 벽들을 제조할 수 있는 재료를 이용하여 전 영역(즉 모든 파장)의 태양에너지를 채널(325)에 의해 저장되거나 수송되는 물로 전달할 수 있다. 일부 경우들에서, 집열기 조립체(300)는 벽들(311, 312)용으로는 밝거나 투명한 재료를 이용할 수 있고, 벽들(332, 314)과 같은 기타 벽들용으로는 어두운 또는 불투명한 재료(예를들면, 탄소 미결정)를 이용할 수 있다. 불투명 벽들 제조를 위한 여러 재료들의 사용과 관련한 더욱 상세한 설명은 관련된 동시 출원된 상기 참고되고 및 통합된 출원들에서 찾을 수 있다. 상이한 광투과 특성 및 성질을 가지는 재료를 선택적으로 사용하면 조립체(300)는 전도적으로 및/또는 복사적으로 채널(315)을 통과하는 물을 고온으로, 예를들면 섭씨 30-45도로 가열할 수 있다. 물론, 물의 속도, 주변 풍속효과, 해류, 가용 태양에너지(일사량), 기타 등과 같은 기타 요인들이 실현 온도에 기여할 수 있다.
이러한 온도로 가열된 물을 제공하면 OTEC 시스템의 운전 효율을 상기한 바와 같이 증가시킬 수 있다. 예를들면, 심층수 온도를 섭씨 4-6도로 열 차단한 적합한 열역학적 사이클을 적용하고, 해수 온도를 섭씨 35도로 제공하면 카르노 효율 한계는 6.7%에서 약 9.7%로 개선되고, 해수를 섭씨 45도로 증가시키면 카르노 효율 한계는 약 12.6%로 개선된다.
실제 OTEC 시스템은, 그러나, 바람직하지 못한 온도 강하, 바람 및 마찰로 인한 설비손실, 및 일부 출력 에너지는 펌프 및 기타 보조 요소들 구동에 사용되어야 하는 내재적 요건들을 가진다. 이러한 요인들은 일반적으로 섭씨 25-27 도의 표층수를 사용하는 OTEC 시스템 실질 열효율을 약 3%로 감소시킨다. 그러나, 집열기(300)와 같은 집열기를 이용하여 표층수 온도를 섭씨 35 도로 높이면 실제 효율은 3%에서 6%로 증가되고, 집열기를 이용하여 표층수 온도를 섭씨 45 도로 높이면 실제 효율은 약 9%까지, 또는 종래 OTEC 동력 플랜트 실제 효율 3배까지 증가된다. 이러한 효율 개선은 보다 낮은 재생 에너지 생산 비용 및 기타 이점들과 함께 신속한 OTEC 플랜트 초기 자금 회수를 실현시킨다.
일부 경우들에서, 집열기 조립체(300) “버블-팩” 조립체들에 있는 것과 유사한 에어셀들을 가지는 중합체 필름을 이용하여 조립될 수 있다. 일부 경우들에서, 집열기 조립체(300)는, 기타 압출기는 블랙 중합체 공급원료를 이송시켜 벽들(314, 331, 332)을 제조하면서 펠렛과 같은 투명 중합체 공급원료를 벽들(311, 312)로 제조하는 압출기에 의해 공급되는 압출 다이 압력을 적용하여 바지선 또는 선박으로부터 압출될 수 있다. 이러한 조립 기술로 거대 집열기 길이(예를들면 1-10 마일) 또는 OTEC 플랜트에 의해 요구되는 특정에너지 수준 집열에 필요한 기타 특정 길이를 조립할 수 있다.
도 4는 폐쇄 에어셀들을 가지는 집열기 조립체(400)의 개략 측면도이다. 집열기 조립체는 채널(320) 및 절연 공간들(310, 330)을 포함한다. 폐쇄부 또는 함몰부(410, 420)가 절연 공간들에 형성된다. 예를들면, 벽들을 변형 및 함께 용접시켜 함몰부 및 수중 부유 패널 조립체를 만든다. 함몰부는 얇은 플라스틱 스트립(미도시)으로 덮혀 집열기 조립체 최상부 및 바닥에 유연한 표면을 형성한다. 함몰부는 적합한 보강재 및/또는 가중재를 고정시켜 조립체 무게 중심을 낮추는데 사용된다.
일부 실시예들에서, 집열기 조립체는 수평 웹(510, 520)을 절연 공간(310, 330)에 부가하여 이류(convective current) 손실을 극복하거나 방지한다. 도 5는 절연 공간들 내부에 웹(510)을 가지는 집열기(500) 개략 측면도이다. 웹(510, 520)은 절연 공간들 내부 및/또는 채널(320) 내부로 열을 포함하도록 추가 층 또는 벽을 제공한다. 웹(510, 520)은 한쪽 또는 양쪽 공간들 내부에 있을 수 있고, OTEC 시스템 필요에 따라 투명 또는 불투명 재료로 제작될 수 있다.
도 6A는 선형 렌즈를 가지는 집열기 조립체(600) 일부 개략 단면도이다. 조립체(600)는 렌즈(610)를 포함하고 벽들(612, 614, 620), 및 렌즈로 형성되는 절연 공간들, 및 해수를 저장하고 절연 공간들(615)에 의해 포획된 열을 수용하는 채널(625)을 가진다. 렌즈(610)는 더욱 평탄한 조립체 벽들로부터는 보통 반사될 수 있는 이른 아침 및/또는 늦은 오후 태양광을 굴절시켜 수집한다. 렌즈는, 일부 경우들에서, 양호한 일일 태양에너지의 열 전환을 제공하고, 기타 이점들보다도 조립체 트러스 구조를 제공하여 조립체 강도 및 강성을 개선한다.
일부 렌즈(610) 및 벽들(612, 614, 620)은 전 영역의 태양광을 전달하는 재료로 제작되지만, 기타 렌즈는 섭씨 50도 이하에 해당하는 적외선 파장 전달 재료로 조립될 수 있다. 예를들면, 벽들은 불투명하여 태양 복사선을 열로 전환하고, 채널(625)을 통과하는 물을 가온시킨다. 공간(615)에 있는 공기는 채널(625) 내에 있는 가온수를 절연한다. 벽들(612, 614, 620)을 코팅하면 섭씨 50 도의 적외선 파장 소거가 가능하다.
일부 실시예들에서, 집열기 조립체는 절연 공간들에 공기보다 낮은 열전도도의 가스를 충전시켜 이류 손실을 극복하거나 방지할 수 있다. 표 1은 절연 공간들 충전에 적합한 가스의 상대 열전도도를 보인다.
| 물질 | 열전도도 |
| AIR | 0.026 (W/mKsec) (100%) |
| Ar (아르곤) | 0.018 (69%) |
| CO (일산화탄소) | 0.025 (96%) |
| CO2 (이산화탄소) | 0.017 (65%) |
| He (헬륨) | 0.151 (580%) |
| H2 (수소) | 0.182 (700%) |
| Ne (네온) | 0.049 (188%) |
| N2 (질소) | 0.026 (100%) |
| O2 (산소) | 0.027 (104%) |
| C3H8 (프로판) | 0.016 (63%) |
| H2 O (물) | 0.59 (2300%) |
예를들면, 이산화탄소 및 아르곤은 공기보다 훨씬 낮은 열전도도를 가지고, 채널에 있는 가온수에 대하여 더 높은 절연을 제공한다. 또한 이산화탄소, 육불화황, 또는 질소산화물과 같은 일부 선택 가스들 역시 가열수로부터 IR 복사에 의한 열손실을 차단하거나 방지할 수 있다.
