Conversión De Energía Térmica Oceánica: De las diferencias de temperatura entre las aguas superficiales y profundas del océano

Por Fouad Sabry

¿Qué es la conversión de energía térmica oceánica?

La conversión de energía térmica oceánica (OTEC) es un proceso que aprovecha la diferencia de temperatura que existe en el océano entre las zonas más profundas, más frías y las aguas más cálidas, menos profundas o superficiales para impulsar un motor térmico que genera trabajo útil, más comúnmente en forma de electricidad. OTEC puede funcionar con un factor de capacidad que es muy alto y, como resultado, puede funcionar en modo de carga base.

Cómo se beneficiará

(I) Perspectivas y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Conversión de energía térmica oceánica

Capítulo 2: Motor térmico

Capítulo 3: Central eléctrica

Capítulo 4: Central de ciclo combinado

Capítulo 5: Ciclo Rankine

Capítulo 6: Cogeneración

Capítulo 7: Chiller

Capítulo 8: Aguas profundas del océano

Capítulo 9: Central térmica

Capítulo 10: Desalación solar

Capítulo 11: Condensador de superficie

Capítulo 12: Ciclo binario

Capítulo 13: Central vapor-eléctrica

Capítulo 14: Energía osmótica

Capítulo 15 : Ciclo transcrítico

Capítulo 16: Refrigeración de fuentes de agua profunda

Capítulo 17: Ascensor de neblina

Capítulo 18: Evaporador (marino)

Capítulo 19: Desalación térmica a baja temperatura

Capítulo 20: Cobre en intercambiadores de calor

Capítulo 21: Baja te destilación a temperatura ambiente

(II) Responder a las principales preguntas del público sobre la conversión de energía térmica oceánica.

(III) Ejemplos reales del uso de la conversión de energía térmica oceánica en muchos campos.

(IV) 17 apéndices para explicar, brevemente, 266 tecnologías emergentes en cada industria para tener una comprensión completa de 360 ​​grados de las tecnologías de conversión de energía térmica oceánica.

Quién es este libro Para

Profesionales, estudiantes de grado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieren ir más allá del conocimiento básico o la información para cualquier tipo de conversión de energía térmica oceánica.

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 17 oct 2022

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Derechos de autor

Conversión de energía térmica oceánica Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos los derechos reservados.

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida en cualquier forma o por cualquier medio electrónico o mecánico, incluyendo sistemas de almacenamiento y recuperación de información, sin permiso por escrito del autor. La única excepción es por un revisor, que puede citar extractos cortos en una revisión.

Portada diseñada por Fouad Sabry.

Este libro es una obra de ficción. Los nombres, personajes, lugares e incidentes son productos de la imaginación del autor o se usan ficticiamente. Cualquier parecido con personas reales, vivas o muertas, eventos o lugares es completamente coincidencia.

Sobresueldo

Puede enviar un correo electrónico a [e-mail] con el asunto Conversión de energía térmica oceánica: a partir de diferencias de temperatura entre aguas oceánicas superficiales y profundas, y recibirá un correo electrónico que contiene los primeros capítulos de este libro.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Prefacio

¿Por qué escribí este libro?

La historia de escribir este libro comenzó en 1989, cuando era estudiante en la Escuela Secundaria de Estudiantes Avanzados.

Es notablemente como las escuelas STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), que ahora están disponibles en muchos países avanzados.

STEM es un plan de estudios basado en la idea de educar a los estudiantes en cuatro disciplinas específicas: ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, en un enfoque interdisciplinario y aplicado. Este término se usa típicamente para abordar una política educativa o una elección de currículo en las escuelas. Tiene implicaciones para el desarrollo de la fuerza laboral, las preocupaciones de seguridad nacional y la política de inmigración.

Había una clase semanal en la biblioteca, donde cada estudiante es libre de elegir cualquier libro y leer durante 1 hora. El objetivo de la clase es animar a los estudiantes a leer materias distintas al currículo educativo.

