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美国拟利用海洋温差发电

导读: 美国一家航空航天公司洛克希德·马丁公司看中了海洋这座巨大的能量库,打算建造一个大型海洋热能转换工厂,利用海洋的温度差来驱动热力发电机发电:将温暖的表层水抽进热交换器当中,利用低沸点的物质——液氨作为工作流体。

  有过潜水经验的人都知道,越往海底深处温度越低,往往海面比较温和,海水下面甚至会寒冷刺骨。当然,这还只是人类可以直接体验的范围,如果再深至海底500甚至1000米,温度将会相差更大。那么,这个温差能不能被利用起来发电,甚至建成一座海洋热能转换厂呢?

  看中温差发电

  美国一家航空航天公司洛克希德·马丁公司看中了海洋这座巨大的能量库,打算建造一个大型海洋热能转换工厂,利用海洋的温度差来驱动热力发电机发电:将温暖的表层水抽进热交换器当中,利用低沸点的物质——液氨作为工作流体。温水泵把表层温海水抽上送往蒸发器,液氨吸收了温水的能量,沸腾并变为氨气,氨气经过汽轮机的叶片通道,膨胀做功,推动汽轮机旋转。然后,氨气进入冷凝器,深层的冷海水再重新将其冷凝为液态氨,而经历热交换后温度较高的海水再次被抽回海洋,如此,在闭合回路中反复进行蒸发、膨胀、冷凝。

  早在1881年9月,法国生物物理学家德·阿松瓦尔就提出利用海洋温差发电的设想。直到1930年,他的学生克洛德才在古巴的近海,建造了一座海水温差发电站,首次利用海洋温度差能量发电成功。20世纪80年代,联合国已经确认海洋热能转换是所有海洋能转换系统中最重要的一种。温差能的优势就在于它可以提供稳定的电力,如果不考虑维修,这种电站可无限期地工作。同时,海洋温差能在发电富余的情况下,还可以制氢并送回陆地。

  挑战材料工艺

  在实际操作中,要产生相当规模的电能,就必须让表层海水和深层海水流动循环起来,因此相关管道材料的设计、生产难度首当其冲。第一个挑战在于,管道要在深海承受巨大的大气压力、不断摇摆的洋流压力以及频繁变化的水温。一个10兆瓦的此类电站,预计需要一根直径13英尺的大管道。而要用于100兆瓦或更高容量的电站,预计其直径要达到33英尺宽,在水下延伸1000米,这几乎相当于纽约地铁隧道宽,两个半帝国大厦高。

  另一个挑战就是,管道必须在现场生产。一根3200英尺长、33英尺宽的管道,如果在工厂制成,再用铁路或驳船运输拖入海洋,沉入水中,不但有运输方面的挑战,也很难抬升到合适的角度,沉降到适当的深度。因此,需要先在海上建造平台——要能够抵御风暴、洋流等,然后现场制造管道。

  在实际工程中,同样会遇到很多工艺上的挑战。工程师们采用了一种真空辅助树脂传递成型的技术,波音公司曾用同样的基础工艺来制造787梦想飞机。他们将纤维和树脂倒入模具,让其像混凝土那样凝固,而且可以保持垂直,就地留下完全形成的管道,这一技术可满足管道所需要的灵活性和稳定性的要求。至于管道要建造多长,则取决于冷水的深度,冷水可能潜伏在约1000米的深度,也有可能会浅一些。另外,如此规模的设施,还必须考虑环保和生态影响。虽然深海当中不会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,为此,美国环境保护署正与洛克希德·马丁公司公司确定最大进水量。

  前景乐观

  虽然存在很大的挑战和不确定性,但是,海水温差发电有很大潜力。它的能量来源于太阳能,取之不尽,用之不绝,被业界看好。更有学者将其看作是全世界从石油向未来无污染的氢燃料过渡的重要组成部分。美国、日本等海洋资源丰富的国家,目前正在积极研究应用海洋温差发电系统。

  如果一切顺利,海洋热能转换厂将会建设在夏威夷、菲律宾等热带地区,或是美国海军的某基地——管道材料的研发就曾依靠美国海军的拨款。海洋热能转换厂建成后,将会代替或补充传统发电厂供应,部分解决这些地区高度依赖化石燃料的现状,形成一定规模的电力供应。

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  我国南海诸岛温差能利用最具潜力

  南海诸岛水深大于800米的海域约140万~150万平方公里,位于北回归线以南,太阳辐射强烈,表层和浅层水温均在25℃以上,500~800米以下的深层水温在5℃以下,表深层水温差在20℃~24℃。据初步计算,南海温差能资源理论储藏量约为1.19×109~1.33×1019千焦,技术上可开发利用的能量(热效率取7%)约为8.33×109~9.31×1017千焦,实际可供利用的资源潜力(工作时间取50%,利用资源10%)装机容量达13.21亿~14.76亿千瓦。

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