일부 경우들에서, 집열기 조립체에 강도 및 강성을 제공하기 위하여 집열기 조립체는 가압 절연 공간들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 집열기 조립체는 다양한 바람직한 압력의 공기 또는 기타 더 낮은 전도성 가스를 보유하도록 낮은 투과도 재료 또는 복합층들 또는 표면 처리되어 제작될 수 있다.
도 6B는 집열기 조립체를 위한 가압 가스 생성 장치(650)를 보이는 개략도이다. 가압 산소는 포트(652)를 통하여 세라믹 챔버(654)로 이송되며, 여기에서 탄소 주게(656)가 연소되어 이산화탄소를 생산한다. 탄소 주게(656)로의 열전달은 유도 가열 코일(658)로 달성된다. 탄소 주게(656)는 해양 쓰레기 축적물 및 파라핀 및 폴리에틸렌과 같은 기타 재료, 또는 도시된 바와 같은 원통형 봉재 형태의 탄소와 같은 임의의 적합한 탄소원일 수 있다. 전극들(662, 664)은 플라즈마를 제공하여 탄소 주게 봉재(656)를 점화시킨다. 이산화탄소는 포트(660)에 의해 장치로 이송된다. 탄소 주게 봉재(656)를 당기면 체크 볼 밸브(668)를 회전시켜 산소 단절 및 반응 중지, 이에 따라 이산화탄소 생산이 종료된다. 존재한다면, 온도 및/또는 압력 변화와 같은 주변 조건에 따라 수증기는 IR 차단 가스로 잔류하거나, 장치로부터 포획되거나 여과된다.
때로, 해양 조건들은 OTEC 플랜트로의 열 이송을 개선시키기 위한 비교적 가온인 물의 흐름을 이용하거나 형성할 기회를 제공한다. 도 7은 해류를 이용 집열기를 보이는 개략도이다. 집열기 조립체(700)는 집열기 아래 물(715)에 태양에너지를 가두기 위하여 절연공간(710) 내 절연가스(예를들면, 공기 또는 이산화탄소)를 보유할 수 있는 얇고 투명한 중합체 층들을 포함한다. 포획된 에너지는 물(715)의 증발 냉각을 방지하거나, OTEC 플랜트에 보강체제로서 가열수(715)를 제공한다. 이러한 조립체, 또는 “집열기 바지선(Barge)”(700)은 태양에너지 획득 및 조립체 절연 기능을 극대화하기 위하여 연결 웹(들)(713)으로 이격된 얇은 투명 광택재(들)(711, 712)을 포함한다. 층(712)은 섭씨 50도 이하 물질 복사선에 해당하는 파장을 반사 및/또는 흡수하여, 효과적으로 태양에너지를 포획하고 물(715)에 보유한다. 조립체는 모서리에 가스-절연된 벽들(720)의 표면 아래 연장부, 및 침수 셀(722)을 포함하거나 또는 필요하다면 추가적인 보강재 및/또는 가중재를 제공하여 수중에서 조립체를 안정시킨다. 조립체는 선형 또는 만곡 형태로 물(717)이 바지선 내외로 유동할 때 코리롤리 가속도를 상쇄시키거나 제공할 수 있다.
일부 경우들에서, 바지선(700)은 측면들(720)에 대한 보강 패널들을 포함하거나 측면들(720) 사이 수선 상하에 보강 트러스 지주 및 가새를 포함한다. 바지선은 위치 스러스터(position thruster)를 포함하여 해류 또는 해수 흐름에서 원하는 바지선(700) 위치 및 방향을 달성하고 유지한다.
일부 경우들에서, 바지선(700) 및 다양한 층들은 압출로 형성되어 해양 쓰레기에서 유래된 재생 및/또는 재구성 중합체를 포함한 중합체 재료를 포함하는 압출 취입 성형 구조체를 생성한다. 바지선 요소들은 바다에 버려질 중합체 물품들을 수집하고 열역학적으로 개질 또는 달리 화학적 변경 및/또는 소성 성분들을 투입하여 바지선 벽들의 혼합물 또는 합금을 형성한다. 예를들면, 선박 또는 바지선은 해양 쓰레기 축적물에서 회수된 재료를 포함한 공급원료로 해양에서 운전되거나 및/또는 버려지거나 또는 통상 버려져 지구 해양 쓰레기 축적물에 더해지는 것을 방지하도록 중합체 생산물을 이용하는 육지-기반 플랜트에서 운전된다.
태양에너지 보강
OTEC
시스템
본원에 기재된 바와 같이, 본시스템은 본원에 기재된 다양한 집열기 조립체들와 같은 보강체제를 OTEC 시스템에 부가하여, OTEC 시스템의 열기관 효율을 증가시킨다. 도 8A는 보강 OTEC 시스템(800)의 개략 평면도이다.
본 시스템은 상승효과적 열-보전 나선 형상의 집열기 조립체(820)로 둘러싸인 OTEC 플랜트(810)를 포함한다. 나선 조립체(820)는 나선 조립체 최상부에서 바닥부까지 연장되는 고-강도 탄소 강화 중합체 네팅(netting)(미도시)으로 안정화될 수 있다. 일부 경우들에서, 최상부 네팅에서 바닥층까지 불규칙적 연결선으로 추가적인 지지 및 안정화가 제공된다. 네팅은 주변 온도가 극단적으로 변하는 적용 분야에서 전기를 이용할 수 있어, 각각의 나선 길이 및 폭은 열수축 및 팽창을 수용하도록 가변될 수 있다. 일부 경우들에서, 다양한 형상의 심들(seams)을 피복하는데 사용되는 스트립과 같은 얇은 중합체 스트립로 추가적인 지지 및 안정화가 제공된다. 일부 경우들에서, 조립체를 결속하는 적합한 접착제, 또는 용접에 의해 추가적인 지지 및 안정화가 각각의 추가적인 나선층에 제공된다. 일부 경우들에서, 원주 스트랩과 함께 고강도 방사형 케이블 또는 스트랩으로 추가적인 지지 및 안정화가 제공된다.
따라서, 형성된 나선 조립체는 저렴한 얇은 중합체 벽들로 형성되지만 자체-안정적이다. 일부 경우들에서, 조립체는 나선 집열기 조립체(820) 위로 공기-쿠션 차량 통행로를 제공하여 나선 중앙에 있는 OTEC 플랜트(810)로의 개인적 왕복이 가능하다.
