海洋溫差發電報告1

2024年2月20日發(作者：磯)

海洋溫差發電報告

海洋是世界上最大的太陽能接收器,6000萬平方公里的熱帶海洋平均每天吸收的太陽能,相當于2500億桶石油所含的熱量.吸收太陽熱能的海洋表面溫度較高, 大海里蘊藏著巨大的熱能，而一定深度海水溫度較低.海洋溫差發電是利用海洋表面和海洋深處的溫度差來發電的新技術。據估計只要把南北緯20度以內的熱帶海洋充分利用起來發電，水溫降低1℃放出的熱量就有600億千瓦發電容量，全世界人口按60億計算，每人也能分得10千瓦，前景是十分誘人的。自1979年8月在美國夏威夷建成世界上第一座溫差發電裝置以后，世界各國都對海洋溫差發電給予足夠的重視，這是一種巨大的能源 ,同時又是一種有利于環保清潔可再生的新能源，因此，如果能夠充分利用這一技術，則能有效緩解能源問題。

一 海洋溫差發電原理

海水隨著深度愈深，溫度愈低。根據調查，南太平洋的海水溫度在水面是攝氏三十度，水面下一百公尺處是二十三度，二百公尺處急降為十四度，五百公尺處就低到七度而已。也就是利用這種溫度差轉為能量的。它的基本原理是利用太陽輻射的熱量進入海面以下1米處，就有60％～68％被海水吸收掉了，而幾米以下的熱量已所剩無幾了，即使海面上有波浪攪動，水溫有所調節，但水深200米處，幾乎沒有熱量傳到。海洋溫差發電就是將海洋表面的溫水引進真空鍋爐，這時因壓力突然大幅度下降，溫度不高的溫水也立即變成蒸汽。例如，在壓力為0.031兆帕時，24℃的水也會沸騰。利用這種溫度不高的蒸汽可以推動汽輪發電機發電，然后用深層的冷海水冷凝乏氣，繼續使用。

從理論上說，冷、熱水的溫差在16.6℃即可發電，但實際應用中一般都在20℃以上。凡南北緯度在20度以內的熱帶海洋都適合溫差發電。例如，我國西沙群島海域，在5月份測得水深30米以內的水溫為30℃，而1000米深處便只有5℃，完全適合溫差發電。

二 海洋溫差發電的發電系統

1．開式循環系統

開式循環系統如圖所示。表層溫海水在閃蒸蒸發器中由于閃蒸而產生蒸汽，蒸汽進人汽輪機做功后再流人凝汽器。來自深層的冷海水作為凝汽器的冷卻介質。由于水蒸汽是在負壓下工作，所以必須配置真空泵。這種系統簡單，還可兼制淡水；但設備和管道體積龐大，真空泵及抽水水泵耗功較多，影響發電效率。

2．閉式循環系統

來自表層的溫海水先在熱交換器內將熱量傳給低沸點工質—丙烷、氨等，使之蒸發，產生的蒸汽再推動汽輪機做功。深層冷海水仍作為凝汽器的冷卻介質。這種系統因不需要真空泵是目前海洋溫差發電中常采用的循環。 海洋溫差發電由于冷熱溫差很小，其效率遠低于普通火電廠， 僅為3％左右，且溫差小，換熱面積大，建設費用高；海水腐蝕和海洋生物的吸附以及遠離陸地輸電困難等不利因素都制約著海洋溫 差發電的發展。但海洋遼闊，儲能豐富，修建海上溫差發電站仍具有廣闊前景

3 混合式循環系統

混合式循環系統與閉式循環系統有些類似，唯一不同是在蒸發器的部分，混合式循環系統的溫海水先經過閃現蒸發器，是其中一部分轉化為水蒸氣，隨即將蒸汽導入第二個蒸發器。水蒸氣在此冷卻，并釋放潛能，此潛能再將低沸點工作流體蒸發，工作流體循環，于是構成一種封閉式循環系統。設計混合式發電系統的原因是避免溫海水對熱交換器所產生的生物附著，同時，本系統在第二個蒸發器中還有淡水副產品產出，而且，開始系統低容量的缺陷也可以得到解決。

