海洋溫差能

2024年2月20日發(作者：寒冬暖陽)

能源材料

海洋溫差能

學院：材料科學與工程學院

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暢想新能源

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海洋溫差能

摘要：海洋溫差能又稱海洋熱能。利用海洋中受太陽能加熱的暖和的表層水與較冷的深層水之間的溫差進行發電而獲得的能量。目前對海水溫差能利用的主要方式是海水溫差能發電，即利用海洋表層的高溫海水與深層低溫海水的溫差來實現熱力循環發電的一種發電方式。

關鍵詞：新能源、海洋溫差能、溫差發電、原理、應用、應用展望

Think about the new energy——Oceanthermalenergy

Abstract:

Oceanthermalenergy can be also known as ocean thermal energy.

Using the ocean is warm surface water by solar heating and temperature

difference between cooler deep water energy to generate electricity. Current is

the main way of water temperature difference can u awater temperature

difference can power generation, it is using ocean surface of high temperature

water and deep cryogenic temperature of a water to achieve thermodynamic

cycle power generation a way of generating electricity.

Key words: new energy, Oceanthermalenergy, temperature difference

power generation, principle, application and application prospects

正文：在現代社會中，能源短缺成為社會的一大問題，就目前而言，人類已經發現了現在正在廣泛使用的化石燃料能源已經面臨用完的危機，并且也意識到了化石燃料大量使用而造成的環境不可逆轉的污染，隨著能源問題的日漸嚴峻，尋找一種安全，干凈，高效的新型能源已經成為了全世界共同努力的目標。

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 2

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。

海洋溫差發電的簡介

如何有效地利用海水溫度差能量來為人類服務呢？法國的Arned Arsonval于1881年首次提出海洋溫度差發電的構想。即發明利用海水表層（熱源）和深層（冷源）之間的溫度差發電的電站。于是1930年Claude在古巴的近海，首次利用海洋溫度差能量發電成功，但是，由于發電系統的水泵等所耗電力比其所發出的電力更大，結果純發電量為負值。然而人們并沒有泄氣。1979年，夏威夷的MINI-OTEC發電系統第一次發出了15kW的凈發電容量。1961年法國在西非海岸建成兩座3500千瓦的海水溫差發電站。美國和瑞典于1979年在夏威夷群島上共同建成裝機容量為1000千瓦的海水溫差發電站，美國還計劃在跨入21世紀時建成一座100萬千瓦的海水溫差發電裝置，以及利用墨西哥灣暖流的熱能在東部沿海建立500座海洋熱能發電站，發電能力達2億千瓦。

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。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 3

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。

海洋溫差發電的發電系統

1．開式循環系統

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。

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。

海洋溫差發電國內情況

中國的南海海域遼闊，水深大于800米的海域約140～150萬平方公里，位于北回歸線以南，太陽輻射強烈，是典型的熱帶海洋，表層水溫均在5°C以上。5000～800米以下的深層水溫在5°C以下，表深層水溫差在20～24°C，蘊藏著豐富的溫差能資源。據計算，南海溫差能資源理論蘊藏量約為1.19～1.33×1019千焦耳，技術上可開發利用的能量（熱效率取7％）約為（8.33～9.31）×10取50％，利用資源10％）裝機容量達13.21～14.76億千瓦。我國臺灣島以東海域表層水溫全年在24～28°C，500～800米以下的深層水溫在5°C以下，全年水溫差2O～24°C。據臺灣電力專家估計，該區域溫差能資源蘊藏量約2.16×1014千焦耳。

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中國溫差能資源蘊藏量大，在各類海洋能資源中占居首位，這些資源主要分布在南海和臺灣海域，尤其是南海中部的西沙群島海域和臺灣以東海區，具有日照強烈，溫差大且穩定，全年可開發利用，冷水層離岸距離小，近岸海底地形陡峻等優點，開發利用條件良好，可作為國家溫差能資源的先期開發區。

海洋溫差發電的特點

1.海水溫差能實際上是蘊藏的太陽能，其利用不消耗材料，不排放有害的污染物，因此是可再生的潔凈能源。

2.海水溫差能蘊藏量豐富。據預計，僅北緯20℃至南緯20℃之間的海域，海水溫差能大約可發電26億千瓦。

3.與潮汐能、波浪能受到季節的影響而有間歇性不同，海水溫差基本恒定，所以海水溫差能較穩定，24小時不間斷，晝夜波動小。

4.能量密度低，熱力循環和裝置的效率低。在所有的熱力循環中，努力提高溫差是提高循環效率的最有效的途徑，而海水溫差始終在 20~25℃之間，溫差小，從而使得循環效率較低。