작동에 있어서, 해양 표층수는 입구 개구(824)로 나선 조립체(820)에 유입된다. 물은 조립체를 지나며, 이송 과정에서 나선 조립체로부터 열을 수용한다. OTEC 플랜트(810)와 연결된 출구 개구(822)를 통하여 물은 OTEC 플랜트(810)로 공급된다. 조립체(820)는 도면에 도시된 것보다 더 많거나 적은 나선들을 포함할 수 있거, 부분적으로 나선 형상일 수 있고, 선형일 수 있고, 필요하다면 다양한 다른 형상을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 본원에 기재된 보강 OTEC 시스템은 무엇보다도 표층으로부터 가장 높은 가용 온도의 물을 제공하고 심층으로부터 가장 낮은 가용 온도의 물을 제공하기 위하여 상당한 거리에서 해수를 이송하기 위한 절연 파이프들 사용이 요구되는 종래 OTEC 플랜트의 재료-활용 효율을 개선한다. 나선 조립체는, 일부 실시예들에서, 원하는 온도의 가열수 공급을 가능하게 하며 나선 조립체 근처 가온수 수집을 가능하게 한다.
즉, 동일 용적의 재료 투입에 대하여, 나선의 얇은-벽 조립체는 상당한 거리에서 물을 이송하는 긴 파이프보다 더 높은 열효율을 제공한다. 예시적 재료로는 폴리올레핀, 불화비닐수지(C2H3F)n, 불화비닐리덴수지(C2H2F2)n, 및 해양에 투기되는 재료를 포함한 여러 기타 고온 중합체을 포함한다. 일부 경우들에서, 조립체(820)는 투명층들에 대하여는 폴리비닐-플루오라이드과 같이 개질 중합체를 포함한 내UV성 불화중합체로 제작되고, 조립체 일부에서 태양 이익 개선을 위한 블랙 또는 선택적 투광층들에 대하여는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 사용하여 제작된다.
도 8B는 다중 집열기 조립체들을 가지는 보강 OTEC 시스템(850) 개략 평면도이다. OTEC 시스템은 바지선 또는 선박 상의 OTEC 플랜트(860), 및 가열수를 OTEC 플랜트로 공급할 수 있는 2 이상의 집열기 조립체들(820)을 포함한다. 일부 경우들에서, 다중 집열기 조립체들(820)를 활용하면 태양에너지는 집열기 “뱅크”에 저장되어 야간 및/또는 우중충한 날씨에도 고온수를 OTEC 플랜트(860)로 공급할 수 있다. 예를들면, 주간에는 OTEC 플랜트(860)는 하나 이상의 집열기 조립체들(820)에 의해 가열된 물로 보강되고, 하나 이상의 추가적 집열기 조립체들은 향후 사용을 위해 물을 가열하고 가열수를 저장한다. 일부 경우들에서, 집열기 물 입구는 나선 안쪽에 배치되어 입구 필터가 쓰레기들로 막히는 것을 방지한다.
가열수를 저장하는 집열기 조립체들에 있는 물은 섭씨 65도까지 가열되어 추가적인 높은 운전 효율을 구현 및/또는 최고 온도의 물을 미-가열 해수와 혼합하여 섭씨 45도의 가온수를 생산하여 야간 및/또는 우중충한 날에도 보강 OTEC 플랜트(860)의 운전 시간을 연장시킬 수 있다. 집열기 조립체들(820)은 입구에서 출구로의 가열수 코리롤리 가속도를 제공하도록 구성될 수 있지만, 시계 또는 반시계 방향으로 감질 수 있다.
도 8C는 다중 집열기 조립체들 및 다중 바지선 및 OTEC 플랜트를 가지는 보강 OTEC 시스템(865) 개략 평면도이다. 본 시스템은 2 이상의 집열기 조립체들(820) 및 2 이상의 바지선(860, 862, 864, 866)을 포함한다. 다중 바지선들은 집열기 조립체들로부터 가열수로 보강된 하나 이상의 OTEC 플랜트를 포함하고, 수소 발생 플랜트, 탄소 발생 플랜트, 기타 등과 같은 기타 유형의 에너지 발생시스템 및 플랜트을 포함할 수 있다. 즉, 본 시스템은 OTEC 플랜트를 본원에 기재된 바와 같은 기타 생성 처리 시스템으로 보강할 수 있다.
OTEC 플랜트가 더 높은 유동 요건 및/또는 낮은 거주 시간(dwell time)을 요구하는 일부 경우들에서, 본 시스템은 OTEC 플랜트로부터 연장되는 2, 3, 4 이상의 나선 조립체들를 통합할 수 있다. 도 9는 다중 나선 조립체들로 보강된 OTEC 플랜트(900) 개략 평면도이다. OTEC 플랜트(910)는 연결 요소들(925)에 의해 집열기 바지선(860)에 상호 교환적으로 연결된 3개의 나선 조립체들(920)로부터 가열수를 공급받는다. 본원에 기재된 바와 같이, 전기부하(예를들면, 야간에 수소 및 산소 생산을 위한 물의 전기분해를 포함한 운전)를 맞추기 위하여 야간을 이용하는 소정 적용 분야에서와 같이 긴 나선 조립체들은 야간에 태양 가열수를 제공한다. 나선 조립체들 내부에서 물의 가열 및 가열수 저장으로 기타 이점들 중에서도 주간 및 야간 효율이 개선된다. 추가로, 야간 전기분해로 인한 수소 생산은 기타 이점들 보다도 고가의 OTEC 플랜트 투자금 회수를 개선시키는 야간 전기 판매가 가능하다.
일부 실시예들에서, 가열수 표면 길이, 폭, 및 깊이는 OTEC 플랜트 열적 요건 공급에 비례하지만 한편 자연적인 해류 운동량을 이용하면 더 낮은 비용의 태양열 수집, 저장 및 OTEC 플랜트로의 공급이 가능하다. 도 10은 집열기 바지선에 의해 보강된 OTEC 플랜트(1000) 개략 평면도이다. OTEC 플랜트(1010)를 향하여 이동하는 비교적 가온수인 자연적인 또는 인공적인 해류는 2 이상의 집열기 바지선들(1020)에 의해 가열되고 OTEC 플랜트(1010) 운전을 최적화 하기 위하여 가열수가 공급 및/또는 저장된다. 일부 경우들에서, OTEC 플랜트(1010)의 효율적 열교환 작동을 최적화 하기 위하여 필요하다면 물이 바지선(1020)를 통과할 때 적합한 가열수 깊이가 증가되거나 및/또는 단면적이 변할 것이다.
