你可能不知道的发电模式——海洋温差能发电 - 海洋能源转化技术

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今年九月，中国地质调查局广州海洋地质调查局牵头研发的20kW海洋漂浮式温差能发电装置在南海成功完成海试。据了解，这是中国首次在实际海况条件下实现海洋温差能发电原理性验证和工程化运行，这也标志着我国海洋温差能开发利用从陆地试验向海上工程化应用迈出了关键一步。

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那么，海洋温差能发电是什么？它有哪些优势？一起往下看。

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海洋中的热能

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海洋温差能是指海洋表层海水和深层海水之间由温差而导致的热能，是海洋能的一种重要形式。

海洋面积大约覆盖了地球表面的71%，这使得它成为世界上最大的太阳能集热器和储能系统，6000万平方公里的热带海洋平均每天吸收的太阳能，相当于2500亿桶石油所含的热量。海洋温差能具有清洁、可再生、储量大，不存在间歇，受昼夜和季节的影响较小，不占用土地资源等特点，被国际社会普遍认为是最具开发利用价值和潜力的海洋资源。

海洋温差能发电即是利用海洋温差能进行发电的一种发电模式。

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海洋温差能发电装置搭载“海洋地质二号”船进行海上试验前期准备（7月23日摄）。新华社发（《中国矿业报》、矿业界记者 奚晓谦 摄）

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如何发电？

海洋温差能发电的基本原理是利用海洋热能转化技术，海洋表层高温海水使冷水或沸点较低的工质气化，推动涡轮发电机发电。然后再利用深层低温冷海水对蒸气进行冷却，使之还原为液体状态。如此循环，便可实现海洋温差能的发电。海洋温差能发电装置根据所用工质及流程的不同，一般可分为封闭式、开放式和混合式。

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封闭式循环系统使用低沸点的物质（如氨、丁烷、氟利昂等）作为工质，在封闭的管路中循环。首先，将表层海水通过热交换器加热工质液体，使其蒸发成气体；然后，将工质气体推动涡轮发电机发电；接着，将工质气体通过另一个热交换器冷却成液体，利用深层海水作为冷却剂；最后，将工质液体通过泵送回第一个热交换器，完成一个循环。

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开放式循环系统直接使用表层海水作为工质，在开放的容器中进行。首先，将表层海水导入一个真空状态的蒸发器中，使其部分蒸发成水蒸气；然后，将水蒸气推动涡轮发电机发电；接着，将水蒸气导入一个冷凝器中，利用深层海水使其冷凝成水；最后，将冷凝水排出或收集作为淡水使用。

混合式循环系统结合了封闭式和开放式两种方式的优点。首先，将表层海水导入一个闪蒸蒸发器中，使其部分蒸发成水蒸气；然后，将水蒸气导入一个热交换器中，加热低沸点的工质液体，使其蒸发成气体；接着，将工质气体推动涡轮发电机发电；然后，将工质气体通过另一个热交换器冷却成液体，利用深层海水作为冷却剂；最后，将工质液体通过泵送回第一个热交换器，完成一个循环。

在开放式循环系统中，海水被直接用作循环工质，发电的同时可以产出淡水；但由于温差小焓降（指的是焓值的降低量，即蒸汽做功能力的降低，基本相当于汽轮机转化的能量）小，要求透平机（透平机是将流体介质中蕴有的能量与机械能相互转换的机器）内径尺寸很大。闭式循环系统由于使用了低沸点工质，使整个装置，特别是透平机组的尺寸大大缩小。混合式海洋温差能发电系统综合了开式和闭式循环系统的优点，它以闭式循环发电，用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质。这样做的好处在于减小了蒸发器的体积，节省材料，便于维护并可收集淡水。

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海洋温差能发电的发展

资料显示，海洋温差能发电的概念在1881年由法国人Mr J d Arsonval提出；1979年，美国在夏威夷沿海搭建了第一座Mini-OTEC 50kW海洋温差能转换试验性电站，净输出功率15kW，这是历史上第一次通过海洋温差能得到具有实用价值的电能；1993年，210kW的开式循环系统的海洋温差能发电站在夏威夷建成，它有40—50kW的净输出功率，同时还能生产淡水，这是综合利用海洋温差能研究和探索的开端；1999年，世界上第一套1MW海洋温差能发电实验装置在印度东南部海上运转成功。

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全球海洋温差能分布，可见在赤道附近海洋能比较丰富

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我国具有丰富的海洋温差能，但研究工作起步晚。1980年台湾电力公司曾计划将核电厂余热和海洋温差能发电并用。1991年，广州能源研究所对开式循环过程进行了实验室研究。2004—2005年，天津大学对闭式和混合式系统进行了理论研究，并对200W氨饱和蒸汽透平进行了开发研究。2007—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，并设计出了250W小型温差能发电利用实验装置。2008年，我国重点开展了15kW闭式海洋温差能系统的研究，系统在2012年5月成功运行。今年8月，中国地质调查局广州海洋地质调查局牵头研发的20kW海洋漂浮式温差能发电装置在南海成功完成海试。

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海洋温差能发电的优势和展望

海洋温差能发电具有清洁、环保、绿色的优势。整个发电过程的能量主要来自于海面的表层水与深海的深层水之间的年均20度左右的温差。全程不排放二氧化碳等有害气体，且设备可实现能源的自给自足，真正做到了“绿色零排放”。

海洋温差能发电的另一优势是功率变化小，设备利用率高。在使用海浪和风力时，发电的功率容易随自然情况产生剧烈波动。而海洋温差能发电受这些客观条件的影响较小，设备24小时都可运转，可以提供持续稳定的电力输出。

除了发电本身的清洁和稳定，海洋温差能发电还会带来一些有益的周边影响。比如它可将深海富营养盐类的海水抽到上层来，有利于海洋生物的生长繁殖。若将发电、海水养殖及供应淡水结合起来综合开发，则可取得更好的经济效果。

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海洋温差能在我国低纬度海域具有广泛的应用前景。特别是在我国岛屿、海上石油平台上，通过海洋温差能发电，能够解决能源供应问题，增强海洋开发能力。除发电外，深层冷海水还可同时进行空调制冷、水产品及作物养殖、海水淡化等附属开发，有效调节运行成本。积极开发海洋热能，发展海洋温差能产业，对我国实现产业升级和高质量发展，具有深远的意义。

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图片来源于网络

资料来源：

https://m.gmw.cn/2023-09/12/content_1303512695.htm

http://www.kepu.net.cn/gb/technology/new_energy/web/a5_n24_nn56.html

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https://www.cgs.gov.cn/gzdt/zsdw/202309/t20230912_742914.html

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