海洋温差能(Ocean Thermal Energy)
目录 |
海洋温差能是指以表、深层海水的温度差的形式所储存的海洋热能，其能量的主要来源是蕴藏在海洋中的太阳辐射能。海洋温差能储量巨大，占地球表面积71％的海洋是地球上最大的太阳能存储装置，体积为6.0×107km3的热带海洋的海水每天吸收的能量相当于2．45×1011桶原油的热量。按照现有技术水平，可以转化为电力的海洋温差能大约为10 000TWh/a，在多种海洋能资源中，其资源储量仅次于波浪能，位于第二。
海洋温差能的主要用途是发电，即利用海水表层与深层的温差进行发电。利用海洋温差发电的概念，最早于1881年由法国物理学家雅克·德·阿松瓦尔在《太阳海洋能》一文中提出。1930年在古巴海边建成22千瓦的实验装置；1935年克劳德在巴西海域建成了万吨浮动型发电装置，由于天气原因，遭到风浪破坏；1956年在西非建成海水温差发电站，但由于投资太大，从未成功运行；1977年，美国修建了世界上第一个闭式循环的小型海洋热能转换机组，简称OTEC，该装置是当今开发利用海水温差发电技术的典型代表。1999年11月，日本和印度联合进行的1000千瓦海洋温差发电试验成功，推动了该技术的实用化。OTEC发电设备主要有陆基结构和漂浮结构两种，包括陆架塔和其他相关的海岸工程。投资者优先考虑的是浮动型结构，建于近岸，可以将能量由水下管道输送到海岸，为人们生产、生活提供便利。
一个多世纪以来，美国、日本和法国等国家，对海水温差能的开发利用进行了广泛研究，取得了丰硕成果，已从小型试验研究，向大型商用化方向发展。目前，全球已建成的海水温差能发电站有8座。其中，1990年日本在鹿儿岛县的和泊镇建成的1000千瓦海水温差能发电站，是世界上最大的实用型海水温差发电系统。我国从20世纪80年代初开始在广州、青岛和天津等开展温差发电研究，1986年广州研制完成开式温差能转换试验模拟装置，1989年又完成了雾滴提升循环试验研究。总体来说，对于温差能发电的利用目前仍处于研究阶段。
虽然海洋热能开发的困难和投资都很大，但是由于它储量巨大，发电过程中不占用土地、不消耗燃料、不会枯竭，因此实现海洋温差能源的综合利用，是开发利用海洋温差能的发展趋势。于是，在常规能源日益耗减的严峻形势下，世界各国投入大量人力和资金，积极进行探索和研究。目前在印度洋、加勒比海地区、南太平洋、夏威夷海域都较好地应用了温差能发电技术，取得了较大进展。除发电外，海洋温差能利用的主要途径还有：
(一)海水淡化
海水淡化与利用OTEC发电同等重要，尤其是对淡水和电力都匮乏的地区来说，这些资源都非常珍贵，如南太平洋的一些岛屿，利用OTEC进行海水淡化比其他方法(反渗透法等)成本要小很多。举个例子，联合国环境规划署的“地中海行动计划”中指出，淡水短缺具有地域性特点，如马耳他，每年要接待约100万游客，干旱季节的淡水供应严重不足，因此这种海水淡化技术的需求量非常大，市场前景很广阔。
(二)发展养殖业和热带农业
深海水中氮、磷、硅等营养盐十分丰富，而且无污染，对海洋生物没有危害，这种海水的上涌，如同某些高生产力海洋环境中的上升流，营养丰富，可以提高海洋种植场的生产力，有利于海水养殖。
(三)在海岛上的利用
对于海岛来说，OTEC在很多方面都对中小岛(SIDS)的可持续发展起到了推动作用。海洋温差能为这些岛屿提供廉价的、取之不尽、用之不竭的能源，节省运送燃料的费用，通过海水淡化为岛上的生活和生产提供大量的淡水，保证人们的饮水安全，合理开发利用能源，缓解环境压力。夏威夷从20世纪70年代起在自然能源实验室(NELHA)进行了OTEC的实验。1979年美国投资300万美元在夏威夷海域建成全球第一座闭路循环的海水温差能发电站，发电机组的额定功率为53．6千瓦；2006年，美国的一家公司计划在夏威夷建造一个1000千瓦的OTEC发电站，是世界上最大的海洋热能转换系统之一。
总之，由于存在巨大的、多样的资源基础，国内外开发者提出多种设计思想和方案，将海水淡化、养殖、发电等多种用途有机结合，实现综合利用的目标。地理适宜性、能源需求、发展经济、保护环境等很多方面都对OTEC的发展提供了良好的契机，其市场前景十分广阔。