En la biblioteca, mientras miraba los libros en los estantes, noté libros enormes, un total de 5,000 páginas en 5 partes. El nombre del libro es La Enciclopedia de la Tecnología, que describe todo lo que nos rodea,desde el cero absoluto hasta los semiconductores, casi todas las tecnologías, en ese momento, se explicaban con ilustraciones coloridas y palabras simples. Comencé a leer la enciclopedia y, por supuesto, no pude terminarla en la clase semanal de 1 hora.

Así que convencí a mi padre para que comprara la enciclopedia. Mi padre compró todas las herramientas tecnológicas para mí al comienzo de mi vida, la primera computadora y la primera enciclopedia tecnológica, y ambas tienen un gran impacto en mí y en mi carrera.

He terminado toda la enciclopedia en las mismas vacaciones de verano de este año, y luego comencé a ver cómo funciona el universo y cómo aplicar ese conocimiento a los problemas cotidianos.

Mi pasión por la tecnología comenzó hace más de 30 años y aún así el viaje continúa.

Este libro es parte de La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes, que es mi intento de dar a los lectores la misma experiencia increíble que tuve cuando estaba en la escuela secundaria, pero en lugar de las tecnologías del siglo 20, estoy más interesado en las tecnologías emergentes del siglo 21, las aplicaciones y las soluciones de la industria.

La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes constará de 365 libros, cada libro se centrará en una sola tecnología emergente. Puede leer la lista de tecnologías emergentes y su categorización por industria en la parte de Próximamente, al final del libro.

365 libros para dar a los lectores la oportunidad de aumentar su conocimiento sobre una sola tecnología emergente todos los días en el transcurso de un período de un año.

Introducción

¿Cómo escribí este libro?

En cada libro de La Enciclopedia de las Tecnologías Emergentes, estoy tratando de obtener información de búsqueda instantánea y cruda, directamente de las mentes de las personas, tratando de responder a sus preguntas sobre la tecnología emergente.

Hay 3 mil millones de búsquedas en Google todos los días, y el 20% de ellas nunca se han visto antes. Son como una línea directa a los pensamientos de la gente.

A veces eso es '¿Cómo elimino el atasco de papel?'. Otras veces, son los miedos desgarradores y los anhelos secretos que solo se atreverían a compartir con Google.

En mi búsqueda por descubrir una mina de oro sin explotar de ideas de contenido sobre Conversión de energía térmica oceánica, utilizo muchas herramientas para escuchar datos de autocompletar de motores de búsqueda como Google, luego rápidamente saco cada frase y pregunta útil, la gente pregunta sobre la palabra clave Conversión de energía térmica oceánica.

Es una mina de oro de conocimiento de las personas, que puedo usar para crear contenido, productos y servicios frescos y ultra útiles. La gente amable, como tú, realmente quiere.

Las búsquedas de personas son el conjunto de datos más importante jamás recopilado sobre la psique humana. Por lo tanto, este libro es un producto en vivo, y constantemente actualizado por más y más respuestas para nuevas preguntas sobre Conversión de energía térmica oceánica, formuladas por personas, como usted y yo, que se preguntan sobre esta nueva tecnología emergente y les gustaría saber más al respecto.

El enfoque para escribir este libro es obtener un nivel más profundo de comprensión de cómo las personas buscan en torno a la conversión de energía térmica oceánica, revelando preguntas y consultas que no necesariamente pensaría en la parte superior de mi cabeza, y respondiendo estas preguntas en palabras súper fáciles y digeribles, y navegar por el libro de una manera directa.

Entonces, cuando se trata de escribir este libro, me he asegurado de que sea lo más optimizado y específico posible. El propósito de este libro es ayudar a las personas a comprender mejor y aumentar su conocimiento sobre la Conversión de energía térmica oceánica. Estoy tratando de responder a las preguntas de la gente lo más cerca posible y mostrando mucho más.

Es una manera fantástica y hermosa de explorar preguntas y problemas que tienen las personas y responderlos directamente, y agregar perspicacia, validación y creatividad al contenido del libro, incluso lanzamientos y propuestas. El libro descubre áreas ricas, menos concurridas y, a veces, sorprendentes de demanda de investigación que de otro modo no alcanzaría. No hay duda de que, se espera que aumente el conocimiento de las mentes de los lectores potenciales, después de leer el libro utilizando este enfoque.