도 11은 열기관에 의해 사용되는 작동유체를 직접 가열하는 집열기 조립체(1100) 개략 단면도이다. 예를들면, 집열기 조립체는 에탄, 프로판, 부탄, 암모니아, 및/또는 할로겐화 탄화수소 및 선택적 혼합물을 포함한 작동유체를 직접 가열하여, 폐쇄 또는 조합적 사이클의 OTEC 플랜트를 운전할 수 있다. 이러한 조립체는 바이오연료화 열 교환기가 필요하지 않고, 기타 기술에 비하여 더 높은 온도의 작동유체를 구현할 수 있다. 집열기 조립체는 작동유체가 가압되어 동력 터빈에서 증기 팽창을 위한 더 큰 밀도 및 압력 강하를 제공하는 라슨-맥알리스터(Larsen-McAlister) 사이클, 브레이턴(Brayton) 사이클, 에릭손(Ericsson) 사이클, 및/또는 랭킨(Rankine) 사이클과 같은 열역학적 사이클을 이용할 수 있다.
선택된 작동유체는 목표 튜브(들)(1116) 내부에서 가열된다. 렌즈(1102 및 1104) 및 웹들(1106 및 1108)은 태양 복사선을 투과한다. 태양 복사선은 외관 면적(1102) 대 외관 면적(1116) 비율에 따라 바람직한 정도로 집중된다. 웹들(1106 및 1108)은 광파이프들 및/또는 반사 가이드들로 기능하여 선택된 작동유체의 광학적 및 화학적 특성에 따라 불투명 또는 투명한 튜브(들)(1116)로 빛을 전달한다. 지지되고 절연된 튜브(들)(1116) 격리부는 도시된 바와 같이 웹들(1110, 1112) 및 바닥 웹(1114)과 같은 불투명 중합체 웹들을 사용한다. 일부 경우들에서, 조립체는, 채널들(1120, 1122, 1124, 1126) 내에 이산화탄소, 아르곤, 질소산화물, 또는 육불화황과 같은 절연되고 긴 -IR-차단 가스를 포함하여 튜브(들)(1116) 내 유체로 전달되는 열을 포획하고 튜브(들)(1116)로부터의 대류, 전도 및/또는 복사 손실을 최소화한다. 채널들(1118, 1120, 1122, 1124)은 바람직한 침수에 필요한 부피/압력을 가지도록 및/또는 조립체 부력 또는 강성을 조절하도록 설계된다.
도 12는 집열기 조립체들로 보강된육지-기반 OTEC 플랜트(1200) 개략 평면도이다. 육지(1210) 상의 OTEC 플랜트(1212)는 바다(1220)에 있는 나선 집열기 조립체(1224) 및 선형 집열기(1222), 및 육지-기반 집열기들(1214)을 포함한 다양한 상이한 유형의 집열기 조립체들로 보강된다.
예를들면, OTEC 플랜트(1212)는 직경이 약 1.5 마일인 나선 집열기 조립체(1224)에 의해 OTEC 플랜트(1212)로부터 순전단 출력 10 MW 전기 공급에 충분한 수집된 태양열 에너지를 공급한다. 또한 OTEC 플랜트(1212)는 스털링(Stirling) 사이클, 에릭손 사이클, 및/또는 브레이턴 사이클과 같은 열기관 사이클에 기반한 재생 시스템 팽창을 위하여 수소 작동유체를 약 섭씨 800도로 가열시키는 점-초점 유형의 태양열 집광판(1214)에 의해 운전된다. 재생 에너지 전환시스템에 의해 일 및/또는 전기로 전환되지 않는 열은 OTEC 효율 개선을 위하여 유입 해수 가온에 사용되거나, 도관(1222)에 의해 이송되는 냉 해수로 차단되어 총 에너지 전환 효율을 최대화한다.
일부 경우들에서, 시스템은 집열기 조립체(1224) 연장관을 계속적인 태양 가열 및 가열수 절연을 위하여 활용할 수 있다. 일부 경우들에서, 시스템은 하나 이상의 집열기 조립체들로부터 가열 해수를 이용하며 하나 이상의 추가적인 집열기 조립체들은 야간 사용을 우하여 가열 및 태양열 가온수를 저장한다.
SOTEC
및 기타 생성 시스템과의 일체화
본원에 기재된 바와 같이, 일부 실시예들에서 OTEC 플랜트는 수소 발생시스템, 메탄 발생시스템, 기타 등과 같은 기타 생성 시스템과 통합된다. 즉, OTEC 플랜트에 자원 생성을 위한 재활용 시스템을 부가하면 기타 이점들 중에서도 자원 및 영양 체제의 경제 개발을 이룰 수 있다.
도 13은 지질학적 형성 구조로 인한 열로 보강된 OTEC 플랜트(1300)를 보이는 개략도이다. 예를들면, OTEC 플랜트(1304)는 표층수가 너무 차갑고 심층수가 너무 따듯하여 충분한 전기 발생을 지원할 수 없는 지점에 있다. OTEC 플랜트(1304)는 집열기 조립체(1303)에 의한 열 및/또는 전해조(1306) 또는 열기관(1307)으로부터의 열로 보강된다. 전해조(1306) 및/또는 열기관(1307)은 충분한 전기 발생 기준을 충족하는 재생 모드로 연료전지를 이용하기 위하여 현장 및/또는 적합한 지질학적 구조(1314)에 있는 파이프라인 접근 가능한 지하 저장된 상당한 함량의 화석 탄화수소를 포함하거나 그렇지 않은 수소를 활용한다.
파이프(1310) 크기는 생산 수소를 저장하기에 충분하여야 한다. 예를들면, 태양 이익이 낮거나 야간에 시스템은 저장 파이프(1310) 및/또는 지하 저장소(1314)로부터 수소를 이용하여 열기관(1307) 및/또는 가역적 전해조 연료 전지(들)(1306)를 가동하기 위한 전기 수요를 충족시킬 수 있다. 파이프라인(1320) 및/또는 튜브(1302)를 통하여 및/또는 수평 연장튜브(1312)를 통하여 전기 및/또는 수소 시장에 더욱 인접한 대륙 부지에 있는 고갈된 석유 형성 구조 및/또는 기타 적합한 염 형성 구조 또는 석회동에 수소를 추가로 저장할 수 있다.
북미 및 기타 대륙은 수소를 충분히 안전하고도 효율적으로 저장할 수 있는 깊이에 적당히 다공성이며 밀폐성인 지질 구조를 가진다. 이러한 구조들은 유기물질이 지질학적 형성 시기에 적층되었고 수백년 동안 메탄을 저장하고 있다. 또한 이러한 구조는 수백년 동안 고온 감람석 및 석회의 대륙 이동-유발 충돌로 생성된 수소를 저장하고 있다.
또한, 연안 오일 및 천연가스 형성 구조도 OTEC 플랜트 전기로 생산되는 수소의 장기 저장할 수 있는 유사한 지질학적 구조이다. 도 13을 다시 참고하면, OTEC 플랜트(1304)로부터 육지 시장으로의 수소 이송은 밸브 헤드(1322)를 통하여 파이프라인(1324) 따라서 밸브(1338)로 연결되는 파이프라인(1320)으로 가능하여 지하 저장소(1326)로 이어지는 웰헤드(wellhead) 및 파이프(1316)로 공급된다.
