Таким образом, подвод рабочего тела к системе тепла осуществляется на ветви 3-4-5, а отвод – на ветви 2-3. Дополнительную работу приходится затрачивать на закачку конденсата в испаритель (3-4) и на перекачивание воды сквозь нагреватель и холодильник. Максимальный теоретический КПД такой системы определяется разностью температур воды, перекачиваемой через нагреватель и холодильник, как КПД эквивалентного цикла Карно .

Для перепадов температур между поверхностными и глубинными слоями воды в пределах от 15 до 26°С он соответственно изменяется в диапазоне от 5 до 9 %. Реальный КПД, как правило, существенно ниже. Это связано с конструктивными ограничениями, не позволяющими в реальной установке довести температуру паров и конденсата до температуры теплых и холодных вод, соответственно (на Рис.3 это подчеркнуто с помощью разностей температур) . Конкретные температуры приведены на Рис.3.2 Можно подсчитать, что при теоретическом КПД, равном 7,3 %, на турбине получаем величину примерно в 2 раза меньшую – 3,6%. Причем она не учитывает потери на собственные нужды станции, которые сведут КПД до величины, порядка 2,5%. Одним из параметров полученных на экспериментальной установке ОТЕС-1, является коэффициент теплопередачи теплообменных узлов k =2800 Вт/°С сек м². Исходя из этой величины, расчетного КПД= 2,5% и установившуюся DТ между водой и рабочим телом (около 4°С), получаем величину необходимой теплообменной поверхности S для одного теплообменного узла в расчете на мощность Р=1ГВт :





Ниже приведенная таблица показывает, что за счет вертикальной разности температур тропического океана, вовлекая в процесс преобразования 5% энергии от солнечного излучения на площади 4х10^13м^2. можно стабильно обеспечить генерирующие мощности на 10 000ГВт.

К настоящему времени имеются ряд патентных разработок и экспериментальных установок, которые могут стать основой для развития новой отрасли гидроэнергетики, использующей тепловую энергию, аккумулированную океаном. Освоение тепловой энергии океана по программе Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) входит в национальные программы таких стран как США, Франция, Япония, Швеция, Индия. К сожалению, такая огромная страна как Россия в этом списке отсутствует. Впервые идею использования тепловой энергии океана предложил французский ученый Д Арсонваль, и хотя прошло уже много времени, эта идея так и находится на уровне экспериментальных работ.

Принципиальное техническое решение о применении тепловых машин в освоении тепловой энергии океана принято давно и это никаких сомнений не вызывает. В данном случае тепловая машина работает в основном по циклу Ренкина (замкнутый цикл), у которого в качестве рабочего тела применяется легкокипящая жидкость.
К сожалению, то, что ни в коем случае нельзя допускать, реализовано во всех экспериментальных установках. Т.е. ни в коем случае нельзя поднимать холодную воду к поверхности океана. Подъем воды создает трудно решаемые проблемы, которые сводят на нет все затраченные усилия, что практически и наблюдается. Первая проблема - большие энергетические затраты для работы насосов, поднимающих воду. Вторая проблема -выделение растворенных газов из глубинных слоев при снятии давления, третья- обрастание теплообменных узлов, постоянно находящихся в теплой воде и четвертая- необходимость иметь технические и энергетические стартовые мощности для запуска станции.
Все эти проблемы решаются, если конденсатор тепловой машины располагать в рабочем слое воды на глубине порядка 600метров, предусматриваемое патентами РФ на изобретение № 2116465 и полезные модели № №, 45161, 48586, 48587. В этом случае к поверхности океана поднимается рабочее тело, обладающее более высокой концентрацией энергии, определяемой не теплоемкостью воды, как в ранних разработках, а теплотой парообразования рабочей жидкости, которая почти на два порядка выше, и это значительно снижает энергетические потери на технологические нужды. В данных разработках, станции получают возможность работать на всей акватории тропического океана, а не только в отдельных наиболее прогретых районах с градиентом температуры выше 22 градусов, что предусматривают старые схемы. Далее отсутствует выделение глубинного газа, растворенного в воде. Не требуется стартовое оборудование и энергетические мощности для запуска станции.
После установки в районе работы, рабочее тело в теплообменных узлах автоматически приобретает необходимую температуру. Проблемы обрастания решаются периодическим изменением глубины и температуры работы теплообменных узлов, т.е. теплообменные узлы меняют местами, а периодическая смена условий существования не дает развиваться морским организмам. В результате решения этих проблем появляется возможность создания электростанций, береговых кондиционеров с дополнительной выработкой пресной воды, скоростных мобильных объектов и т. д. Схема установки, работающей по замкнутому циклу Ренкина, приведена на Рис.2.1 .
В этой системе с помощью теплых поверхностных вод, подаваемых на теплообменник- испаритель, рабочее тело (аммиак, пропан и др.), превращается в пар, в результате чего создается повышенное давление. Проходя через турбину и выделив на ней механическую энергию, пар конденсируется на поверхности второго теплообменника, омываемого холодной водой глубинных слоев.


На Рис.3 показан термодинамический цикл такой тепловой машины в координатах бсолютная температура-энтропия. Полезная работа, совершаемая паром в турбине, определяется ветвью 1-2, на участке 2-3 происходит конденсация, затем насосом рабочее тело подается в испаритель 3-4, где нагревается (ветвь 4-5) и испаряется (ветвь 5-1).
Учитывая, что в схему входят
два одинаковых бойлера,
получаем общую
теплообменную поверхность                                                  S= 3 571 428 х 2 = 7 142 856м².