He aplicado un enfoque único para hacer que el contenido de este libro sea siempre fresco. Este enfoque depende de escuchar las mentes de las personas, mediante el uso de las herramientas de escucha de búsqueda. Este enfoque me ayudó a:

Conozca a los lectores exactamente donde están, para que pueda crear contenido relevante que toque la fibra sensible y genere una mayor comprensión del tema.

Mantén mi dedo firmemente en el pulso, para que pueda obtener actualizaciones cuando la gente hable sobre esta tecnología emergente de nuevas maneras y monitorear las tendencias a lo largo del tiempo.

Descubra tesoros ocultos de preguntas que necesitan respuestas sobre la tecnología emergente para descubrir ideas inesperadas y nichos ocultos que aumentan la relevancia del contenido y le dan una ventaja ganadora.

El bloque de construcción para escribir este libro incluye lo siguiente:

(1) He dejado de perder el tiempo en ideas viscerales y conjeturas sobre el contenido deseado por los lectores, llené el contenido del libro con lo que la gente necesita y dije adiós a las infinitas ideas de contenido basadas en especulaciones.

(2) He tomado decisiones sólidas, y he tomado menos riesgos, para obtener asientos de primera fila para lo que la gente quiere leer y quiere saber, en tiempo real, y usar los datos de búsqueda para tomar decisiones audaces, sobre qué temas incluir y qué temas excluir.

(3) He simplificado mi producción de contenido para identificar ideas de contenido sin tener que examinar manualmente las opiniones individuales para ahorrar días e incluso semanas de tiempo.

Es maravilloso ayudar a las personas a aumentar su conocimiento de una manera directa simplemente respondiendo a sus preguntas.

Creo que el enfoque de escribir este libro es único, ya que recopila y rastrea las preguntas importantes que hacen los lectores en los motores de búsqueda.

Reconocimientos

Escribir un libro es más difícil de lo que pensaba y más gratificante de lo que podría haber imaginado. Nada de esto hubiera sido posible sin el trabajo realizado por prestigiosos investigadores, y me gustaría reconocer sus esfuerzos para aumentar el conocimiento del público sobre esta tecnología emergente.

Dedicación

Para los iluminados, los que ven las cosas de manera diferente y quieren que el mundo sea mejor, no les gusta el status quo o el estado existente. Puedes estar demasiado en desacuerdo con ellos, y puedes discutir con ellos aún más, pero no puedes ignorarlos, y no puedes subestimarlos, porque siempre cambian las cosas ... Empujan a la raza humana hacia adelante, y mientras algunos pueden verlos como locos o aficionados, otros ven genios e innovadores, porque los que están lo suficientemente iluminados como para pensar que pueden cambiar el mundo, son los que lo hacen, y llevan a la gente a la iluminación.

Epígrafe

La conversión de energía térmica oceánica (OTEC) es un proceso que hace uso de la diferencia de temperatura que existe en el océano entre las aguas más profundas y frías y las aguas más cálidas, menos profundas o superficiales para alimentar un motor térmico que genera trabajo útil, más comúnmente en forma de electricidad. OTEC  es capaz de funcionar  con un factor de capacidad que es muy alto, y como resultado, es capaz de funcionar en modo de carga base.

Tabla de contenidos

Derechos de autor

Sobresueldo

Prefacio

Introducción

Reconocimientos

Dedicación

Epígrafe

Tabla de contenidos

Capítulo 1: Conversión de energía térmica oceánica

Capítulo 2: Desalinización

Capítulo 3: Central eléctrica

Capítulo 4: Central de ciclo combinado

Capítulo 5: Ciclo de Rankine

Capítulo 5: Cogeneración

Capítulo 7: Enfriador

Capítulo 8: Aguas oceánicas profundas

Capítulo 9: Central térmica

Capítulo 10: Desalinización solar

Capítulo 11: Condensador de superficie

Capítulo 12: Ciclo binario

Capítulo 13: Central eléctrica de vapor

Capítulo 14: Poder osmótico

Capítulo 15: Ciclo transcrítico

Capítulo 16: Enfriamiento de fuentes de agua profundas

Capítulo 17: Desarrollo energético

Capítulo 18: Levantamiento de niebla

Capítulo 19: Evaporador (marino)

