[科普中国]-海水温差发电

利用表层海水与深层海水的温度不同进行发电的工程技术。使用温暖的表层水加热沸点较低的氨等，使其沸腾，然后利用其蒸汽旋转涡轮，驱动发电机发电。转动涡轮发电之后的蒸汽使用温度较低的深层海水进行冷却，变回液体氨，然后再次使用表层水使之沸腾并转动涡轮。1881年9月，由法国生物物理学家达松瓦尔(1851—940)首先提出，1926年11月，法国科学院建立一个实验温差发电站，证实达松瓦尔的设想。2012年1月，中国国家海洋局第一海洋研究所的“15 kW温差能发电装置研究及试验”课题在青岛市通过验收，使得中国成为第三个独立掌握海水温差能发电技术的国家、，优点：不消耗任何燃料；无废料；不会制造窄气污染、水污染、噪声污染；整个发电过程几乎不排放任何温室气体，如二氧化碳；全年且一天中所有时问段皆可发电，十分稳定；副产品是淡水，可供使用：缺点是：所需初始投资资金庞大；发电成本高；深海冷水管路施工风险高。1

发展历史早在1881年9月，巴黎生物物理学家德·阿松瓦尔就提出利用海洋温差发电的设想。

1926年11月，法国科学院建立了一个实验温差发电站，证实了阿松瓦尔的设想。1930年，阿松瓦尔的学生克洛德在古巴附近的海中建造了一座海水温差发电站。

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21世纪初建成一座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。

把热能转变成机械能必须具备三个基本条件：热源、冷源和工质。普通热机用水作工质，热源加热工质，产生蒸汽，驱动汽轮发电机发电，排出废汽被冷凝器冷却，凝结水送回锅炉，继续被加热，循环使用。海洋热能主要来自太阳能。世界大洋的面积浩瀚无边，热带洋面也相当宽广。海洋热能用过后即可得到补充，很值得开发利用。海水温差发电技术，是以海洋受太阳能加热的表层海水（25℃～28℃）作高温热源，而以500米～1 000米深处的海水（4℃～7℃）作低温热源，用热机组成的热力循环系统进行发电的技术。从高温热源到低温热源，可能获得总温差15℃～20℃左右的有效能量。最终可能获得具有工程意义的11℃温差的能量。

应用范围辽阔的海洋是一个巨大的“储热库”，它能大量地吸收辐射的太阳能，所得到的能量达60万亿千瓦左右。海水的温度随着海洋深度的增加而降低。这是因为太阳辐射无法透射到400米以下的海水，海洋表层的海水与500米深处的海水温度差可达20℃以上。海洋中上下层水温度的差异，蕴藏着一定的能量，叫做海水温差能，或称海洋热能。利用海水温差能可以发电，这种发电方式叫海水温差发电。

新型的海水温差发电装置，是把海水引入太阳能加温池，把海水加热到45～60℃，有时可高达90℃，然后再把温水引进保持真空的汽锅蒸发进行发电。

用海水温差发电，还可以得到副产品——淡水，所以说它还具有海水淡化功能。一座10万千瓦的海水温差发电站，每天可产生378立方米的淡水，可以用来解决工业用水和饮用水的需要。另外，由于电站抽取的深层冷海水 中含有丰富的营养盐类，因而发电站周围就会成为浮游生物和鱼类群集的场所，可以增加近海捕鱼量。

据计算，从南纬20度到北纬20度的区间海洋洋面，只要把其中一半用来发电，海水水温仅平均下降1℃，就能获得600亿千瓦的电能，相当于全世界所产生的全部电能。专家们估计，单在美国的东部海岸由墨西哥湾流出的暖流中，就可获得美国在1980年需用电量的75倍。

据海洋学家估计，全世界海洋中的温度差所能产生的能量达20亿千瓦。

温差发电海水温差发电技术，取代火力发电、风电与光伏的太阳能技术，风电与光伏的太阳能提供间歇性电能，对电网稳定运行冲击很大，接入电网还需要传统能源给它调峰。

技术特点海水温差发电设备制造中采取全新技术，解决了海水抽取中腐蚀性及高能耗难题、换热器体积庞大的问题，取消了工质回流泵，减少设备自身能耗，增加能量输出，并在汽轮机上采取了全新技术，使机构效率更高，体积更小，制造成本及制造的技术难度降到最低。

技术区别海水温差发电设备的工作循环方式：液态低沸点工质加热汽化产生高压蒸汽冲击汽轮机发电，再由冷源冷却液化，但取消了把液化工质泵送到原来加热处这一环节（现美国、日本及国内研究海水温差发电的技术都有这一工作环节，这一环节把汽轮机发出的电能大部分约（60-70%，与工质性质有关）消耗掉，这样整个机组向外送不出多余的电能），该技术专利在申请中 。

在20度的温差状态下，低温工质在饱和状态下，体积只能膨胀3倍左右，就相当于1体积膨胀到3体积产生3N的能量，如果汽轮机效率为80%，则汽轮机输出能量为2.4N，而膨胀后的工质冷却到原来的1体积，被工质泵泵回到加热器里去，它需要消耗1N的能量，假如泵的效率是66%的话，则泵要消耗约1.5N的能量，这样机组只能输出2.4N-1.5N=0.9N的能量，再加上抽冷、热海水消耗的能量，整个机组输出能量就很微少，根本没有什么商业价值----这就是现有美国日本在研究的海水温差发电不能商业化的原因。

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院