海洋温差发电报告1

2024年2月20日发(作者：矶)

海洋温差发电报告

海洋是世界上最大的太阳能接收器,6000万平方公里的热带海洋平均每天吸收的太阳能,相当于2500亿桶石油所含的热量.吸收太阳热能的海洋表面温度较高, 大海里蕴藏着巨大的热能，而一定深度海水温度较低.海洋温差发电是利用海洋表面和海洋深处的温度差来发电的新技术。据估计只要把南北纬20度以内的热带海洋充分利用起来发电，水温降低1℃放出的热量就有600亿千瓦发电容量，全世界人口按60亿计算，每人也能分得10千瓦，前景是十分诱人的。自1979年8月在美国夏威夷建成世界上第一座温差发电装置以后，世界各国都对海洋温差发电给予足够的重视，这是一种巨大的能源 ,同时又是一种有利于环保清洁可再生的新能源，因此，如果能够充分利用这一技术，则能有效缓解能源问题。

一 海洋温差发电原理

海水随著深度愈深，温度愈低。根据调查，南太平洋的海水温度在水面是摄氏三十度，水面下一百公尺处是二十三度，二百公尺处急降为十四度，五百公尺处就低到七度而已。也就是利用这种温度差转为能量的。它的基本原理是利用太阳辐射的热量进入海面以下1米处，就有60％～68％被海水吸收掉了，而几米以下的热量已所剩无几了，即使海面上有波浪搅动，水温有所调节，但水深200米处，几乎没有热量传到。海洋温差发电就是将海洋表面的温水引进真空锅炉，这时因压力突然大幅度下降，温度不高的温水也立即变成蒸汽。例如，在压力为0.031兆帕时，24℃的水也会沸腾。利用这种温度不高的蒸汽可以推动汽轮发电机发电，然后用深层的冷海水冷凝乏气，继续使用。

从理论上说，冷、热水的温差在16.6℃即可发电，但实际应用中一般都在20℃以上。凡南北纬度在20度以内的热带海洋都适合温差发电。例如，我国西沙群岛海域，在5月份测得水深30米以内的水温为30℃，而1000米深处便只有5℃，完全适合温差发电。

二 海洋温差发电的发电系统

1．开式循环系统

开式循环系统如图所示。表层温海水在闪蒸蒸发器中由于闪蒸而产生蒸汽，蒸汽进人汽轮机做功后再流人凝汽器。来自深层的冷海水作为凝汽器的冷却介质。由于水蒸汽是在负压下工作，所以必须配置真空泵。这种系统简单，还可兼制淡水；但设备和管道体积庞大，真空泵及抽水水泵耗功较多，影响发电效率。

2．闭式循环系统

来自表层的温海水先在热交换器内将热量传给低沸点工质—丙烷、氨等，使之蒸发，产生的蒸汽再推动汽轮机做功。深层冷海水仍作为凝汽器的冷却介质。这种系统因不需要真空泵是目前海洋温差发电中常采用的循环。 海洋温差发电由于冷热温差很小，其效率远低于普通火电厂， 仅为3％左右，且温差小，换热面积大，建设费用高；海水腐蚀和海洋生物的吸附以及远离陆地输电困难等不利因素都制约着海洋温 差发电的发展。但海洋辽阔，储能丰富，修建海上温差发电站仍具有广阔前景

3 混合式循环系统

混合式循环系统与闭式循环系统有些类似，唯一不同是在蒸发器的部分，混合式循环系统的温海水先经过闪现蒸发器，是其中一部分转化为水蒸气，随即将蒸汽导入第二个蒸发器。水蒸气在此冷却，并释放潜能，此潜能再将低沸点工作流体蒸发，工作流体循环，于是构成一种封闭式循环系统。设计混合式发电系统的原因是避免温海水对热交换器所产生的生物附着，同时，本系统在第二个蒸发器中还有淡水副产品产出，而且，开始系统低容量的缺陷也可以得到解决。

三 海洋温差发电的技术难题

海洋温差发电的各单元由管路相连，内部的工作介质为水和氨的混合物。工作介质在蒸发器中被海洋表层的温暖海水所汽化，进入蒸汽透平机而发出电力；离开透平机的蒸汽进入冷凝器被海洋深层的低温海水所冷却重新变成液态，再进入蒸发器，如此循环往复。该系统中有三个关键问题直接关系到发电效率，即系统循环方式、工作介质的选择及其热力学性质以及换热器的性能。目前该发电系统采用的换热设备是以钛合金为材料制造的板式换热器。在目前的研究进展水平下，温差发电测试系统的发电效率只达到30%左右。因此，若使海洋温差发电技术达到实际应用的水平，还有相当长的路要走。

强化板式换热器内的热量传递过程无疑有助于整个发电系统效率的提高，而这其中蕴涵着大量的流体力学问题。例如通过改进换热器流体通道的形状破坏传热边界层、设计易于产

生流动分离的形状组合以及充分利用二维通道的自持振动产生脉动流场强化流动混合等等。这些手段都可以有效的提高热量传递速率。但是，目前这些技术仍然不够成熟，依然有很多难点需要解决。

四 国内温差发电技术的发展

我国的温差能技术还处于起步阶段，尚未建成实海况运行的实验电站。研究单位有国家海洋局第一海洋研究所、天津大学、中国科学院广州能源研究所、上海交通大学。20世纪80年代初开始在广州、青岛和天津等地开展温差发电研究。1986年广州研制完成开式温差能转换试验模拟装置，利用3O℃ 以下的温水，在温差20℃的情况下，实现电能转换。1989年又完成了雾滴提升循环试验研究，有效提升高度达20m，为当时世界同类设备达到的最高值。但进入90年代后便终止了研究。