Capítulo 20: Desalinización térmica a baja temperatura

Capítulo 21: Destilación a baja temperatura

Epílogo

Sobre el autor

Próximamente

Apéndices: Tecnologías emergentes en cada industria

Capítulo 1: Conversión de energía térmica oceánica

La conversión de energía térmica oceánica (OTEC) es un proceso que hace uso de la diferencia de temperatura que existe en el océano entre las aguas más profundas y frías y las aguas más cálidas, menos profundas o superficiales para alimentar un motor térmico que genera trabajo útil, más comúnmente en forma de electricidad. OTEC es capaz de mantener un factor de capacidad muy alto y, como resultado, puede funcionar en modo de carga base.

Las masas de agua fría más densas que se producen como resultado de la interacción del agua superficial del océano con la atmósfera fría en regiones bastante específicas del Atlántico Norte y el Océano Austral se hunden en las cuencas marinas profundas y se distribuyen por todo el océano profundo por la circulación termohalina. La reposición del afloramiento de agua fría de las profundidades del océano proviene del afloramiento de agua fría de la parte superior del mar.

OTEC es uno de los recursos de energía renovable constantemente accesibles que podrían contribuir al suministro de energía de carga base. Esto lo convierte en una de las fuentes de energía oceánica que representa OTEC.

Tanto las configuraciones de ciclo abierto como de ciclo cerrado son posibles para los sistemas. Los fluidos de trabajo en un OTEC de ciclo cerrado a menudo se consideran refrigerantes, y algunos ejemplos de estos fluidos son el amoníaco y el R-134a. Como resultado de sus bajas temperaturas de ebullición, estos fluidos son ideales para su uso en el generador del sistema, que es responsable de la generación de energía. El ciclo de Rankine, que hace uso de una turbina de baja presión, es ahora el tipo de ciclo de calor para OTEC que se utiliza con más frecuencia. El vapor que se produce desde el océano mismo es utilizado por motores de ciclo abierto como fluido de operación.

Como subproducto adicional, OTEC es capaz de proporcionar grandes volúmenes de agua fría. Esto se puede utilizar para cosas como el aire acondicionado y la refrigeración, y el agua de las profundidades del océano, que es rica en nutrientes, se puede utilizar para alimentar la tecnología biológica. El agua de mar que ha sido destilada para producir agua dulce es otro subproducto.

En la década de 1880, la gente comenzó a hacer intentos de crear y perfeccionar la tecnología OTEC. En el año 1881, un científico francés llamado Jacques Arsene d'Arsonval presentó la idea de aprovechar la energía térmica del océano. Georges Claude, alumno de D'Arsonval, construyó la primera planta OTEC en Matanzas, Cuba, en el año 1930. (La cantidad total de energía creada se conoce como potencia neta del sistema después de restar la cantidad de electricidad requerida para operar el sistema).

En 1956, investigadores de Francia desarrollaron una planta de tres megavatios específicamente para la ciudad de Abiyán en Costa de Marfil. La instalación nunca se terminó porque los descubrimientos posteriores de grandes volúmenes de petróleo relativamente barato hicieron que su finalización fuera antieconómica. En 1981, se dio un importante paso adelante en el desarrollo de la tecnología OTEC cuando un ingeniero ruso llamado Dr. Alexander Kalina empleó una combinación de amoníaco y agua para generar energía. La efectividad del ciclo de potencia se vio significativamente impulsada por el uso de esta combinación única de amoníaco y agua. En 1994, la Universidad de Saga planificó y construyó una planta de 4,5 kW con el propósito de probar un ciclo Uehara recién diseñado, también llamado así por su creador Haruo Uehara. El objetivo de la planta era probar el ciclo de Uehara, que también lleva el nombre de su desarrollador. El rendimiento de este sistema es superior al del ciclo de Kalina en un 1-2 por ciento debido a la inclusión de procesos de absorción y extracción en este ciclo. El Instituto de Energía Oceánica de la Universidad de Saga es ahora el líder en la investigación de plantas de energía OTEC. Además, el Instituto trabaja en muchas de las ventajas secundarias que están asociadas con la tecnología.

