海洋温差能

2024年2月20日发(作者：寒冬暖阳)

能源材料

海洋温差能

学院：材料科学与工程学院

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畅想新能源

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海洋温差能

摘要：海洋温差能又称海洋热能。利用海洋中受太阳能加热的暖和的表层水与较冷的深层水之间的温差进行发电而获得的能量。目前对海水温差能利用的主要方式是海水温差能发电，即利用海洋表层的高温海水与深层低温海水的温差来实现热力循环发电的一种发电方式。

关键词：新能源、海洋温差能、温差发电、原理、应用、应用展望

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：在现代社会中，能源短缺成为社会的一大问题，就目前而言，人类已经发现了现在正在广泛使用的化石燃料能源已经面临用完的危机，并且也意识到了化石燃料大量使用而造成的环境不可逆转的污染，随着能源问题的日渐严峻，寻找一种安全，干净，高效的新型能源已经成为了全世界共同努力的目标。

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 2

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。

海洋温差发电的简介

如何有效地利用海水温度差能量来为人类服务呢？法国的Arned Arsonval于1881年首次提出海洋温度差发电的构想。即发明利用海水表层（热源）和深层（冷源）之间的温度差发电的电站。于是1930年Claude在古巴的近海，首次利用海洋温度差能量发电成功，但是，由于发电系统的水泵等所耗电力比其所发出的电力更大，结果纯发电量为负值。然而人们并没有泄气。1979年，夏威夷的MINI-OTEC发电系统第一次发出了15kW的净发电容量。1961年法国在西非海岸建成两座3500千瓦的海水温差发电站。美国和瑞典于1979年在夏威夷群岛上共同建成装机容量为1000千瓦的海水温差发电站，美国还计划在跨入21世纪时建成一座100万千瓦的海水温差发电装置，以及利用墨西哥湾暖流的热能在东部沿海建立500座海洋热能发电站，发电能力达2亿千瓦。

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。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 3

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。

海洋温差发电的发电系统

1．开式循环系统

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。

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。

海洋温差发电国内情况

中国的南海海域辽阔，水深大于800米的海域约140～150万平方公里，位于北回归线以南，太阳辐射强烈，是典型的热带海洋，表层水温均在5°C以上。5000～800米以下的深层水温在5°C以下，表深层水温差在20～24°C，蕴藏着丰富的温差能资源。据计算，南海温差能资源理论蕴藏量约为1.19～1.33×1019千焦耳，技术上可开发利用的能量（热效率取7％）约为（8.33～9.31）×10取50％，利用资源10％）装机容量达13.21～14.76亿千瓦。我国台湾岛以东海域表层水温全年在24～28°C，500～800米以下的深层水温在5°C以下，全年水温差2O～24°C。据台湾电力专家估计，该区域温差能资源蕴藏量约2.16×1014千焦耳。

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中国温差能资源蕴藏量大，在各类海洋能资源中占居首位，这些资源主要分布在南海和台湾海域，尤其是南海中部的西沙群岛海域和台湾以东海区，具有日照强烈，温差大且稳定，全年可开发利用，冷水层离岸距离小，近岸海底地形陡峻等优点，开发利用条件良好，可作为国家温差能资源的先期开发区。

海洋温差发电的特点

1.海水温差能实际上是蕴藏的太阳能，其利用不消耗材料，不排放有害的污染物，因此是可再生的洁净能源。

2.海水温差能蕴藏量丰富。据预计，仅北纬20℃至南纬20℃之间的海域，海水温差能大约可发电26亿千瓦。

3.与潮汐能、波浪能受到季节的影响而有间歇性不同，海水温差基本恒定，所以海水温差能较稳定，24小时不间断，昼夜波动小。

4.能量密度低，热力循环和装置的效率低。在所有的热力循环中，努力提高温差是提高循环效率的最有效的途径，而海水温差始终在 20~25℃之间，温差小，从而使得循环效率较低。

