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(kù)，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(lái)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(guò)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(wú)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(lái)，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(lái)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(lè)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(lái)源于太陽(yáng)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(lái)無(wú)污染的氫燃料過(guò)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(wàn)～150萬(wàn)平方公里，位于北回歸線以南，太陽(yáng)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。