Durante la década de 1970, hubo un aumento en la investigación y el desarrollo de OTEC durante el período posterior a la guerra árabe-israelí en 1973, lo que provocó que el precio del petróleo se cuadruplicara. Después de que el presidente Carter firmara un estatuto que comprometía a los Estados Unidos a un objetivo de producción de 10,000 MW de energía de los sistemas OTEC para el año 1999, el gobierno federal de los Estados Unidos invirtió un total de 260 millones de dólares en investigación OTEC.

En Keahole Point, que se encuentra en la costa de Kona de Hawai, el gobierno de los Estados Unidos creó el Laboratorio de Energía Natural de la Autoridad de Hawai (NELHA) en 1974. Debido a su cálida agua superficial, acceso a agua extremadamente profunda y muy fría, y energía costosa, Hawai es el mejor sitio en los Estados Unidos para una instalación OTEC. El centro de pruebas se ha establecido como uno de los más reputados para la tecnología OTEC. 1979 vio la producción de una cantidad insignificante de energía durante un período de tres meses.

Entre los años 1979 y 1983, EUROCEAN, una empresa conjunta de financiación privada formada por nueve empresas europeas que ya se dedicaban a la ingeniería offshore, participó en la promoción de OTEC.

Al principio, se investigó la viabilidad de una planta offshore a gran escala.

Más tarde, un sistema terrestre con una capacidad de 100 kW que combina OTEC con desalinización y acuicultura y se conoce como ODA fue objeto de investigación.

Esto se determinó en base a los hallazgos de una instalación acuícola a pequeña escala ubicada en la isla de St. Croix. Esta instalación hizo uso de una línea de suministro de aguas profundas para alimentar sus cuencas acuícolas.

También se examinó la posibilidad de una planta terrestre de ciclo abierto.

La ubicación del caso de estudio fue la isla relacionada con el Reino Holandés Curazao).

Este diseño incluía la totalidad de los componentes del ciclo, a saber, el evaporador, combinaba el condensador y la turbina en un solo recipiente de vacío, con la turbina colocada sobre la estructura para excluir cualquier posibilidad de que el agua entrara en ella.

El hormigón se utilizó en la construcción del recipiente, que fue el primero de su tipo en ser un recipiente de vacío de proceso.

No fue posible fabricar todos los componentes a partir de un material plástico de bajo costo, a pesar de los esfuerzos realizados, debido al hecho de que la turbina y las bombas de vacío que se crearon como las primeras de su tipo necesitaban cierto grado de precaución.

Más tarde el Dr.

Bharathan continuó desarrollando este concepto a través de las fases preliminar y final del proceso con la asistencia de un grupo de ingenieros que trabajan en el Instituto del Pacífico para la Investigación de Alta Tecnología (PICHTR).

Más tarde fue rebautizado como Net Power Producing Experiment (NPPE), y fue construido en el Laboratorio de Energía Natural de Hawai (NELH) por PICHTR. El ingeniero jefe Don Evans encabezó el equipo que trabajó en el proyecto, mientras que el Dr. Xiaoping Zhang lo supervisó como gerente del proyecto.

Luis Vega.

En 2002, la India realizó experimentos en una planta piloto OTEC flotante de 1 MW ubicada en las cercanías de Tamil Nadu. El colapso de la línea de agua fría de aguas profundas finalmente condujo a la incapacidad de la planta para producir cualquier producción útil. En ese momento, se prevé que el trabajo en el sistema SWAC se reanudará.

En el Laboratorio de Energía Natural de Hawai, Makai Ocean Engineering completó el diseño y la construcción de una instalación de prueba de intercambiador de calor OTEC en julio de 2011. El objetivo de la instalación es desarrollar un diseño ideal para los intercambiadores de calor OTEC, con los objetivos de mejorar el rendimiento y extender la vida útil y, al mismo tiempo, reducir los costos (los intercambiadores de calor son el factor principal en los gastos operativos totales de una planta OTEC).