海洋温差能的其他利用

海洋温差能是一种全面的资源系统，评价其开发利用在商业上取得成功的关键不仅要看发电，而且要考虑获得淡水、海水养殖、制冷空调等的综合效益。因此，要充分发挥海洋温差能的优势，围绕海洋热能发电技术的开发，积极开展海洋资源的综合利用。

1海水淡化

开式循环和混合式循环系统本身就是一个海水淡化器，开式循环的冷凝水和混合式循环蒸发器的冷凝水就是淡水，可供人们饮用或农业利用。在太平洋岛屿上，淡水的市场价格达到1-4.60美元/千加仑(0.27-1.21美元/升)，在没有地下水资源的地方价格会更高。而在太平洋岛屿上1.5 MW(电)净功率开式海洋温差发电系统则可日产淡水300万升。美国太平洋高技术研究国际中心设计了一个多功能的MW级OTEC系统，除发电以外，佑计每天可产淡水4750m3，足够2万人使用。

2制冷和空调

排放的深层冷海水一方面可以用来冷凝淡水，还可以用于冷水空调系统中。 5

研究表明，一家有300间客房的酒店使用1MW的MP-OTEC系统的冷水用于空调，其运行费用仅为常规空调的25%。

3海水养殖

深海冷水含有丰富的氮、磷、硅等营养盐类，十分有利于海水养殖。据计算，一座4万kW的OTEC电站，其深海水流量约800m3/s。这些海水每年可输送约8000吨的氮到海洋表层，能增产8万吨干海藻或800吨鱼。事实上，海洋养殖的开发是成功的。目前在夏威夷，由OTEC派生的海水养殖业已投入5000万美元，用于养殖龙虾、比目鱼、海胆和海藻。

4热带农业

夏威夷大学首先提出把冷海水用于农业的想法。在地下埋一排冷水管，创造出热带地区没有的低温气候环境。此系统由于大气中的水分子在管子表面上的冷凝还可以产生滴灌效果。使用此方法，可以在热带地区终年生产草荀和其他春季收获的谷物和花卉。经过几年的研究，商业开发人员已建起一个占地4100m2的试验点。

5深海采矿

向海上采油工程核锰矿开采工程提供电力。开发OTEC的最佳地点一般也是深海采矿的最好地点，因此可把深海矿业的开采和OTEC相结合。这样可以就地利用电力获得锰、钻、铜和镍等。日本提出建一座10万千瓦的海水温差发电站从深海采铀的设想。

海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展，解决人类生存和发展的资源问题。开展海洋能资源的综合利用，不仅是降低海洋能发电成本的有效途径，而且有利于改善自然、社会和经济环境，促进经济社会的发展和居民生活质量的提高。但是海洋温差能的综合利用要考虑各种因素，建站地址不仅要靠近电力负载中心，另外还要靠近副产品市场，这样才能使电站得到最大的收益。

总而言之，海水温差能作为一种清洁、可再生的能源，具有很好的发展前景。其开发、利用对我国经济的可持续发展和人民生活水平的提高具有重要的现实意义。迄今为止，海洋温差发电技术的研究在热动力循环方式、高效紧凑型热交换器、微型透平、工质选择以及海洋工程技术等方面均已取得长足的发展，很多技 6

术已渐趋成熟。对海洋温差发电及其相关技术展开研究，是一项考虑长远可持续能源需求的高技术投资项目。虽然不能指望它很快见到实效，但是它在未来能源资源的多样化、可持续化中的作用，以及它的环境效益和长远经济效益都将难以估量。

参考文献：

1.百度百科——海洋温差发电

2.封光、钟爽 《海洋温差发电的研究现状和展望》 、东北电力大学学报、2011

3.杜文鹏、包凤英 《浅议当今世界海洋发电的发展趋势》、广东电力、2001

4.徐柏林、马勇 《当今世界海洋发电发展趋势》、发电设备、2000

5.王琪、汪东 《海洋温差能发电的一种设想》、节能与环保、2003

6.高翔帆 《海洋能源利用进展》、中国高校科技与产业化、2004

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