美國利用海洋溫差發(fā)電

有過潛水經驗的人都知道，越往海底深處溫度越低，往往海面比較溫和，海水下面甚至會寒冷刺骨。當然，這還只是人類可以直接體驗的范圍，如果再深至海底500甚至1000米，溫度將會相差更大。那么，這個溫差能不能被利用起來發(fā)電，甚至建成一座海洋熱能轉換廠呢？

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美國一家航空航天公司洛克希德馬丁公司看中了海洋這座巨大的能量庫，打算建造一個大型海洋熱能轉換工廠，利用海洋的溫度差來驅動熱力發(fā)電機發(fā)電：將溫暖的表層水抽進熱交換器當中，利用低沸點的物質——液氨作為工作流體。溫水泵把表層溫海水抽上送往蒸發(fā)器，液氨吸收了溫水的能量，沸騰并變?yōu)榘睔?，氨氣經過汽輪機的葉片通道，膨脹做功，推動汽輪機旋轉。然后，氨氣進入冷凝器，深層的冷海水再重新將其冷凝為液態(tài)氨，而經歷熱交換后溫度較高的海水再次被抽回海洋，如此，在閉合回路中反復進行蒸發(fā)、膨脹、冷凝。

早在1881年9月，法國生物物理學家德阿松瓦爾就提出利用海洋溫差發(fā)電的設想。直到1930年，他的學生克洛德才在古巴的近海，建造了一座海水溫差發(fā)電站，首次利用海洋溫度差能量發(fā)電成功。20世紀80年代，聯(lián)合國已經確認海洋熱能轉換是所有海洋能轉換系統(tǒng)中最重要的一種。溫差能的優(yōu)勢就在于它可以提供穩(wěn)定的電力，如果不考慮維修，這種電站可無限期地工作。同時，海洋溫差能在發(fā)電富余的情況下，還可以制氫并送回陸地。

挑戰(zhàn)材料工藝

在實際操作中，要產生相當規(guī)模的電能，就必須讓表層海水和深層海水流動循環(huán)起來，因此相關管道材料的設計、生產難度首當其沖。第一個挑戰(zhàn)在于，管道要在深海承受巨大的大氣壓力、不斷搖擺的洋流壓力以及頻繁變化的水溫。一個10兆瓦的此類電站，預計需要一根直徑13英尺的大管道。而要用于100兆瓦或更高容量的電站，預計其直徑要達到33英尺寬，在水下延伸1000米，這幾乎相當于紐約地鐵隧道寬，兩個半帝國大廈高。

另一個挑戰(zhàn)就是，管道必須在現(xiàn)場生產。一根3200英尺長、33英尺寬的管道，如果在工廠制成，再用鐵路或駁船運輸拖入海洋，沉入水中，不但有運輸方面的挑戰(zhàn)，也很難抬升到合適的角度，沉降到適當?shù)纳疃取Ｒ虼?，需要先在海上建造平臺——要能夠抵御風暴、洋流等，然后現(xiàn)場制造管道。

在實際工程中，同樣會遇到很多工藝上的挑戰(zhàn)。工程師們采用了一種真空輔助樹脂傳遞成型的技術，波音公司曾用同樣的基礎工藝來制造787夢想飛機。他們將纖維和樹脂倒入模具，讓其像混凝土那樣凝固，而且可以保持垂直，就地留下完全形成的管道，這一技術可滿足管道所需要的靈活性和穩(wěn)定性的要求。至于管道要建造多長，則取決于冷水的深度，冷水可能潛伏在約1000米的深度，也有可能會淺一些。另外，如此規(guī)模的設施，還必須考慮環(huán)保和生態(tài)影響。雖然深海當中不會有大量的海洋生物生存，但也需要注意防止生物被卷入管道中，為此，美國環(huán)境保護署正與洛克希德馬丁公司公司確定最大進水量。

前景樂觀

雖然存在很大的挑戰(zhàn)和不確定性，但是，海水溫差發(fā)電有很大潛力。它的能量來源于太陽能，取之不盡，用之不絕，被業(yè)界看好。更有學者將其看作是全世界從石油向未來無污染的氫燃料過渡的重要組成部分。美國、日本等海洋資源豐富的國家，目前正在積極研究應用海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)。

如果一切順利，海洋熱能轉換廠將會建設在夏威夷、菲律賓等熱帶地區(qū)，或是美國海軍的某基地——管道材料的研發(fā)就曾依靠美國海軍的撥款。海洋熱能轉換廠建成后，將會代替或補充傳統(tǒng)發(fā)電廠供應，部分解決這些地區(qū)高度依賴化石燃料的現(xiàn)狀，形成一定規(guī)模的電力供應。

（作者系青島海洋大學博士）

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我國南海諸島溫差能利用最具潛力

南海諸島水深大于800米的海域約140萬～150萬平方公里，位于北回歸線以南，太陽輻射強烈，表層和淺層水溫均在25℃以上，500～800米以下的深層水溫在5℃以下，表深層水溫差在20℃～24℃。據(jù)初步計算，南海溫差能資源理論儲藏量約為1.19109～1.331019千焦，技術上可開發(fā)利用的能量（熱效率取7%）約為8.33109～9.311017千焦，實際可供利用的資源潛力（工作時間取50%，利用資源10%）裝機容量達13.21億～14.76億千瓦。