미스트 리프트

Mist lift
미스트 흐름 발전기의 예
A: 구조물의 저압을 유지하는 진공 펌프. B: 따뜻한 물 표면의 물이 터빈으로 흘러 내려갈 수 있도록 하는 흡입구. C: 터빈이 위치한 표면 100M 아래 구조물의 베이스. D: 깊이(일반적으로 700~1000m 깊이)까지 확장되는 냉수관. E: 냉수 제트가 용기로 위로 분사되는 위치.

미스트 리프트, 미스트 플로우 또는 증기 리프트 펌프는 수력 발전 터빈을 작동시키기 위해 물이 떨어지는 해양 열 에너지 변환(OTEC)의 형태로 사용되는 가스 리프트 기술이다. 물은 떨어지는 레벨에서 상승하는 증기를 이용하여 펌핑되며, 이 증기는 복합적인 흐름으로 결합된다.[1] 에너지 생산과는 별개로, 이 기술은 불특정 용도를 위해 심해에서 바닷물을 끌어올리는 데 사용되는 열전동 펌프로서 간단히 사용될 수 있다.[2]

작전

다른 개방형 사이클 OTEC 체계에서와 같이, 이 기술은 낮은 대기압에서 바닷물을 끓이는 것을 포함한다. 이 계획은 많은 형태를 취할 수 있기 때문에 예시를 위해 특정 양식이 설명되고 아래 섹션에는 대체 양식의 세부사항이 나열된다. 미스트 리프트의 전제조건은 상당한 열경사가 존재한다는 것이다. 일반적으로 따뜻한 표면 물은 25 °C(77 °F)에 가까울 것으로 예상된다. 수심으로부터의 냉수는 5°C(41°F) 부근에 있어야 한다.[3][4] 일반적인 구현 세트는 대부분 표면 아래에 잠겨 있는 부유 콘크리트 용기를 사용한다. 구조물의 밑부분에 있는 수력 발전 터빈으로부터 전기를 발생시키기 위해 100미터(330피트)와 같은 상당한 높이에서 많은 양의 따뜻한 표면 해수가 중력에 의해 떨어진다. "미스트 리프트"는 구조물의 물을 다시 퍼낼 때 사용하는 가스 리프트 기술로 이름을 얻었다. 구조물 내부의 부분 진공으로 인해 표면에서 나오는 따뜻한 바닷물이 끓어오르면서 많은 양의 증기가 발생한다. 10m(33ft)에서 20m까지 올라가면 차가운 바닷물 제트가 증기로 위쪽으로 분사돼 빠르게 수축해 기초보다 구조물 상부에 현저히 낮은 압력이 발생한다. 이로 인해 다상 증기수 '미스트'가 빠져나가는 구조물 상단으로 엄청난 속도로 상승하게 된다.[1][5]

변동내역

  • 육지형식에서는 물이 탑 위로 들어올려지고, 물이 떨어져 터빈을 구동한다.[1]
  • 다중 효소 흐름은 차가운 액체의 분사물이 실린더의 중심을 통해 위로 보내질 경우 실린더 설계의 마찰 문제를 극복할 수 있다. 수축된 증기는 실린더의 중앙을 향해 당겨져 흐름의 더 높은 밀도 부분과 실린더의 벽 사이의 접촉을 감소시킨다.[2]
  • 구조물의 높이는 크게 달라질 수 있으며, 더 큰 높이는 더 큰 출력과 상관관계가 있다. 원래의 리지웨이 특허는 50미터(160피트)의 구조를 요구했다.
  • 에어 리프트 펌프와 유사하게, 다중 효소 흐름은 미스트의 형태를 취할 수 있을 뿐만 아니라, 얼 벡이 구상한 것처럼 거품이 섞인 형태를 취할 수 있다.
  • 거품 적재 다중효소 흐름은 버블이 상승하면서 버블이 터지는 경향이 있어 펌프의 성능이 저하된다. 이 효과는 제너와 페트코비치가[3][7] 제안한 세제 등 거품제를 사용하면 줄일 수 있다.
  • 리프트는 이론적으로 초당 1 입방미터당 800킬로와트의 냉수를 발생시킬 수 있는 두 개의 리프트 단계로 분리될 수 있다.[5]

