【海洋之谜】竞相探索中的温差能

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世界大洋水深20米～1000米范围内的平均温差

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■王冀

　　海水温差能是指以表层、深层海水的温度差的形式所储存的海洋热能，其能量的主要来源是蕴藏在海洋中的太阳辐射能。海洋温差能储量巨大，占地球表面积71％的海洋是地球上最大的太阳能存储装置，乐观估计，全球海洋温差能储量的理论值为3万太千瓦/年～9万太千瓦/年。此外，海水温差能还具有随时间变化相对稳定的特性。因此，利用海洋温差能发电有望为一些地区提供大规模的、稳定的电力。
; Z) T5 {" j6 q/ h　　800米以下的海水温度恒定在４℃左右，因此海水温差能的资源分布主要取决于海水的表层温度，而海洋表层海水温度主要随着纬度的变化而变化。低纬度地区水温高，高纬度地区水温低，赤道附近太阳直射多，海域表层温度可达25℃～28℃，与深层海水间的最大温差可达24℃，是海水温差能资源蕴藏最为丰富的地区。从全球海洋温差能储量图可以看出，热带海域水深1000米处与表层海水间的年平均温差大于20℃。利用海洋表层（0米～50米）温水与深层（500米～1000米）冷水进行发电，叫做海水温差发电。海水温差能的开发方式除了发电外，还在制造淡水、空调制冷、海洋水产养殖以及制氢等方面有着广泛的开发前景，海水温差能是很有开发前景的可再生能源。
　　海洋温差能转换发电技术的基本原理，是利用海洋表面的温海水加热某些低沸点工质并使之汽化，或通过降压使海水汽化以驱动透平发电，同时利用从深层提取的冷海水将做功后的乏汽冷凝，使之重新变为液体，形成系统循环。根据所用工质及流程的不同，热力循环一般可分为开式循环、闭式循环和混合式循环。
　　开式和闭式循环系统都是单工质循环系统，换热由蒸发和冷凝两部分构成，结构简单可靠。混合式循环系统综合了开式循环和闭式循环的优点，避免了大尺度汽轮机的机械损耗和高昂造价，采用闭式循环获取动力，效率高，机械损耗小，但系统较复杂，工程造价较高。
　　20世纪七八十年代，国际海洋温差能转换进入第一轮开发热潮。这一时期，美国、日本先后建立了4座海洋温差能转换试验电站，验证了通过温差能获取电能的工程可行性。2005年之后，随着高效热循环技术、陆上温差发电技术、大型热交换器等关键技术取得进步，海洋温差能转换在全球迎来了又一轮开发热潮。美国于2009年拨出1.48亿美元专款，支持洛克希德马丁公司开发国际海洋温差能转换关键组件以及完善实验电厂方案。2011年，由该公司建造的40千瓦国际海洋温差能转换试验电站投入运营。日本于2013年在冲绳建造的100千瓦海洋温差能转换示范电站成功发电。韩国海洋科学与技术研究所于2013年建成20千瓦国际海洋温差能转换试验电站，2014年建成了混合式循环国际海洋温差能转换示范电站。印度于2012年在米尼科伊岛建造了日产淡水约100吨的温差能制淡示范电站。
　　中国的海洋温差能比较丰富，但技术研究起步晚，关键技术还有待突破。中国科学院广州能源研究所1985年开始对温差利用中的雾滴提升循环方法进行研究，1986年完成了开式温差能转换试验模拟装置，1989年又完成了雾滴提升循环实验研究，还对开式循环过程进行了实验室研究，建造了两座容量分别为10瓦和60瓦的实验台。2004年～2005年，天津大学完成了对混合式海洋温差能利用系统理论研究课题，并就小型化试验用200瓦氨饱和蒸汽透平进行了研究开发。2008年，国家海洋局第一海洋研究所重点开展了海洋温差能利用的研究，研建了15千瓦温差能发电装置。2011年，国家海洋技术中心开展了海洋观测平台温差能供电关键技术研究与试验，目前正在开展海上试验。这些研究均在温差能开发利用的理论和技术上取得了突破性进展，为我国大规模开展温差能开发利用进行了有益的探索。