La construcción de una nueva instalación OTEC en la Universidad Saga se terminó en marzo de 2013, con la asistencia de una variedad de empresas japonesas. El 15 de abril de 2013, la prefectura de Okinawa hizo el anuncio de que las pruebas para la operación OTEC comenzarán al día siguiente en la isla de Kume. El objetivo principal es exhibir OTEC al público en general y al mismo tiempo demostrar la precisión de los modelos informáticos. Hasta la conclusión del año fiscal 2016, las pruebas y la investigación continuarán llevándose a cabo con la ayuda de la Universidad de Saga. El Centro de Investigación de Agua del Mar Profundo de la Prefectura de Okinawa encargó a IHI Plant Construction Co. Ltd, Yokogawa Electric Corporation y Xenesys Inc. la tarea de construir una planta de clase de 100 kilovatios en los terrenos de la instalación. El sitio se seleccionó especialmente para que la instalación de investigación pudiera hacer uso de las tuberías de toma de agua de mar profunda y agua de mar superficial que se habían erigido en 2000 para los fines de la instalación de investigación. La tubería se utiliza para traer agua de las profundidades del océano con fines de investigación, pesca y agricultura. [19] La planta se compone de dos unidades de 50 kW que están configuradas en una forma doble Rankine. Por el momento, solo hay dos instalaciones OTEC en todo el mundo que funcionan a plena capacidad. Esta instalación funciona sin interrupción, incluso cuando no hay ninguna prueba en particular.

2011 vio la finalización de una instalación de prueba de intercambiadores de calor que se encontraba en NELHA por Makai Ocean Engineering. La instalación de una turbina de 105 kW en Makai ha sido posible gracias a la financiación de OTEC. Esta turbina se utilizará en Makai para probar una gama de métodos de intercambio de calor. La instalación de esta instalación la convertirá en la instalación OTEC más grande actualmente en funcionamiento; sin embargo, el récord de mayor potencia seguirá estando en manos de la planta de ciclo abierto que también se creó en Hawai.

En julio de 2014, el grupo DCNS y Akuo Energy anunciaron que recibirán financiación NER 300 para su proyecto NEMO. Si todo va según lo planeado, la planta offshore de 16MW brutos / 10MW netos será la instalación más poderosa de OTEC hasta la fecha. Se espera que NEMO esté en pleno funcionamiento para DCNS para el año 2020.

Cuando se opera en un entorno con un gradiente de temperatura significativo, un motor térmico logra niveles más altos de eficiencia.

Los trópicos tienen la mayor brecha de temperatura entre la superficie y las aguas más profundas de los mares, aunque todavía es modesta de 20 a 25 ° C.

Como resultado, los trópicos son las regiones en las que OTEC presenta el mayor número de oportunidades.

El rendimiento ahora puede estar cerca de alcanzar el máximo teórico gracias a los diseños modernos. La eficiencia de Carnot.

Los sistemas OTEC que se pueden dividir en tres categorías son de ciclo cerrado, ciclo abierto e híbrido. Cada una de estas categorías utiliza agua de mar fría como componente esencial. Para que el sistema funcione, el agua fría del océano tiene que ser entregada a la superficie. El bombeo activo y la desalinización son los dos métodos básicos que se utilizan. El proceso de desalinización del agua salada cerca del fondo del mar hace que la densidad del agua disminuya, lo que a su vez la lleva a subir a la superficie.

Los fluidos que tienen un punto bajo de ebullición se utilizan en sistemas de ciclo cerrado, como el amoníaco (que tiene un punto de ebullición de alrededor de -33 ° C a presión atmosférica), para proporcionar la fuerza necesaria para hacer girar una turbina y producir energía.

El fluido se vaporiza pasando agua de mar superficial caliente a través de un intercambiador de calor, que se empuja continuamente.

El turbogenerador obtiene su energía del vapor en expansión.

El agua fría, que circula a través de un segundo intercambiador de calor por bombeo, condensa el vapor en un líquido, que posteriormente se distribuye por todo el sistema a través del reciclaje.

El Laboratorio de Energía Natural y muchos socios del sector corporativo colaboraron en 1979 para construir el experimento pequeño OTEC, que resultó en la primera generación exitosa de energía eléctrica neta a partir de OTEC de ciclo cerrado mientras se llevaba a cabo en el mar. El pequeño velero OTEC estaba anclado a unas 1,5 millas (2,4 kilómetros) de la costa de Hawai, y generó suficiente energía neta para alimentar las bombillas del barco, así