Ridgway 설계에 공통적인 상세 정보

  • 진공 펌프는 구조물 바닥에서 2,400 파스칼(0.35 psi)의 압력을 유지한다.
  • 냉수 제트는 구조물 위로 올라가면서 1,200 파스칼(0.17 psi)의 낮은 압력을 생성한다.
  • 비등 성능을 개선하기 위해 주입수를 여과하여 가스를 제거한다.[4]
  • 200마이크로미터 범위의 미스트 방울은 점멸에서 생성된 자체 증기에 의해 50미터까지 들어올릴 수 있다.[8]

설계 문제

  • 물안개가 걷힌 후 이 과정에서 터빈이 발생하면 미세 거품이 많이 생겨 터빈 로터의 과도한 공동화가 발생할 수 있다.[6]
  • 수몰 구조물을 사용할 경우 필요한 강도와 부피 때문에 수몰된 챔버의 원가가 발전소 비용의 최대 40%를 차지할 수 있다. 과도한 마찰 없이 고속 흐름이 상승하기 위해서는 대형 체적실이 필요하다. 이 구조물이 부피가 크고 100m가 물에 잠겼다면 그 깊이에서 바다의 무게를 억제할 수 있을 만큼 튼튼해야 한다.[2]

원가평가

열 온도 차이를 활용하는 미스트 리프트는 다른 유형의 OTEC와 같이 대형 펌프와 열 교환기가 필요하지 않다. 폐쇄형 시스템에서 교환기의 비용은 OTEC 발전소의 가장 큰 비용을 나타내며, 100MW 발전소는 20피트 컨테이너 크기의 200개의 교환기를 필요로 한다.[9]

2010년, Makai Ocean Engineering은 미스트 리프트 발전소가 연구자들에 의해 추진되고 있는 지배적인 OTEC 접근방식과 경쟁할 수 있는지를 평가하기 위해 컴퓨터 모델을 건설하기로 계약되었다. 이번 연구에서는 미스트 리프트 발전소가 폐쇄 사이클 발전소보다 17~37% 저렴할 수 있다고 추정했다.[10] 물에 잠긴 미스트 유량 발전소에서는 비용의 40% 가까이가 충분히 강한 압력 용기를 만드는데 투입된다.[2]

참조

  1. ^ a b c 미국 특허 4441321, Ridgway, Stuart L, "Compact mist flow generator"는 1984-04-10을 발행했다.
  2. ^ a b c d 미국 특허 4603553, 리드웨이, 스튜어트 L, "발광 냉수 파이프" 1984-12-11 출판
  3. ^ a b Zener, Clarence; Noriega, Jaime (May 1982), "Periodic explosions by positive feedback in a rising foam column" (PDF), Proceedings of the National Academy of Sciences, 79 (10): 3384–3386, Bibcode:1982PNAS...79.3384Z, doi:10.1073/pnas.79.10.3384, PMC 346420, PMID 16593192, retrieved June 2, 2012
  4. ^ a b 미국 특허 4216657, Ridgway, Stuart L, "Mist flow ocean thermal Energy process" 1980-08-12
  5. ^ a b Ridgway, Stuart L. (19 April 2005), Out of Gas? Refuel with Mist lift Ocean Thermal Energy, OTEC News, archived from the original on 26 December 2005, retrieved February 13, 2011
  6. ^ a b 미국 특허권 6202417, 벡, 얼 J, 2001-03-20 출판된 "해양 열경사 유압 발전소"
  7. ^ Zener, Clarence; Fetkovich, John (25 July 1975), "Foam Solar Sea Power Plant", Science, 189 (4199): 294–5, Bibcode:1975Sci...189..294Z, doi:10.1126/science.189.4199.294, PMID 17813708, S2CID 13151635
  8. ^ Lee, C. K. B.; Ridgway, Stuart (May 1983), "Vapor/Droplet Coupling and the Mist Flow (OTEC) Cycle" (PDF), Journal of Solar Energy Engineering, 105 (2): 181–186, Bibcode:1983ATJSE.105..181L, doi:10.1115/1.3266363
  9. ^ Eldred, M.; Landherr, A.; Chen, I.C. (July 2010), "Comparison Of Aluminum Alloys And Manufacturing Processes Based On Corrosion Performance For Use In OTEC Heat Exchangers", Offshore Technology Conference 2010 (OTC 2010), Curran Associates, Inc., doi:10.4043/20702-MS, ISBN 9781617384264, retrieved May 28, 2010
  10. ^ Recovery.gov award summary: Makai Ocean Engineering July 1 - September 30, 2011., archived from the original on December 14, 2012, retrieved June 2, 2012

외부 링크