일부 경우들에서, 열기관(1307)은 전기 및 추가적인 열을 OTEC 플랜트(1304)로 신속하게 공급하여 플랜트 출력을 개선할 수 있는 급속 시동 엔진이다. OTEC 플랜트는 태양에너지와 같은 보강 에너지를 활용하여 메탄 수화물과 같은탄화수소를 수소 및 탄소로 분해한다. 수소가 열기관(1307) 및/또는 연료 전지(1306)에서 사용되어 축일 및/또는 전기를 제공할 수 있다. 탄소는 풍력, 조력, 수력 및/또는 태양열 이용 설비를 포함한 내구성 제품들을 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 탄화수소 분해 및 기타 유사한 프로세스에 관한 더욱 상세한 사항은 상기 참고되고 통합된 관련 동시 출원들에서 기재된다.
표층수 및 심층수 사이 충분한 온도 차이를 제공하지 않는 물에서 작동하는 OTEC 시스템은 클라스레이트 적층물에서 메탄을 생산하는 OTEC 플랜트를 이용한다. 클라스레이트 적층물로부터의 메탄 생산에 관한 더욱 상세한 사항은 상기 참고되고 통합된 관련 동시 출원들에서 기재된다.
도 13을 참조하면, 클라스레이트 및 기타 해양 자원에서 회수된 메탄은 파이프(1310)로 공급되고 전해조(1306)를 이용하여 전기분해 생산된 수소로 가압된다. 클라스레이트의 탄화수소 화합물 또는 중합체 또는 메탄 탄소 및 수소 제공을 위한 열화학적 분해 및/또는 가압 수소 제공을 위한 물의 전기분해는 기계적 펌프 작동보다 더욱 효율적으로 수소를 가압할 수 있다. 또한 가압 수소를 제한 공간 내 메탄으로 부가하면 수소가 처음 부가될 때의 메탄보다 더 높은 압력의 혼합물을 생산한다. 따라서, 수소 및 메탄의 혼합물은 파이프(1320)에 의해 설명된 대륙 시장으로 이송되거나 필요한 경우 구조(1314 및/또는 1326)에 저장되어 기타 이점들 보다도 총 시스템 경제성을 개선하고 시장 조건들을 만족시킬 수 있다.
구조(1326)과 같은 고갈된 오일 및 천연가스 저장소에서의 수소 및/또는 수소와 메탄 혼합물의 저장을 통하여 무엇보다도 화석 탄화수소 회수를 개선시킨다. 수소 저장으로 화석 탄화수소 형성 구조의 투과도가 개선된다. 수소 저장으로 열이 필요한 위치, 예를들면 타르샌드, 셰일, 및 고갈된 석유 및 천연가스 형성 구조로부터 화석 탄화수소 생산을 위하여 집중된 산소 부가 및 수소 연소를 통해 필요한 열을 제공할 수 있다.
따라서, OTEC 플랜트(1304) 또는 기타 재생 에너지 전환 운전으로 생산된 전기는 전해조(1330)에 의한 산소 및 수소 생산에 이용된다. 파이프라인(1332)은 천연가스 및 메탄을 풍부하게 하고 가압하기 위하여 파이프라인(1324)으로 및/또는 도시된 바와 같이 구조(1326)에 저장하기 위하여 수소를 이송한다. 전해조(1330)에 의해 생산되고 가압된 산소는 의료 및 기타 상업 지장으로 보내지고 도관(1334)을 통하여 이송되어 수소를 연소하여 탄화수소를 가열하고 도시된 바와 같이 저장소(1326)로부터 생산을 증가시킨다.
일부 실시예들에서, 보강 OTEC 플랜트와 같은 OTEC 플랜트에 의해 생산된 전기는 전해조에 사용되어 수소 및 산소를 생산한다. 집열기에 의해 제공되는 집중 태양에너지와 같은 보강 에너지를 부가하면 전해조에서 전기분해에 필요한 전기에너지를 줄일 수 있다. 예를들면, 약 18 그램(1 그램 몰)의 물이 생성 자유 에너지 ΔG 237.13 kJ와 동일한 전기적인 일에 의해 분해된다. 본 프로세스는 흡열반응이고 생성된 수소 및 산소를 표준 온도 및 압력으로 팽창시키는 일인(TΔS) 48.7 kJ/mol와 동일한 추가 에너지를 소모한다.
ΔH = ΔG + TΔS [식 1]
(285.83 kJ/mol = 237.13 kJ/mol + 48.7 kJ/mol).
분해 프로세스는 흡열 과정이므로, 본 시스템은 태양에너지 및/또는 기타 프로세스로부터의 폐기물 열을 이용할 수 있다. 열은 전기적인 일로 제공되어야 하는 깁스 자유 에너지(ΔG)를 감소시키기 때문에 추가 열은 전기분해 온도를 상승시킨다. 따라서, 총 인가 전압은 주변 온도에서 물을 분해할 때 필요한 것보다 작다.
흡열 에너지가 폐기물 열원 또는 주변에서 유입된다고 가정하면, 물 분해를 위한 최소 인가 전압은:
ΔG = -nFEo [식 2]
이러한 최소 전압 요건(Eo)은 자유 에너지 변화(ΔG)에 따라 다르고, Eo 은 ΔG를 교환 전자 수(n)를 패러데이 상수(F = 9.648 x 104)와 곱한 것 또는 (nF)로 나눈 것과 동일하다. 전기분해 온도가 표준 온도 25oC 이상으로 높아지면, 전기분해 온도는 단열 화학양론적 연소 반응에 의해 달성될 수 있는 온도로 접근되므로 자유 에너지는 0으로 접근한다.
일부 경우들에서, 전기분해 압력을 높이면 가압 수소를 얻고 원하는 밀도의 산소 저장이 가능하다. 압력 증가는 더 높은 전기분해 전압을 필요로 한다. 식 3은 압력 및 전압 요건 관계식을 보인다. 전기분해 전압(Ep)은 Eo 에 압력 상승에 대한 네른스트 조정식(Nernst adjustment) 을 더한 것이다:
Ep = Eo + RT/nF ln PH2(PO2)/PH2O [식 3]
수소 및 산소가 동일 압력에서 생성되고 공급수가 동일 압력에서 액체라고 가정하면, 식 3는 다음과 같이 단순화된다:
Ep = Eo + 3RT/4F (ln Pi/Patm ) [식 4]
따라서, 10,000 PSI 물에서 10,000 PSI 산소 및 수소 생성을 위한 전압 증가는: 3RT/4F ln Pi/Patm = 3RT/4F ln 680.3= 3 (8.3144 J/molK)298K (6.522) /4(9.648 x 104) = 0.125 V.
물을 기화시키기 위한 열을 부가하면 물 분해에 필요한 전압은 낮아진다.