海洋溫差能的其他利用

海洋溫差能是一種全面的資源系統，評價其開發利用在商業上取得成功的關鍵不僅要看發電，而且要考慮獲得淡水、海水養殖、制冷空調等的綜合效益。因此，要充分發揮海洋溫差能的優勢，圍繞海洋熱能發電技術的開發，積極開展海洋資源的綜合利用。

1海水淡化

開式循環和混合式循環系統本身就是一個海水淡化器，開式循環的冷凝水和混合式循環蒸發器的冷凝水就是淡水，可供人們飲用或農業利用。在太平洋島嶼上，淡水的市場價格達到1-4.60美元/千加侖(0.27-1.21美元/升)，在沒有地下水資源的地方價格會更高。而在太平洋島嶼上1.5 MW(電)凈功率開式海洋溫差發電系統則可日產淡水300萬升。美國太平洋高技術研究國際中心設計了一個多功能的MW級OTEC系統，除發電以外，佑計每天可產淡水4750m3，足夠2萬人使用。

2制冷和空調

排放的深層冷海水一方面可以用來冷凝淡水，還可以用于冷水空調系統中。 5

研究表明，一家有300間客房的酒店使用1MW的MP-OTEC系統的冷水用于空調，其運行費用僅為常規空調的25%。

3海水養殖

深海冷水含有豐富的氮、磷、硅等營養鹽類，十分有利于海水養殖。據計算，一座4萬kW的OTEC電站，其深海水流量約800m3/s。這些海水每年可輸送約8000噸的氮到海洋表層，能增產8萬噸干海藻或800噸魚。事實上，海洋養殖的開發是成功的。目前在夏威夷，由OTEC派生的海水養殖業已投入5000萬美元，用于養殖龍蝦、比目魚、海膽和海藻。

4熱帶農業

夏威夷大學首先提出把冷海水用于農業的想法。在地下埋一排冷水管，創造出熱帶地區沒有的低溫氣候環境。此系統由于大氣中的水分子在管子表面上的冷凝還可以產生滴灌效果。使用此方法，可以在熱帶地區終年生產草荀和其他春季收獲的谷物和花卉。經過幾年的研究，商業開發人員已建起一個占地4100m2的試驗點。

5深海采礦

向海上采油工程核錳礦開采工程提供電力。開發OTEC的最佳地點一般也是深海采礦的最好地點，因此可把深海礦業的開采和OTEC相結合。這樣可以就地利用電力獲得錳、鉆、銅和鎳等。日本提出建一座10萬千瓦的海水溫差發電站從深海采鈾的設想。

海洋溫差能的利用可以提供可持續發展的能源、淡水、生存空間并可以和海洋采礦與海洋養殖業共同發展，解決人類生存和發展的資源問題。開展海洋能資源的綜合利用，不僅是降低海洋能發電成本的有效途徑，而且有利于改善自然、社會和經濟環境，促進經濟社會的發展和居民生活質量的提高。但是海洋溫差能的綜合利用要考慮各種因素，建站地址不僅要靠近電力負載中心，另外還要靠近副產品市場，這樣才能使電站得到最大的收益。

總而言之，海水溫差能作為一種清潔、可再生的能源，具有很好的發展前景。其開發、利用對我國經濟的可持續發展和人民生活水平的提高具有重要的現實意義。迄今為止，海洋溫差發電技術的研究在熱動力循環方式、高效緊湊型熱交換器、微型透平、工質選擇以及海洋工程技術等方面均已取得長足的發展，很多技 6

術已漸趨成熟。對海洋溫差發電及其相關技術展開研究，是一項考慮長遠可持續能源需求的高技術投資項目。雖然不能指望它很快見到實效，但是它在未來能源資源的多樣化、可持續化中的作用，以及它的環境效益和長遠經濟效益都將難以估量。

參考文獻：

1.百度百科——海洋溫差發電

2.封光、鐘爽 《海洋溫差發電的研究現狀和展望》 、東北電力大學學報、2011

3.杜文鵬、包鳳英 《淺議當今世界海洋發電的發展趨勢》、廣東電力、2001

4.徐柏林、馬勇 《當今世界海洋發電發展趨勢》、發電設備、2000

5.王琪、汪東 《海洋溫差能發電的一種設想》、節能與環保、2003

6.高翔帆 《海洋能源利用進展》、中國高校科技與產業化、2004

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