看中溫差發(fā)電
美國(guó)一家航空航天公司洛克希德·馬丁公司看中了海洋這座巨大的能量庫，打算建造一個(gè)大型海洋熱能轉(zhuǎn)換工廠，利用海洋的溫度差來驅(qū)動(dòng)熱力發(fā)電機(jī)發(fā)電：將溫暖的表層水抽進(jìn)熱交換器當(dāng)中，利用低沸點(diǎn)的物質(zhì)——液氨作為工作流體。溫水泵把表層溫海水抽上送往蒸發(fā)器，液氨吸收了溫水的能量，沸騰并變?yōu)榘睔猓睔饨?jīng)過汽輪機(jī)的葉片通道，膨脹做功，推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。然后，氨氣進(jìn)入冷凝器，深層的冷海水再重新將其冷凝為液態(tài)氨，而經(jīng)歷熱交換后溫度較高的海水再次被抽回海洋，如此，在閉合回路中反復(fù)進(jìn)行蒸發(fā)、膨脹、冷凝。
早在1881年9月，法國(guó)生物物理學(xué)家德·阿松瓦爾就提出利用海洋溫差發(fā)電的設(shè)想。直到1930年，他的學(xué)生克洛德才在古巴的近海，建造了一座海水溫差發(fā)電站，首次利用海洋溫度差能量發(fā)電成功。20世紀(jì)80年代，聯(lián)合國(guó)已經(jīng)確認(rèn)海洋熱能轉(zhuǎn)換是所有海洋能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中最重要的一種。溫差能的優(yōu)勢(shì)就在于它可以提供穩(wěn)定的電力，如果不考慮維修，這種電站可無限期地工作。同時(shí)，海洋溫差能在發(fā)電富余的情況下，還可以制氫并送回陸地。
挑戰(zhàn)材料工藝
在實(shí)際操作中，要產(chǎn)生相當(dāng)規(guī)模的電能，就必須讓表層海水和深層海水流動(dòng)循環(huán)起來，因此相關(guān)管道材料的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)難度首當(dāng)其沖。第一個(gè)挑戰(zhàn)在于，管道要在深海承受巨大的大氣壓力、不斷搖擺的洋流壓力以及頻繁變化的水溫。一個(gè)10兆瓦的此類電站，預(yù)計(jì)需要一根直徑13英尺的大管道。而要用于100兆瓦或更高容量的電站，預(yù)計(jì)其直徑要達(dá)到33英尺寬，在水下延伸1000米，這幾乎相當(dāng)于紐約地鐵隧道寬，兩個(gè)半帝國(guó)大廈高。
另一個(gè)挑戰(zhàn)就是，管道必須在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。一根3200英尺長(zhǎng)、33英尺寬的管道，如果在工廠制成，再用鐵路或駁船運(yùn)輸拖入海洋，沉入水中，不但有運(yùn)輸方面的挑戰(zhàn)，也很難抬升到合適的角度，沉降到適當(dāng)?shù)纳疃?。因此，需要先在海上建造平臺(tái)——要能夠抵御風(fēng)暴、洋流等，然后現(xiàn)場(chǎng)制造管道。
在實(shí)際工程中，同樣會(huì)遇到很多工藝上的挑戰(zhàn)。工程師們采用了一種真空輔助樹脂傳遞成型的技術(shù)，波音公司曾用同樣的基礎(chǔ)工藝來制造787夢(mèng)想飛機(jī)。他們將纖維和樹脂倒入模具，讓其像混凝土那樣凝固，而且可以保持垂直，就地留下完全形成的管道，這一技術(shù)可滿足管道所需要的靈活性和穩(wěn)定性的要求。至于管道要建造多長(zhǎng)，則取決于冷水的深度，冷水可能潛伏在約1000米的深度，也有可能會(huì)淺一些。另外，如此規(guī)模的設(shè)施，還必須考慮環(huán)保和生態(tài)影響。雖然深海當(dāng)中不會(huì)有大量的海洋生物生存，但也需要注意防止生物被卷入管道中，為此，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署正與洛克希德·馬丁公司公司確定最大進(jìn)水量。
前景樂觀
雖然存在很大的挑戰(zhàn)和不確定性，但是，海水溫差發(fā)電有很大潛力。它的能量來源于太陽能，取之不盡，用之不絕，被業(yè)界看好。更有學(xué)者將其看作是全世界從石油向未來無污染的氫燃料過渡的重要組成部分。美國(guó)、日本等海洋資源豐富的國(guó)家，目前正在積極研究應(yīng)用海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)。
如果一切順利，海洋熱能轉(zhuǎn)換廠將會(huì)建設(shè)在夏威夷、菲律賓等熱帶地區(qū)，或是美國(guó)海軍的某基地——管道材料的研發(fā)就曾依靠美國(guó)海軍的撥款。海洋熱能轉(zhuǎn)換廠建成后，將會(huì)代替或補(bǔ)充傳統(tǒng)發(fā)電廠供應(yīng)，部分解決這些地區(qū)高度依賴化石燃料的現(xiàn)狀，形成一定規(guī)模的電力供應(yīng)。
(作者系青島海洋大學(xué)博士)
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我國(guó)南海諸島溫差能利用最具潛力
南海諸島水深大于800米的海域約140萬～150萬平方公里，位于北回歸線以南，太陽輻射強(qiáng)烈，表層和淺層水溫均在 25℃以上，500～800米以下的深層水溫在5℃以下，表深層水溫差在20℃～24℃。據(jù)初步計(jì)算，南海溫差能資源理論儲(chǔ)藏量約為 1.19×109～1.33×1019千焦，技術(shù)上可開發(fā)利用的能量(熱效率取7%)約為8.33×109～9.31×1017千焦，實(shí)際可供利用的資源潛力(工作時(shí)間取50%，利用資源10%)裝機(jī)容量達(dá)13.21億～14.76億千瓦。