ΔGo T = ΔHo T (298K) - TΔSo 298K [식 5]
따라서 TΔSo 298K 가ΔHo T (298K), 285.83 kJ/mol로 접근하면 분해에 필요한 전압은 0으로 접근한다. 표준 온도에서 엔트로피 변화 (ΔSo 298K)는 0.1634 kJ/mol이고, 따라서
285.83 kJ/mol/0.1634kJ/mol =
1,749K 또는 1,476oC (2,689oF). [식 6]
도 14는 지열에너지에 의해 보강되는 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다. 일부 실시예들에서, OTEC 시스템은 냉수의 열흡수과 연관된 대양저 아래 구조 및/또는 대양저 근처 메탄 아이스 형성 구조로부터의 지열에너지를 이용한다. 예를들면, OTEC 플랜트는 새로운 사이클로 새로운 또는 비교적 고갈된 유정 또는 가스정을 가지는 웰(well)을 이용할 수 있다. 대양저 아래석유 생성 구조의 온도는 일반적으로 해양 표면 온도보다 높다. 이러한 형성 구조에 의해 제공되는 열을 상기 참고되고 통합된 동시 출원들에서 표 1에 나열된 것과 같은 작동 유체, 또는 이러한 형성 구조로부터 분리된 유체에 활용하기 위한 전형적인 사이클의 잠재적 효율 한계는 식 7로 요약된다:
효율 한계 = 1- TL/TH [식 7]
일을 생산하기 위하여 팽창되는 작동유체에 의해 달성되는 최고 온도가 100oC (212oF)이고 일 생산 종료 시 열-차단(rejection) 온도는 6oC (42.8oF)와 같은 가스수화물 일반 온도일 때, 효율 한계는 식 8로 주어진다:
효율 한계 = 1 - 279oK/373oK = 25% [식 8]
도 14는 지열 형성 구조(1402), 적합한 수직 웰(1404), 또는 수평 연장부(1406)로부터 천연가스 및/또는 오일과 같은 석유 생산 관련 지열 자원을 이용하는 OTEC 시스템(1400) 운전을 도시한 것이다. 대양저 근처와 같은 적합한 위치(1412)에서, 구조(1402) 압력 및/또는 적합한 펌프(1408) 조력으로 선택 작동유체에 열교환을 제공한 후 도시된 바와 같이 절연 시스템(1410)을 통하여 석유는 표면으로 이송된다. 열은 역류 열 교환기(1414)와 같은 적합한 열 교환기에 의해 전달되어 전기 생산을 위한 일체화 발전기를 구동시키는 터빈(1416 또는 1420)과 같은 적합한 모터로 도관에 있는 적합한 작동유체를 기화 및/또는 과열시킨다. 시스템이 본원에 참고로 포함되는 상기 참고되고 통합되는 관련 동시 출원들에 기술된 집열 시스템으로 더욱 제공될 때, 작동유체 팽창 및 일 생산 이후의 증기는 열 교환기(1418)에 의해 찬 주변 온도의 해수 및/또는 클라스레이트 형성체로 응축된다. 응축 작동유체는 가열되고 도시된 바와 같이 열 교환기(1414)에 의해 다시 기화된다. 석유는 이송장치(1424)를 거쳐 파이프라인 전달(미도시), 액체운반선(1426)과 같은 액체운반선 운송, 기타 등을 가능하게 하는 부유 또는 고정 플랫폼(1422)과 같은 다양한 구성들에 의해 표면으로 이송된다 .
도 15는 기타 에너지 발생시스템과 통합된 OTEC 시스템(1500)을 보이는 개략도이다. 시스템(1500)은 대양저 아래에서 발견될 수 있는 지질학적 형성 구조(1501)로부터 고온 유체를 해양 표면으로 수송한다. 표면 또는 근처에서 추가적인 열이 부가되어 태양, 바람, 이동수, 열기관, 열화학적 재생기, 또는 연료전지 소스의 에너지 전환 효율을 개선하고 및/또는 픽업(1510)을 통한 유동으로 제공되는 해수로부터의 증발물(evaporant) 또는 암모니아(미도시)와 같은 기타 작동유체를 역류 열 교환기(1508, 1530, 1520)에 의해 가열하고, 도시된 바와 같은 액화기(1536)에서 이러한 작동유체를 대양저 냉 온도로 팽창시켜 결로수(1538)로 도시된 바와 같이 작동유체를 응축시킨다.
하나 이상의 팽창 터빈(1530, 1528), 및 1532와 같은 안내 날개, 및 터빈(1534)과 같은 모터들에서 일을 수행하여 가열 증기의 압력 및 대부분의 열에너지가 소모되고, 해수로 더욱 냉각된 후, 대양저 냉 온도에 적합한 증기압의 응축 수(1538)는 펌프(1550)에 의해 파이프라인(1552)으로 이송되고 선박에 의해 이송되기 위해 표면으로 또는 도시된 바와 같이 파이프라인(1552)으로 육지로 수송된다. 해양 조건들에 따라, 일부 경우들에서, 액화기(1546)가 팽창 터빈(1544) 근처 해양 표면에 인접하게 놓이고 냉수는 찬 심층으로부터 이송되어 터빈(1544)을 지나 하강하는 증기를 냉각시킨다.
운전 과정에서, 수평 수집기(1502)를 포함하는 적합한 웰로부터의 (오일, 천연가스, 기타 등과 같은) 고온 유체는 형성 압력 및/또는 도시된 펌프(1503)에 의해 제공되는 추가 압력에 의해 상향 유동되고, 절연 도관 조립체(1504)를 통과하여 도시된 절연 열 교환 웰(1506)에 있는 적합한 열 교환기(1508)로 이송된다. 이후 석유는 시장으로 선적되는 에너지-바지선(1536)과 같은 적합한 플랫폼 상의 용기(1516)에 저장되고, 일부 또는 전부의 석유는 식 9에서 다양한 탄화수소(CxHy) 에 대하여 포괄적으로 요약된 바와 같은 분해에 의해 수소와 함께 내구 제품들 생산을 위한 더욱 유용한 탄소를 제공하기 위하여 활용된다:
CxHy + 열 → xC + 0.5yH2 [식 9]
에너지 바지선(1536), 또는 기타 적합한 플랫폼은, 집광판(1526), 하나 이상의 조력 발전기(1524), 및/또는 하나 이상의 풍력 발전기(1556)과 같은 하나 이상의 태양에너지 전환시스템을 구비할 수 있다.
식 9에서의 열은 바람, 파도, 해류로부터의 운동에너지 또는 적합한 복사선 포획 및/또는 점-초점 집광판(1528) 또는 적합한 선-초점 시스템에 의해 제공되는 태양에너지를 이용하여 제공된다. 일부 경우들에서, 태양, 바람, 이동수, 및/또는 지열에너지를 전환시키는 발전기는 식 9에 도시된 흡열 반응을 진행시키기 위하여 식 9에 도시된 열을 부분 또는 전체로 공급하는 저항성 및/또는 유도성 가열 시스템을 구동시키기 위하여 활용될 수 있다.