Теплообменные узлы
выполнены из титана,
удельный вес титана -                                                                                                                       r=4,8т/м³.

Примем:
радиус трубки                                                                                                                           Rтр=0,007м,
толщину стенки                                                                                                                    t =     0,0005м.

Объем металла :                                                             Vм=S х t = 7 142 856 х 0,0005=3 572 м³
Сухая масса теплообменных
узлов:                                                                                                М=r х Vм=4,8 х 3 572 = 17 146т.

Общая длина трубки:                                                                             Lтр = S/2pRтр=162 000 000м
.

Объем занимаемый трубкой:       Vн= pRтр² х Lтр =3,14х0,007²х162 000 000=25 000м³.

Внутренний объем :               Vв =p(Rтр-t)²  х Lтр=3,14х(7-0,5)² х162 000 000= 21465м³.




Принимая во внимание, что теплообменные узлы являются определяющими по массе, габаритам и стоимости, можно, допустив некоторый резерв, предположить что, водоизмещение станции составит порядка 75 000т/ГВт На рисунках приведены экспериментальные станции и перспективные объекты, которые могут быть реализованы на основе предлагаемых патентов. Основным и наиболее дорогим материалом для строительства станций является титан, ежегодный расход которого при крупномасштабном строительстве может составить порядка 1 миллиона тонн, что может быть легко достигнуто мировой промышленностью.





Т Е П Л О В А Я   Э Н Е Р Г И Я   О К Е А Н А


патенты РФ №№ 2116465, 45161, 48586, 48587, 71379


Рисунок датского архитектора Вансенто Коллебо
"Город в океане"
«Жить за счет даров земли — все равно что жить на свой капитал; жить за счет даров моря — все равно что жить на проценты со своего капитала».
(Роже Шарлъе)
В данном случае активный процесс теплопередачи, определяющий полезную работу, происходит с большими перерывами, а   в глубинный слой  холодной воды опускается не только рабочее тело, но и вся конструкция аппарата представляющая собой непроизводительный  балласт отбирающий практически всю выработнную энергию на вертикальное перемещение аппарата. 

Не трудно заметить (рис5), что в предлагаемом варианте российских патентов,  вертикальному перемещению подвергается только рабочее тело и процесс теплопередачи происходит непрерывно в оптимальном режиме.


С учетом того, что практически всех жизненно важных элементов таблицы Менделеева в земной коре предостаточно, то наличие больших объемов чистой энергии способной обеспечить их круговорот, позволит вести самодостаточное хозяйство многомиллиардному населению Земли.

84-килограммовый прототип питается тепловой энергией океана, попеременно всплывая к теплой поверхности и погружаясь в холодные глубины. Ключом к работе аппарата является набор материалов с легким переходом из одной фазы в другую, которые содержатся в десяти внешних трубках. Когда робот поднимается, вещества плавятся и расширяются, а когда ныряет — затвердевают и сокращаются. Расширение воскоподобных материалов создает давление на масло, хранящееся внутри аппарата.





Это масло периодически запускает гидравлический двигатель, который генерирует электроэнергию и подзаряжает батареи робота. Энергия аккумуляторов питает гидравлическую систему, которая изменяет объем аппарата (и, следовательно, его плавучесть), что позволяет ему двигаться по вертикали.

30 ноября 2009 года, автономный подводный аппарат SOLO-TREC испытывается на Гавайях. (Фото NASA / JPL / U.S. Navy / Scripps Institution of Oceanography.)
В ноябре 2009г. НАСА, ВМС, Океанографический институт Скриппса и Калифорнийский университет в Сан-Диего (все — США) продемонстрировали первый подводный аппарат, который получает энергию только за счет разницы температур в океанских глубинах. http://science.compulenta.ru/521563/ 
http://www.livescience.com/technology/underwater-robot-100406.html


Тепловые гидроэлектростанции отбирая энергию нагретого слоя воды в Океане позволят  создать глобальную инфраструктуру солнечной энергетики. Для этой цели достаточно вводить ежегодно по сто станций мощностью в 1ГВт в течение 100 лет, при финансовых расходах около 5 долларов на человека в год. Как указывалось выше, концентрация тепловой энергии в океане сопоставима с концентрацией энергии падающей воды равнинной  гидроэлектростанци, а  энергетический потенциал океана сопоставим с  потенциальными возможностями ожидаемых от термоядерного синтеза.


Рисунок надводной части энергетического комплекса
Санкт-Петербург 1998г.
США уже вплотную подошли к созданию энергетической станции повторяющую  предложеннй вариант конструкции тепловой гидроэлектростанции по патенту РФ №2116465 и др.   Испытания на Гаваях показали практическую   возможность преобразования тепловой энергии океана  без вертикального перемещения огромной  массы  воды используемого в качестве первичного энергоносителя.  

Далее остается   обеспечить  непрерывность процесса теплопередачи и мощность теплового потока, что предусмотрено  российскими патентами.  Практическое решение этих проблем  позволит строить тепловые гидроэлектростанции (ТГЭС) отвечающую самым жестким  экологическим требованиям предъявляемым энергетическим объектам.