三 海洋溫差發電的技術難題

海洋溫差發電的各單元由管路相連，內部的工作介質為水和氨的混合物。工作介質在蒸發器中被海洋表層的溫暖海水所汽化，進入蒸汽透平機而發出電力；離開透平機的蒸汽進入冷凝器被海洋深層的低溫海水所冷卻重新變成液態，再進入蒸發器，如此循環往復。該系統中有三個關鍵問題直接關系到發電效率，即系統循環方式、工作介質的選擇及其熱力學性質以及換熱器的性能。目前該發電系統采用的換熱設備是以鈦合金為材料制造的板式換熱器。在目前的研究進展水平下，溫差發電測試系統的發電效率只達到30%左右。因此，若使海洋溫差發電技術達到實際應用的水平，還有相當長的路要走。

強化板式換熱器內的熱量傳遞過程無疑有助于整個發電系統效率的提高，而這其中蘊涵著大量的流體力學問題。例如通過改進換熱器流體通道的形狀破壞傳熱邊界層、設計易于產

生流動分離的形狀組合以及充分利用二維通道的自持振動產生脈動流場強化流動混合等等。這些手段都可以有效的提高熱量傳遞速率。但是，目前這些技術仍然不夠成熟，依然有很多難點需要解決。

四 國內溫差發電技術的發展

我國的溫差能技術還處于起步階段，尚未建成實海況運行的實驗電站。研究單位有國家海洋局第一海洋研究所、天津大學、中國科學院廣州能源研究所、上海交通大學。20世紀80年代初開始在廣州、青島和天津等地開展溫差發電研究。1986年廣州研制完成開式溫差能轉換試驗模擬裝置，利用3O℃ 以下的溫水，在溫差20℃的情況下，實現電能轉換。1989年又完成了霧滴提升循環試驗研究，有效提升高度達20m，為當時世界同類設備達到的最高值。但進入90年代后便終止了研究。

另外，臺灣從1980年開始，對臺灣島東海岸的海洋溫差能資源進行了調查研究，并對花蓮縣的和平溪口、石梯坪和臺東縣的樟原等三個初選地址進行了自然環境條件調查研究評價和方案設計，曾計劃1995年采用閉式循環建設一座4萬kW的岸式示范電站。

溫差能目前還未形成產業。一旦技術發展成熟，在西沙、南沙諸島嶼的開發中應該有較好的市場

五 國外溫差發電技術的發展

利用海洋溫差發電的概念，最早于1881年由法國物理學家雅克·德·阿松瓦爾在“太陽海洋能”一文中提出，由于技術條件的限制，1926年才由另一位法國人克勞德進行了小型實驗，1930年又采用開式循環在古巴海邊建成22千瓦的實驗裝置；1977年，美國修建了世界上第一個閉式循環的小型海洋熱能轉換機組，簡稱OTEC，該裝置是當今開發利用海水溫差發電技術的典型代表。

日本1981年11月在瑙魯修建的一座功率為100 kW的岸基發電站即采有一條外徑0．7m，長950 m的聚乙烯管深入到580 m的海底抽取冷海水。海上型是把吸水泵從船上吊下去，發電機組安裝在船上，電力通過海底電纜輸送。與此同時，還在琉球德之島安裝了一臺50kW的OTEC發電裝置，在九州建立了25Kw OTEC電站實驗工程。之后,1990年日本在鹿兒島建成1000 Kw