적합한 여과기 및 펌프 조립체(1510)에 의해 공급되는 수증기를 추가로 가열할 수 있는 충분한 열적 기울기가 있을 때 반응기(1526)에 의해 생산되는 고온의 수소 및 탄소는 본원에 기술된 역류 열 교환 시스템에 의해 반응기(1526)로 이송되는 탄화수소를 예열하도록 이용된다. 열 공급 이후, 수소는 적합한 탱크(1532)에 저장되고 내구 제품들 제조를 위한 탄소는 탱크(1532)에 저장된다.
일부 실시예들에서, 본원에 기재된 운전과 관련하여 광합성 식물들이 성장될 수 있고, 이러한 식물 작물은 무-공기적으로 처리되어 열적 분해 또는 미생물 소화를 통하여 메탄, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소를 생산한다. 반응기(1518)에 의해 생산된 수소는 메탄올과 같은 에너지-고밀도 액체로 저장될 수 있다. 식 10 및/또는 11은 하나 이상의 적합한 소스로부터의 이산화탄소가 수소와 반응하여 하나 이상의 고밀도, 저장이 용이한, 수송이 편리한 액체를 형성하는 공정을 요약한 것이다:
3H2 + CO2 → CH3OH + H2O [식 10]
2H2 + CO → CH3OH [식 11]
도 16은 메탄 방출 메커니즘이 통합된 OTEC 시스템(1600)을 보이는 개략도이다 . 많은 지역에서, 본원에 기재된 OTEC 시스템 및 기타 생성 시스템은 지진, 해류 변화, 해양 온난화, 토양 침식 및/또는 기타 클라스레이트 적층물로부터 메탄 및 기타 온실 가스을 방출하는 변화들이 있는 지역에 설치될 수 있다.
본 시스템은 터빈 케이스(1642) 내 열 교환기(1630)와 같은 소스로부터 도관(1640)을 통하거나 도관(1640)에 의해 이송되는 가온 유체 순환으로 적층물을 가열하여 이에 따라 적층물(1644)로부터 방출되는 메탄, 이산화탄소, 물, 및 기타 물질을 가지는 이러한 클라스레이트의 광범위한 지역에 걸쳐 설정되는 폴리에틸렌과 같은 불침투성 필름(1638)을 포함한다. 대안으로, 파이프 또는 도관(1636)은 어류, 새우, 굴 양식장 등을 위한 공급시스템으로 클라스레이트 적층물을 포함한 심해로부터의 수성 유기물 및 광물을 분해 유통시킨다.
해양 심층 및/또는 필름(1638) 아래클라스레이트에서 방출되는 얼음 및 결로수로부터의 적당한 냉수는 펌프(1637)에 의해 열 교환기(1630)로 공급된다. 역류 열 교환기(1630)와 같은 적합한 열 교환기에 의해 가열된 후, 가온수는 OTEC 프로세스와 같은 플랫폼(1603)에서의 다양한 에너지 전환 프로세스의 작동유체와 추가적인 열교환으로 더욱 가열되거나 회수로(1632)를 통해 필름(1638) 아래 메탄 수화물 형성 구조로 바람직한 속도로 복귀하며, 이로 인하여 제어 가능하게 추가적인 메탄을 방출시켜, 태양, 풍역 이동수로 구성되고 이러한 메탄으로부터 탄소 및 수소를 생산하는 열화학적 재생을 지원하는 에너지 전환 프로세스를 위한 표면 플랫폼(1603)으로 공급된다. 추가적인 수소는 웰(1660)에 의해 생산되는 천연가스 및/또는 오일의 유사한 분해로 생성될 수 있고, 이것은 많은 경우에 도시된 바와 같이 지열이 상당한 심층 형성 구조(1662)로부터 유래한다.
취입구(1616)는 해수를 집열기(1602)로 공급한다. 집열기(1602) 및 적합한 선-초점 또는 점-초점 태양열 집광판(1610)에 의해 수행되는 메탄 또는 오일의 태양열에 의한 분해로부터 차단되는(rejected) 추가적인 열 기여 및 예를들면 플랫폼(1606)에 장착된 풍력 발전기(1608) 및/또는 조력발전기(1612, 1650)와 같은 이동수를 이용한 열 이익에 의해 생산되는 수증기는 전기를, 예를들면, 수소 및 탄소 생산을 위한 메탄 및/또는 오일 유도 가열을 위하여 라인(1604)을 통하여 공급한다. 조력발전기(1612, 1650)는 튜브 발전기 조립체를 포함하여 닻(1652)에 대하여 기저 케이블을 당기기 위한 부력을 제공한다. 재생 자원 산업 단지를 포함한 다양한 시장에 분배되기 위하여 탱크 및 창고(1614)에 수집되는 슈퍼 활성탄을 포함한 다양한 유형의 디자이너 탄소 생산물이 생성된다.
본 시스템(1600)은 칼슘, 인, 철 및 다양한 기타 선택적 광물이 회복되어 부가된 암모니아 또는 황산암모늄을 포함한 다양한 비료를 생산한다. 식 9에 도시된 공정에 따라 생산된 수소는 상기 참고되고 통합되는 동시 출원들에 개시된 바와 같은 다양한 공정들로 대기 중에서 회수된 질소와 반응될 수 있다. 열기관에서 과잉 수소 연소는 산소를 제거하고 물을 생산하며 이는 분리되어 수소 및 질소 반응에 제공되어 암모니아를 생산한다. 식 12는 이러한 암모니아 생산 프로세스를 요약한 것이다:
3H2 + N2 → 2NH3 [식 12]
또한 시스템은 다양한 생성 물질을 부화장(1664-1671)과 같은 물고기 부화장 및 농장에 제공하고 야생 어류 및 기타 바람직한 바다 생물을 기타 독립 성장 유기물과 함께 유인한다. 메탄 수화물과 같은 클라스레이트는 가온되어 유기 물질 및 미량 광물들을 포함한 영양소들을 방출한다. 이러한 광물 및 유기물들은 파이프(1640)로 도시된 바와 같이 적합한 파이프들로부터 적합한 분배 도관들로 공급되어 굴, 새우 다양한 선택 어류 기타 등을 양식한다.
따라서, 본 시스템은 다양한 에너지원들 및 생성 시스템 사이 에너지 교환 메커니즘으로 작동유체와 같은 OTEC 시스템의 다양한 요소들을 이용할 수 있다. 일체화 보강 OTEC 시스템으로 인하여 다양한 에너지원들은 OTEC 시스템 운전 효율을 증가시키고, 다시 OTEC 시스템은, 다양한 생성 시스템의 생산 효율을 증가시킨다.
결론
재생 에너지원들을 지역 및 원거리 시장에서 가용되는 재생 연료들 및 전기로 전환시키는 시스템이 기술된다.
