中國海洋溫差能發電取得新突破

一、中國可再生能源發電又一突破 

　　據新華社報導，海洋溫差能是重要的海上新能源，也是當前全球新能源研究的重要領域。中國地質調查局廣州海洋地質調查局帶頭研發的20kW海洋漂浮式溫差能發電裝置近日在南海成功完成海試。這是中國首次在實際海況條件下實現海洋溫差能發電原理性驗證和工程化運行，有力推進中國深海能源開發利用。海洋溫差能是海洋可再生能源之一，指海洋表層海水和深層海水之間由溫度差而形成的熱能，極具開發價值和潛力。廣州海洋地質調查局高級工程師寧波介紹，中國海洋溫差能儲量豐富，但相關研究此前還處於實驗室理論研究及陸地試驗階段。為進一步開展海洋溫差能研究，廣州海洋地質調查局依托以往在南海開展海洋地質、洋流、水文等領域的基礎調查研究成果，建立了南海水體溫度三維模型，並評價優選出南海適宜溫差能開發的優勢海域。與此同時，廣州海洋地質調查局還聯合天然氣水合物勘查開發國家工程研究中心、南方海洋科學與工程廣東省實驗室、中國地質科學院勘探技術研究所、北京前沿動力科技有限公司等單位，按照南海的實際海況自主研發了國內首套20kW海洋漂浮式溫差能發電裝置。今年8月，該套海洋溫差能發電裝置搭載“海洋地質二號”船在南海1900米深海域開展了首次海上試驗，成功完成溫差能發電技術驗證。寧波介紹，本次試驗發電總時長4小時47分鐘，最大發電功率16.4kW，有效發電利用率達到17.7%。“此次海試驗證了自主研發的海洋溫差能發電系統原理可行，同時還驗證了海洋溫差能發電利用的實用性，標誌著中國海洋溫差能開發利用已經從陸地試驗向海上工程化應用邁出了關鍵一步。 

二、海洋熱能轉換(OTEC)原理 

太陽照射使海水表面保持相對溫度較高，而海水深處未被太陽加熱因此溫度相當低。這種溫差可用來發電。我們使用的大部分電力來自熱機。熱機是一種在兩種不同溫度間循環的機器。例如在汽輪發電機中，煤加熱水產生高溫高壓蒸汽，然後推動氣輪發電機發電，溫差越大發電效率就越高。在OTEC中，利用海洋熱表面與下方較冷、較深層層之間的溫差，以大致相似的方式驅動熱機，但不燃燒任何燃料，因為海洋中自然存在溫度梯度！由於溫差至關重要，因此需要盡可能找到最大的垂直溫度梯度（至少 20°，理想情況下約為 30–40°）。在閉環 OTEC 中，有一條長長的閉環管道，裡面充滿了氨等液體，這種液體的沸點非常低（−33°C 或 28°F）。（其他流體，包括丙烷和各種低沸點製冷劑化學品，也已成功用於在OTEC 工廠中輸送熱量。）氨永遠不會離開管道：它只是一次又一次地在迴路中循環，從海洋中吸收熱量，將其交給 OTEC 發電廠，並作為冷卻流體返回以收集更多。熱水進入靠近海洋表面的完全獨立的管道，並通過管道輸送到含有氨的中央迴路。熱水和氨在熱交換器中相互流動，因此熱水將部分能量傳遞給氨，使其沸騰並蒸發。汽化的氨流經渦輪機，使其旋轉，渦輪機帶動發電機發電。 

   在開放式循環 OTEC 中，海水本身 用於產生熱量，無需任何中間流體。在海洋表面，熱海水通過降低壓力而轉變為蒸汽。蒸汽驅動渦輪機發電，然後使用從海洋深處輸送的冷水將其冷凝回水。這種方法的一個非常有趣的副產品是，加熱和冷凝海水可以去除其中的鹽分和其他雜質，因此離開 OTEC 工廠的水是純淨且無鹽的。這意味著開式循環 OTEC 工廠可以兼作海水淡化廠，這是一個非常有用的額外好處。開式和閉式循環 OTEC 可以在岸上（陸基）或海上（浮動）運行。陸基 OTEC 工廠建在海岸線上，有四個大型冷熱管道伸入海中：熱水輸入、熱水輸出、冷水輸入和冷水輸出。但海岸線建設使它們更容易受到海岸侵蝕以及颶風和其他風暴造成的破壞等問題的影響。 

三、OTEC的優點和缺點 

   海洋溫差發電是清潔、綠色的可再生能源，不涉及燃燒化石燃料、產生大量溫室氣體或釋放有毒空氣污染物。通過幫助減少我們對石油等燃料的依賴，OTEC 還可以幫助減少世界因石油依賴經濟而遭受的“附帶”損害，包括因石油和水污染而爆發的戰爭來自油輪洩漏。它還可以為缺乏能源資源的熱帶島嶼國家提供非常有用的電力來源，有效地使它們自給自足。開式循環 OTEC 在從海水中提供純淨、可用的水方面可以發揮有用的作用。OTEC還可用於生產氫氣等燃料；它產生的電力可用於為電解廠提供動力，該電解廠將海水分解為氫氣和氧氣，這些氫氣和氧氣可以裝瓶或通過管道輸送到岸上，然後用於為電動汽車 中的燃料電池等設備提供動力。OTEC 工廠使用的廢冷卻水還可用於水產養殖 （在受控條件下生長魚類和其他海洋食品，例如藻類），製冷和空調。 

   海洋溫差發電最大的問題是效率相對較低。物理定律在卡諾循環中，冷熱流體間的溫差影響發電效率，海洋溫差發電是所有設備中效率最低的，通常只有幾個百分點。但海水中的能量是完全免費的：如果我們只捕獲其中的一小部分，那不是一個大問題。然而，低效率確實會帶來其他後果。OTEC工廠必須建設規模較大，投資成本高昂。大型陸上 OTEC 工廠可能會對海岸線產生相當大的環境影響，而海岸線往往是紅樹林和珊瑚礁等脆弱且已經受到威脅的生態系統的家園。儘管 OTEC 工廠僅適用於溫度梯度相對較大的熱帶海洋，但世界上無法運行 OTEC 的溫帶地區很可能擁有可以利用的替代形式的海洋能，包括海上風力渦輪機、潮汐壩和波浪能。儘管 OTEC 不會產生化學污染，但它確實涉及人類對海洋溫度平衡的干預，這可能會產生需要評估的局部環境影響。OTEC 的一個重要（且經常被忽視）的影響是，將冷水從深海泵送到海面會釋放二氧化碳，而二氧化碳是目前導致全球變暖的最主要原因。然而，其釋放量僅為化石燃料發電廠產生量的一小部分（大約 10%）。一個多世紀以來，科學家和工程師一直試圖從海洋中提取有用的熱能，並取得了不同程度的成功。