海水温差发电：节能环保的大自然恩赐

很久以来，人类一直在想法开发在海浪、海流和潮汐中的海洋能。但是，一个更有发展前途的计划可直接将海洋中储存的热能开发出来，这就是海洋热能转换，简称OTEC。其原理是，利用太阳晒热的热带洋面海水和760米深处的冷海水之间的温度差发电。位于夏威夷西海岸林木繁茂的凯卢阿—科纳附近一处古老的火山岩上的试验发电装置，净发电量为100千瓦。海洋热能转换装置不但不产生空气污染物或放射性废料，而且它的副产品是无害而有用的淡化海水，每天可生产7000加仑（美制1加仑=3.785升），它味道清新，足以与最好的瓶装饮料媲美。

海洋热能转换装置建在海岸上或近海上，采用的零部件大部分是普通组件，它可以提供足够的电力和淡水，从而使包括夏威夷群岛在内的热带地区不必再进口昂贵的燃料。目前美国宾夕法尼亚州约克海洋太阳能动力公司正在设计一座100兆瓦的海上海洋热能发电站，拟建在印度的泰米尔纳德邦。另外一些计划是在马绍尔群岛和维尔京群岛建造较小的装置。根据一项研究，大约有98个热带国家和地区可从这一技术中受益。

海洋热能转换装置与其他海洋开发方案相比有不少优点。例如最大的海浪发电装置只能生产几千瓦的电力；海浪和海流所含的能量小，因而不足以持续地产生很大的动力来使发电机运转；潮汐虽有较大的势能，但其开发成本很高，并且只限于在潮汐涨落差至少有4.9米的几处海岸上采用。一座建在法国布列塔尼半岛河口上的潮汐发电站装机容量为240兆瓦。北美唯一的示范潮汐电站建在加拿大新斯科舍的安纳波利斯河上，装机容量只有几十兆瓦。

海水温差发电

而海洋热能转换装置的一大优点是不受变化的潮汐和海浪的影响。储存在海洋中的太阳能任何时候都可获得，这对于海洋热能转换装置的发展至关重要。热带海面的水温通常约在27℃，深海水温则保持在冰点以上几度。这样的温度梯度使得海洋热能转换装置的能量转换可达3%或4%，任何一位工程师都知道，热源（温热的水）和冷源（冷水）之间的温差愈大，能量转换系统的效率也就愈高。与之相比，普通烧油或烧煤的蒸汽发电站的温差为260℃，其热效率在30%～35%之间。

海洋热能转换装置必须动用大量的水，方可弥补热效率低的缺点。这就意味着，海洋热能转换装置所产生的电力在输入公用电网之前，还要在该装置上做更多的功。实际上20%～40%的电力用来把水通过进水管道抽人装置内部和海洋热能转换装置四周。据凯卢阿—科纳示范项目的负责人路易斯·维加称，该试验装置的运行大约要消耗150千瓦电力，不过规模较大一些的商用电站本身所消耗的电力占总发电量的百分比将会低些。

正是由于上述原因，在从首次提出海洋热能转换计划至今的1个世纪中，研究人员一直在孜孜不倦地开发海洋热能转换装置，使之既能稳定生产大于驱动泵所需的能量，又能在易被腐蚀的海洋气候条件下良好运行，从而证明海洋热能转换装置的开发和建造是合理的。

OTEC的理论研究工作一直在进行，曾发明氖灯光信号的法国人乔治斯·克劳德证实海洋热能发电装置在理论上可行。1930年他在古巴北部海岸设计和试验了一个OTEC装置。被称为开式循环的这种OTEC装置获得了专利，功率为22千瓦，但该装置运行所消耗的电力超过了发电量，其原因之一是厂址选得不好。此后乔治斯·克劳德又在巴西设计了一个漂浮式海上热能发电装置，不幸由于一根进水管被暴风雨破坏而失败，他本人也因此破产身亡。

凯卢阿—科纳OTEC装置的发展较为顺利，该装置由檀香山太平洋高技术研究OTEC国际中心经营。1994年9月，凯卢阿—科纳采用的OTEC装置是克劳德的开式循环方案，这创造出了海洋热能转换的世界纪录：总发电量达到255千瓦时，净发电量为104千瓦。该装置是一项投资为1200万美元的五年计划，它产生的电力供给夏威夷一家从事太阳能和海洋资源开发的机构——自然能源实验室附近的企业使用。

产生的蒸汽通过涡轮发电机后，被由另一些管子从深海抽来的冷海水冷凝为液体淡化水。抽入海水只有不到0.5%变成蒸汽，所以必须向装置中泵人大量海水，才能产生足够的蒸汽驱动大型低压涡轮发电机。这也限制了开式循环系统的总功率不可能超过3兆瓦。此外，大型、笨重的涡轮发电机所需的轴承和支承系统也不现实。采用轻型塑料或复合材料来制造涡轮机，能获得10兆瓦左右的发电装置。即使如此，与普通发电站相比，这种装置的发电能力仍差得太远。例如，一座大型核反应堆能产生100兆瓦的功率。(www.xing528.com)

海洋热能转换系统的另一种类型称为闭式循环系统，它较易达到大型工业规模，理论上发电能力可达100兆瓦。1881年法国工程师雅克·阿塞内·达桑瓦尔最初提出这种方案，不过从未进行过试验。

闭式循环海洋热能转换系统的作用原理：海面的温热海水通过热交换器使加压氨气化，氨蒸气再驱动涡轮发电机发电。在另一热交换器中，深海冷海水使氨蒸气冷却恢复液态。一座称为微型OTEC装置的漂浮试验装置于1979年曾达到18千瓦的净发电能力，是闭式循环系统迄今获得的最好成绩。

研究人员还将对放置在下游的水产养殖箱进行监测，以确定从装置中可能浅漏的氨以及海水中加入的少量氯对海洋生物的影响。加入氯是为了防止海藻和其他海洋生物对设备的堵塞。

凯卢阿—科纳试验装置的运行，将有助于了解OTEC装置的一个最大的未知因素：装置部件长期被腐蚀性的海水包围，并受到海洋生物的堵塞，其寿命有多长。据工作人员称，现在正采取措施防止锈蚀。

由于开式循环方案不易于扩大发电规模，而闭式循环方案又不能生产饮用水，究竟采用哪种方案为宜，尚难作出决定。

把两种系统组合起来，各取所长，也许是最佳方案，混合型OTEC装置可以先通过闭式循环系统发电，然后再利用开式循环过程对装置流出的温海水和冷海水进行淡化。如在开式循环装置上加上第二级淡化装置，则会使饮用水的产量增加1倍。

尽管OTEC装置仍存在不少工程技术和成本方面的问题，但它毕竟有很大潜力。未来学家认为，它是全世界从石油向氢燃料过渡的重要组成部分，建在海上的OTEC装置能够把海水电解而获得氢。自然能源实验室科技规划负责人汤姆·丹尼尔认为：“OTEC在环境方面是良好的，并可能提供人类所需的全部能量。”

OTEC也同其他所有的发电方式一样，并非对环境完全无害。从一座100兆瓦的OTEC电站流出的水量相当于科罗拉多河的流量。流出的水温比进入电站的水温高或低约3℃，海水咸度和温度的变化，对于当地生态可能产生的影响尚难预料。