본 시스템의 특정 실시예들 및 예시들이 설명 목적으로 상기되지만, 다양한 균등적 변형이 본 분야의 숙련가가 인정할 수 있듯이 본 시스템 범위 내에서 가능할 것이다. 예를들면 프로세스 또는 단계들이 소정 순서로 제시되지만, 대안적 실시예들은 다른 순서의 단계들을 가지는 방법을 구현할 수 있고, 일부 프로세스 또는 단계들은 생략, 이동, 부가, 하부 분리, 조합, 및/또는 변경되어 대안적 또는 하부 조합을 제공할 수 있다. 각각의 이들 프로세스 또는 단계들은 다양한 다른 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스 또는 단계들은 때로 순차적으로 구현되는 것으로 도시되지만, 이들 프로세스 또는 단계들은 달리 병렬적으로도 구현되거나 다른 횟수로 실행될 수 있다.
상기로부터, 본 시스템의 특정 실시예들은 본원에 설명 목적으로 기재되지만, 본 시스템 사상 및 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이 가능하다. 따라서, 본 시스템은 첨부된 청구범위에 의한 것을 제외하고는 국한되지 않는다.
Claims (20)
- 해양에서 물을 수용하고 수용된 물을 이용하여 작동유체를 기화시키도록 구성되는 기화기;
해양 표층보다 낮은 해양 구역에서 물을 수용하고 기화된 작동유체를 응축시키도록 구성되는 액화기;
상기 기화기 및 액화기에 연결되고, 작동유체를 기화기로 제공하고 작동유체를 액화기로부터 수용하도록 구성되는 작동유체 통로;
상기 기화기에 연결되고, 기화된 작동유체를 이용하여 전기를 발생시키도록 구성되는 터빈; 및
상기 기화기에 연결되고, 해양 표층수보다 더 높은 온도에서 상기 기화기로 물을 제공하도록 구성되는 집열기;
를 포함하고,
상기 집열기는 태양에너지를 포획하도록 구성되는 웹 조립체 및 상기 웹 조립체 내부의 채널을 포함하며,
상기 채널은, 상기 해양 표층으로부터 물을 수용하고, 상기 해양 표층으로부터 수용된 물을 가온하며, 상기 수용된 물을 상기 기화기로 이송하도록 구성되고,
상기 채널은 상기 웹 조립체의 상부벽 및 하부벽의 사이에서 연장함으로써 태양에너지를 포획하기 위한 절연 공간을 형성하고, 상기 상부벽은 투명한 재료로 형성되며, 상기 하부벽은 불투명한 재료로 형성되는 것인 해양온도차발전시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 집열기는:
상기 채널을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 태양에너지를 포획하여 상기 채널에 의해 유지되는 물의 온도를 상승시키도록 구성되는 절연 공기 공간
을 포함하는 것인 해양온도차발전시스템. - 청구항 1에 있어서, 상기 집열기는, 나선 형태의 집열기이고 자체 안정화 작동이 제공되도록 상기 집열기의 최상부 및 바닥부를 통해 연장되는 중합체 네팅(netting)을 포함하는 것인 해양온도차발전시스템.
- 해수를 이용하여 전기를 발생시키도록 구성되는 열기관;
해수의 온도를 상승시키고, 가열된 물을 열기관의 기화기로 이송하도록 구성되는 집열기로서, 상기 집열기 내로 해수를 수용하고 상기 집열기 내에서 수용된 해수를 유지시키는 채널 및 상기 채널을 둘러싸는 가압 절연 공간을 포함하는 집열기; 및
상기 집열기에 연결되고 가압 가스를 생성하며 상기 가압 절연 공간으로 가압 가스를 공급하는 장치;
를 포함하는 해양온도차발전시스템. - 청구항 5에 있어서, 상기 집열기는, 집열기를 둘러싸는 해수 온도보다 더 높은 온도로 해수를 열기관의 기화기로 제공하도록 구성되는 것인 해양온도차발전시스템.
- 청구항 5에 있어서, 상기 열기관은, 열기관의 기화기에 의해 수용된 해수를 이용하여 열기관 내의 작동유체를 가열하도록 구성되는 것인 해양온도차발전시스템.
- 해양으로부터 집열기로 물을 수용하는 단계;
수용된 물을 집열기에서 가온하는 단계로서, 상기 집열기는 상기 해양으로부터 수용되는 물을 유지하도록 구성된 채널 및 상기 채널을 적어도 부분적으로 둘러싸고 상기 채널에 의해 유지되는 물의 온도를 상승시키기 위해 태양에너지를 포획하도록 구성된 절연 공기 공간을 포함하고, 상기 절연 공기 공간은 상기 집열기의 무게 중심을 낮추기 위한 보강재 및 가중재 중 적어도 하나를 고정시키도록 구성되는 함몰부를 포함하는, 수용된 물을 집열기에서 가온하는 단계 ; 및
가온된 물을 해양온도차발전시스템으로 제공하는 단계
를 포함하고, 상기 제공하는 단계는, 태양열에너지전환시스템의 기화기에 상기 가온된 물을 제공하는 단계를 포함하는 것인 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법. - 삭제
- 청구항 8에 있어서, 상기 수용된 물을 집열기에서 가온하는 단계는, 해양으로부터 수용된 물을 담고 있는 채널을 둘러싸는 렌즈를 이용하여 태양에너지를 획득하는 단계를 포함하는 것인 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 기화기는 터빈을 작동시키도록 제공된 물을 이용하여 작동유체를 가열하는 것인 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 해양으로부터 집열기로 물을 수용하는 단계는, 해양으로부터 나선 집열기 조립체로 물을 수용하는 단계를 포함하고, 상기 나선 집열기 조립체는 자체 안정화 작동이 제공되도록 상기 집열기의 최상부 및 바닥부를 통해 연장되는 중합체 네팅(netting)을 포함하는 것인 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.
- 청구항 8에 있어서, 해양온도차발전시스템을 둘러싸는 해양 쓰레기(debris)에서 유래하는 중합체를 이용하여 집열기를 제조하는 단계를 더 포함하는 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.
- 집열기 조립체에 있어서,
해수를 상기 집열기 조립체로 수용하고, 수용된 해수를 집열기 조립체 내에 유지시키도록 구성되는 채널;
채널을 둘러싸며, 수용된 해수를 가열하도록 구성되는 태양에너지 포획부; 및
가열된 해수를 해양온도차발전시스템으로 이송하도록 구성되는 연결부
를 포함하고, 상기 연결부는 가열된 해수를 해양온도차발전 시스템의 기화기로 이송하며,
상기 태양에너지 포획부는 절연 공간의 웹이고, 상기 절연 공간은 포획된 태양에너지 및 상기 해수의 증발 냉각을 방지하도록 공기의 열전도도 보다 낮은 열전도도를 갖는 가스를 포함하는 것인 집열기 조립체. - 청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 태양에너지를 획득하도록 구성되는 공기 포켓을 포함하는 것인 집열기 조립체.
- 청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 태양에너지를 획득하도록 구성되는 렌즈를 포함하는 것인 집열기 조립체.
- 청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 얇은 필름 중합체로 형성되는 것인 집열기 조립체.
- 청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 절연 공기 공간의 웹(web)인 것인 집열기 조립체.
- 삭제
- 청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 해양 쓰레기에서 유래한 중합체로 형성되는 것인 집열기 조립체.
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|---|---|---|---|---|
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