海洋温差发电：新能源商业化需求及成本分析

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：海洋温差发电就是将海洋表面的温水引进真空锅炉，这时因压力突然大幅度下降，温度不高的温水也立即变成蒸汽。这次发电成功表明，海水温差发电将很快具备商业价值。人们预计，利用海洋温差发电，如果能在一个世纪内实现，可成为新能源开发的新的出发点。第一座利用海水温差的10万千瓦海水温差发电厂的造价可能为2.5亿美元。

海洋贮存了140亿亿吨海水，太阳辐射来的热能给它加温，地球内部散发的热也在对它烘烤，真可谓“天地为炉兮造化为工”。

在大海中，真正最有力量的，并不是那些看起来气势汹汹的波涛，而是默默无声地蕴藏在海水中的热能。

同样面积的海洋要比陆地多吸收10%~20%的热量，海水的热容量比土层大两倍，比花岗岩大五倍，比空气大3100多倍，因此海洋成了地球上吸收太阳能的最大热库。

经过科学家们的多年研究，1926年11月15日，在实验室里首次研究成功海洋的温差发电。海洋温差发电的基本原理是利用太阳辐射的热量进入海面以下1米处，就有60%~68%被海水吸收掉了，而几米以下的热量已所剩无几了，即使海面上有波浪搅动，水温有所调节，但水深200米处，几乎没有热量传到。海洋温差发电就是将海洋表面的温水引进真空锅炉，这时因压力突然大幅度下降，温度不高的温水也立即变成蒸汽。例如，在压力为0.031兆帕时，24℃的水也会沸腾。利用这种温度不高的蒸汽可以推动汽轮发电机发电，然后用深层的冷海水冷凝乏气，继续使用。

从理论上说，冷、热水的温差在16.6℃即可发电，但实际应用中一般都在20℃以上。凡南北纬度在20度以内的热带海洋都适合温差发电。例如，我国西沙群岛海域，在5月份测得水深30米以内的水温为30℃，而1000米深处便只有5℃，完全适合温差发电。

大海里蕴藏着巨大的热能，据估计只要把南北纬20度以内的热带海洋充分利用起来发电，水温降低1℃放出的热量就有600亿千瓦发电容量，全世界人口按60亿计算，每人也能分得10千瓦，前景是十分诱人的。

早在19世纪就有人提出过海水温差发电的设想，但世界上第一座试验性海水温差发电厂直到1979年8月才在美国夏威夷问世。这座电厂的发电能力为50千瓦，它设在一艘驳船上。同年8~12月作了试发电。这次发电成功表明，海水温差发电将很快具备商业价值。

海洋是全世界最大的太阳能收集器，6000万平方公里的热带海洋一天吸收的太阳辐射能，相当于2500亿桶石油的热能。如果将这些储热的1%转化成电力，也将相当于有140亿千瓦装机容量，为美国现今发电能力的20倍以上。

海洋热能发电有两种方式：第一种是将低沸点工质加热成蒸气；第二种是将温水直接送入真空室使之沸腾变成蒸汽。蒸汽用来推动汽轮发电机发电，最后从600~1000米深处抽冷水使蒸汽冷凝。第一种采取闭式循环，第二种采取开式循环。

海水温差发电，1930年在法国首次试验成功，只是当时发出的电能不如耗去的电力多，因而未能付诸实施。现在，许多国家都在进行海水温差发电研究。

实践证明，开式循环比闭式循环有更多的优点：①以温海水作工质，可避免氨或二氯二氟甲烷等有毒物质对海洋的污染；②开式循环系直接接触热交换器，价廉且效率高；③直接接触热交换器可采用塑料制造，在温海水中的抗腐蚀性高；④能产生副产品——蒸馏水。

开式循环也有缺点：产生的蒸汽密度低，汽轮机体积大；变成蒸汽的海水排回海洋后，会影响附近生物的生存环境。(www.chuimin.cn)

日本的月光计划拟在2000年前后，使利用海洋温差发电达到实用化和向国内提供大型电源，并以占地很少的海上安装为目标。这项计划是从1974年开始实施的。

日本一些民间电力公司，为了验证海岛电源在陆地安装的可能性，1981年在赤道线上的瑙鲁岛研制100千瓦级的闭式循环试验工厂，实际发电功率达到了10千瓦；1982年又在德文岛开发了50千瓦级混合式试验工厂，实际发电功率也达到10千瓦。

1979年美国在夏威夷岛上，研制成功50千瓦级电站，实际发电功率达10千瓦，1980年到1981年又进行了相当1000千瓦的热环试验，同时还研究了40000千瓦的总体设计。

法国准备在塔希底岛进行5000千瓦级的开发研究。

海洋温差发电，是以非共沸介质（氟里昂-22与氟里昂-12的混合体）为媒质，输出功率是以前的1.1~1.2倍。一座75千瓦试验工厂的试运行证明，由于热交换器采用平板装置，所需抽水量很小，传动功率的消耗很少，其他配件费用也低，再加上用计算机控制，净电输出功率可达额定功率的70%。一座3000千瓦级的电站，每千瓦小时的发电成本只有50日元以下，比柴油发电价格还低。人们预计，利用海洋温差发电，如果能在一个世纪内实现，可成为新能源开发的新的出发点。

年迈的安德森工程师几十年来一直在完善他的“海洋热能转换厂”的设计。他计划中的海洋热能发电厂将利用热带海洋的热能，使一种低沸点的液体蒸发，利用产生的蒸气驱动涡轮发电机发电。为了降低建造费用，安德森缩小了发电“船只”的外壳，其换热设备的大部分，甚至连涡轮机，都是吊在“船”体外面，悬浮在海面上的。

该项设计要求把海面的26.67℃的热水输送到安装在水下60米处的锅炉里去。在那里，热水使丙烯蒸发，其沸点只有21.1℃。当热丙烯蒸气通过管道上升时，驱动12台涡轮发电机。这些涡轮发电机悬挂在锅炉上方10米的水中。这些气体从涡轮机通过一个热交换器，交换器的水侧是装满了从900米深处抽上来的4.4℃海水。这些冷水又把丙烯蒸气冷凝成液体，这些液体又回到锅炉里去。这种方法的海水温差发电试验，早在几十年前已做过。而现在，由于经济条件好，可使之实用化。

安德森已创办了一家取名为“海上太阳能公司”的小公司，其唯一目的是研究必要的技术。

安德森认为，在印度尼西亚的温暖海面上，建造这种电厂条件特别优越。印度尼西亚政府首先支持了安德森的设计。据估计，这种电厂的发电成本为6.5美分/千瓦时，而现在第三世界许多岛国的平均电费为15美分/千瓦时。第一座利用海水温差的10万千瓦海水温差发电厂的造价可能为2.5亿美元。

在今后几年里，安德森式发电厂不仅具有经济意义，而且由于温室效应造成的全球气温上升，预料将迫使人们限制化石燃料的消耗，而一种有效的无污染的能源显然是具有吸引力的。

海洋温差发电：新能源商业化需求及成本分析

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