另外，台湾从1980年开始，对台湾岛东海岸的海洋温差能资源进行了调查研究，并对花莲县的和平溪口、石梯坪和台东县的樟原等三个初选地址进行了自然环境条件调查研究评价和方案设计，曾计划1995年采用闭式循环建设一座4万kW的岸式示范电站。

温差能目前还未形成产业。一旦技术发展成熟，在西沙、南沙诸岛屿的开发中应该有较好的市场

五 国外温差发电技术的发展

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，由于技术条件的限制，1926年才由另一位法国人克劳德进行了小型实验，1930年又采用开式循环在古巴海边建成22千瓦的实验装置；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。

日本1981年11月在瑙鲁修建的一座功率为100 kW的岸基发电站即采有一条外径0．7m，长950 m的聚乙烯管深入到580 m的海底抽取冷海水。海上型是把吸水泵从船上吊下去，发电机组安装在船上，电力通过海底电缆输送。与此同时，还在琉球德之岛安装了一台50kW的OTEC发电装置，在九州建立了25Kw OTEC电站实验工程。之后,1990年日本在鹿儿岛建成1000 Kw

OTEC电站, 并计划在隅群岛和富士湾建设10万Kw级大型实用OTEC发电装置。还成立了海洋温差发电研究所。

1973年石油危机以后，海洋温差能的研究工作开始取得实质性进展。1979年在夏威夷群岛凯路亚科纳附近的古老黑熔岩海床上，采用“兰肯闭式循环”，氨作工质，建成了世界上第一座“微型OTEC”发电装置，，额定功率为50kW，除装置自耗电外，净输出功率大18.5 kW。这是世界上首次从海洋温差能获得有实用意义的电力。太平洋高技术国际研究中心(PICHTR)于1991年11月开始在夏威夷进行开式循环发电试验，并于1993年4月建成发电功率210 kW，净输出40～50 kW，并产生淡水的装置。1994年9月，美国凯路亚科纳电站采用克劳德的开式循环, 耗资1200万美元, 使电站总功率达225kW，净输出功率104 kW。如果采用重量轻的复合材料制造涡轮机, 并把若干组件串联起来, 可建成功率为1万kW的OTEC电站。为降低热交换器的昂贵成本,1996年1月在50 kW闭式循环电站上进行了新型材料热交换器的试验。PICHTR还开发了利用冷海水进行空调、制冷及海水养殖等附属产业，在热带岛屿显示出良好的市场前景。日本在海洋温差能研究开发方面投资力度很大，并在海洋热能发电系统和换热器技术方面领先于美国，迄今共建造了3座海洋温差试验电站，均为岸基式。经过在夏威夷的试验, 印度泰米尔纳德邦与美国公司签订了协议, 在该邦的古勒塞克勒伯德纳姆近海建一座10万kW的OTEC电站， 电站先建在一艘船上, 然后锚定在合适位置, 发出的电力通过水下电缆送到岸上。以后, 还将在印度东海岸和西海岸建新的OTEC电站。此外, 在荷兰、瑞典、英国、法国、加拿大和我国台湾等都有开发OTEC电站的计划和打算。印度于2006年与日本达成合作，投资7亿日元在印度南部海域开展1000千瓦级海水温差发电工业性试验。合作双方采用日本技术、利用印度境内海水温差大的有利条件，在印度南端的印度洋上安装1000千瓦机组，同时就近进行海水淡化和电解水制氢用于燃料电池，并为发展建设2万－5万千瓦实用海水温差发电装置提供试验相关数据。

国外现建成的温差能装置有美国闭式循环温差发电装置Mini—OTEC，额定功率50kW ，净输出功率15kW ；美国开式循环温差能发电装置Hztn，额定功率210kW，净输出功率— —40～50kW ； 日本闭式循环温差发电装置Nauru，装机容量100kw ，净输出功率15kW ；日本闭式循环温差发电装置Tokuno shima，装机容量50kW ，净输出功率32kW 。

六 海洋温差能的其他利用

1 利用海洋温差能驱动烷烃发动机的滑翔式潜水器

该装置包括由工作流体缸、工作气体缸、内胆、外胆、工作流体活塞、传递流体活塞、Ａ截止阀、Ｂ截止阀、三通阀组成的烷烃发动机、垂直尾翼、水平机翼和潜水器外壳。当潜水器升到温跃层以上海水层时，水温较高，工作流体吸热，熔化，体积膨胀，向下推动工作流体活塞，使外胆中的传递流体流入内胆，潜水器总体容积减小，浮力减小，潜水器下沉，与传递流体活塞联动的水平机翼向斜下方倾角，潜水器向前下方滑行。当潜水器降到温跃层以下海水层时，水平机翼向斜上方向迎角，潜水器向斜上方滑行。如此周而复始，潜水器持续以“之”字型向前滑行。本实用新型可长期在水中运行无需补充能源。

2 天然中央空调机

本发明提供一种利用海洋风浪能和海洋温差能结合推动运行的、海洋风浪能温差能组合自动天然中央空调机。本发明装置系由风浪压缩机，空气储存灌及空气热交换器等三部分组成。它具有灌风换气，调节冷暖的功能，可直接用于海岸边的高楼大厦房室更新换气调节室内冷暖，也可以用于种养大棚调温及保鲜仓库降温保鲜等。其最大的优点是所利用的能源是天然无价能源、安装后用户无需支付一分运行费用，而且在使用中可调节喷气量达到无澡音

状态，真正实现全天候使用，零运行费用，零澡音的理想效果。非常适合沿海地区的广大用户安装使用。

海洋温差能清洁无污染，而且能量巨大，是一种很有发展前途的能源，可谓天赐良源，只要我们能有效的利用它，努力克服种种困难，海洋温差能或许可以有效地解决能源问题，造福人类。