OTEC電站, 并計劃在隅群島和富士灣建設10萬Kw級大型實用OTEC發電裝置。還成立了海洋溫差發電研究所。

1973年石油危機以后，海洋溫差能的研究工作開始取得實質性進展。1979年在夏威夷群島凱路亞科納附近的古老黑熔巖海床上，采用“蘭肯閉式循環”，氨作工質，建成了世界上第一座“微型OTEC”發電裝置，，額定功率為50kW，除裝置自耗電外，凈輸出功率大18.5 kW。這是世界上首次從海洋溫差能獲得有實用意義的電力。太平洋高技術國際研究中心(PICHTR)于1991年11月開始在夏威夷進行開式循環發電試驗，并于1993年4月建成發電功率210 kW，凈輸出40～50 kW，并產生淡水的裝置。1994年9月，美國凱路亞科納電站采用克勞德的開式循環, 耗資1200萬美元, 使電站總功率達225kW，凈輸出功率104 kW。如果采用重量輕的復合材料制造渦輪機, 并把若干組件串聯起來, 可建成功率為1萬kW的OTEC電站。為降低熱交換器的昂貴成本,1996年1月在50 kW閉式循環電站上進行了新型材料熱交換器的試驗。PICHTR還開發了利用冷海水進行空調、制冷及海水養殖等附屬產業，在熱帶島嶼顯示出良好的市場前景。日本在海洋溫差能研究開發方面投資力度很大，并在海洋熱能發電系統和換熱器技術方面領先于美國，迄今共建造了3座海洋溫差試驗電站，均為岸基式。經過在夏威夷的試驗, 印度泰米爾納德邦與美國公司簽訂了協議, 在該邦的古勒塞克勒伯德納姆近海建一座10萬kW的OTEC電站， 電站先建在一艘船上, 然后錨定在合適位置, 發出的電力通過水下電纜送到岸上。以后, 還將在印度東海岸和西海岸建新的OTEC電站。此外, 在荷蘭、瑞典、英國、法國、加拿大和我國臺灣等都有開發OTEC電站的計劃和打算。印度于2006年與日本達成合作，投資7億日元在印度南部海域開展1000千瓦級海水溫差發電工業性試驗。合作雙方采用日本技術、利用印度境內海水溫差大的有利條件，在印度南端的印度洋上安裝1000千瓦機組，同時就近進行海水淡化和電解水制氫用于燃料電池，并為發展建設2萬－5萬千瓦實用海水溫差發電裝置提供試驗相關數據。

國外現建成的溫差能裝置有美國閉式循環溫差發電裝置Mini—OTEC，額定功率50kW ，凈輸出功率15kW ；美國開式循環溫差能發電裝置Hztn，額定功率210kW，凈輸出功率— —40～50kW ； 日本閉式循環溫差發電裝置Nauru，裝機容量100kw ，凈輸出功率15kW ；日本閉式循環溫差發電裝置Tokuno shima，裝機容量50kW ，凈輸出功率32kW 。

六 海洋溫差能的其他利用

1 利用海洋溫差能驅動烷烴發動機的滑翔式潛水器

該裝置包括由工作流體缸、工作氣體缸、內膽、外膽、工作流體活塞、傳遞流體活塞、Ａ截止閥、Ｂ截止閥、三通閥組成的烷烴發動機、垂直尾翼、水平機翼和潛水器外殼。當潛水器升到溫躍層以上海水層時，水溫較高，工作流體吸熱，熔化，體積膨脹，向下推動工作流體活塞，使外膽中的傳遞流體流入內膽，潛水器總體容積減小，浮力減小，潛水器下沉，與傳遞流體活塞聯動的水平機翼向斜下方傾角，潛水器向前下方滑行。當潛水器降到溫躍層以下海水層時，水平機翼向斜上方向迎角，潛水器向斜上方滑行。如此周而復始，潛水器持續以“之”字型向前滑行。本實用新型可長期在水中運行無需補充能源。

2 天然中央空調機

本發明提供一種利用海洋風浪能和海洋溫差能結合推動運行的、海洋風浪能溫差能組合自動天然中央空調機。本發明裝置系由風浪壓縮機，空氣儲存灌及空氣熱交換器等三部分組成。它具有灌風換氣，調節冷暖的功能，可直接用于海岸邊的高樓大廈房室更新換氣調節室內冷暖，也可以用于種養大棚調溫及保鮮倉庫降溫保鮮等。其最大的優點是所利用的能源是天然無價能源、安裝后用戶無需支付一分運行費用，而且在使用中可調節噴氣量達到無澡音

狀態，真正實現全天候使用，零運行費用，零澡音的理想效果。非常適合沿海地區的廣大用戶安裝使用。

海洋溫差能清潔無污染，而且能量巨大，是一種很有發展前途的能源，可謂天賜良源，只要我們能有效的利用它，努力克服種種困難，海洋溫差能或許可以有效地解決能源問題，造福人類。