神秘疾病：揭秘海洋传播的疑云

阳光明媚，万里无云

欢快的浪拍打着岸……

海上大潮时的闪电

在我身旁穿梭环绕……

珀西·比西·雪莱，《在那不勒斯附近沮丧而作》

1881年，法国物理学家D′Arsonval注意到了一种自然现象，热带海洋上层大约30℃以上和下层（深度为600m以下）大约5℃以下的海水之间存在温差。他提出了利用这个温差来提供动力。我们已经从萨迪·卡诺那里知道，要从热量中产生功必须要有温差。在空气中，20℃的温差非常小，除了足够用来穿过壁面传递热量之外什么也做不了。但是，在有着高密度和高热传导率的水中，它可能已经足够用来做功。

上层水的惟一热源明显是太阳。这个热源巨大而清洁。如果我们通过一根截面积为1m²的管道以1m/s的速度将上层水传到下层，流是这样的：密度乘以速度乘以热容率乘以温差（这仍然是能量流）乘以温差和上层水绝对温度（大约300K）的比值。最后乘以的一个比值是卡诺因子。它将热能流转化成了流。

做完这些计算，我们简单的得到如下结果：

1000kg/m³×1m/s×4.2kJ/kg·K×20K×20K/300K

＝5600kW/m²＝5600kGi/m²·s这里，4.2kJ/kg·K是水的热容率；1kW的能量等于1kGi/s。

我们要比较一下管道中的流和地球附近空间中的太阳能流密度：1.368kW/m²。“太阳常数”是指从太阳落到1m²平面上的能量，此平面与光的路径垂直。即使在热带地区落在海洋面上的是平均辐射量，这个辐射量由于云和日期的变化的因素要小得多。它最大为0.3kW/m²。我们发现海水的密度是平均辐射的15000倍还多。这意味着海洋不仅是一个太阳光的吸收器，它也是一个的富集器。海水所拥有的高密度的流激起了大规模的科研活动，以期望寻找实用的方法来实现D’Arsonval的想法，并且建一个发电厂，利用上层海水就像燃料之于锅炉。图9-7描述了这种叫做OTEC（海洋热能转化）的漂浮电厂。(www.xing528.com)

这是一种密封的闭环系统，里面充满了容易沸腾的物质（氟利昂）。与水不同，这种物质的蒸发和凝结都是在海水温度范围内：上层的水加热蒸发器，下层的冷水冷却凝汽器。液态的氟利昂通过提升压力由泵输送至蒸发器。在其中装有回路、汽轮机和发电机。这台机组明显是零排放电厂，因为实际上它利用了太阳能。

图9-7 以温暖的海水所富集的高密度为驱动的OTEC发电系统的流程图 （XenesysInc，http：//xenesyscom/english/otec/product/indexhtml）

图9-8 通过压缩空气将从海洋传递至城市

世界上有许多这样的实验电站，那些困难的工程工作正在进行，以创造出一台f真正依靠海洋热能工作的发动机。日本的工程师在这方面尤其活跃并成效显著。

现在，我们已经准备好了一项重要的“思想实验”，就像罗伯特·爱因斯坦提到的那样的实验一样（见图9-8）。

让我们设想有这样一台海洋发动机，其中上层水的很小一部分热能被转化成了电能，其余的能量在凝汽器中被传递给了下层的冷水。再想象在这个漂浮的电站周围还漂浮着一个充满空气的汽缸和活塞，并且我们消耗掉所有的发出的电能来推动活塞压缩气缸里的空气。在压缩的过程中，由于与上层水之间的传热，漂浮的气缸里的温度并不上升。与从发动机里以机械能得到的能量数量正好相等的能量又返回给了海水。本质上并没有能量变化。被压缩的空气也没有变化，因为空气的热能（空气分子的无序运动的动能）保持与压缩之前一样。到底发生了什么变化呢？海洋温度的分布改变了，因为有由热阻造成的传热。海洋的因此减少了一些，这个减少量很难计算出来。但是气缸里的空气所获得的很容易计算。它可产生功。我们可以把这个气缸带到远离海洋的城市去。

在一个城市里，我们可以想象这样一辆利用气动引擎的汽车，它依靠压缩空气来行驶。我们可以把我们的气缸装在上面然后行驶很长一段距离。所做的功在克服运动过程中的机械摩擦后转化成了环境温度的热量，这些热量正好满足空气在气动发动机里膨胀时的吸热。在能量上并没有变化，但是气缸里空气的由于驱动车的前进彻底地改变了。这里，我们看到了的产品，它的转化和利用：汽车运动了。仅仅使用能量概念是很难解释在海洋和城市到底发生了什么。不管是在海洋还是在城市，能量都没有改变。