海水温差能

温差發電的本原理就是藉助一種工作介質，使表層海水中的熱能向深層冷水中轉移，從而做功發電。海洋温差能發電主要採用開式和閉式兩種循環系統。

開式循環系統主要包括真空泵、温水泵、冷水泵、閃蒸器、冷凝器、透平發電機等組成部分。真空泵先將系統內抽到一定程度的真空，接着啓動温水泵把表層的温水抽入閃蒸器，由於系統內已保持有一定的真空度，所以温海水就在閃蒸器內沸騰蒸發，變為蒸汽。蒸汽經管道由噴嘴噴出推動透平運轉，帶動發電機發電。從透平排除的低壓蒸汽進入冷凝器，被由冷水泵從深層海水中抽上來的冷海水所冷卻，重新凝結為水，並排入海中。在此係統中，作為工作介質的海水，由泵吸入閃蒸器蒸發，推動透平做功，然後經冷凝器冷凝後直接排入海中，故稱此工作方式的系統為開式循環系統。

來自表層的温海水熱交換器內將熱量傳遞給低沸點工作質——丙烷、氨等，使之蒸發，產生的蒸汽再推動汽輪機做功。深層冷海水仍作為冷凝器的冷卻介質。這種系統因不需要真空泵是海水温差發電中常採用的循環。

首次提出利用海水温差發電設想的是法國物理學家阿松瓦爾，1926年，阿松瓦爾的學生克勞德試驗成功海水温差發電。1930年，克勞德在古巴海濱建造了世界上第一座海水温差發電站，獲得了10kW的功率。1979年，美國在夏威夷的一艘海軍駁船上安裝了一座海水温差發電試驗枱，發電功率53.6kW。1981年，日本在南太平洋的瑙魯島建成了一座100kW的海水温差發電裝置，1990年又在鹿兒島建起了一座兆瓦級的同類電站。

温差能利用的最大困難是温差大小，能量密度低，其效率僅有3%左右，而且換熱面積大，建設費用高，各國仍在積極探索中。由於海洋熱能資源豐富的海區都很遙遠，而且根據熱動力學定律，海洋熱能提取技術的效率很低，因此可資利用的能源量是非常小的。但是即使這樣，海洋熱能的潛力仍相當可觀。 在自然界中的温差變化是一種豐富的綠色能源，隨着現代科學技術的發展，這種新型能源正在被人們認識和利用。

人類對自然温差能源的探索歷程是長期而不斷努力的過程。1933年，在法國的一個實驗室裏，科學家在室温下利用30℃温差推動小型發動機發電，點亮了幾個小燈泡，首次證實自然温差作為能源的可能性。20世紀60年代，美國阿拉斯加輸油管路利用寒冷的氣候條件加強散熱，防止基土融化下沉，從而保證了管路系統的安全運行。受此啓發，研究人員開始對自然温差能源進行實用化研究。l986年，經過約l0年的試驗研究，日本建成了世界上第一座以自然冷能製冷的冷藏庫。

2023年8月，中國地質調查局廣州海洋地質調查局牽頭研發的20kW海洋漂浮式温差能發電裝置在南海成功完成海試，返回廣州南沙。這是中國首次在實際海況條件下實現海洋温差能發電原理性驗證和工程化運行。該套海洋温差能發電裝置搭載“海洋地質二號”船在南海1900米深海域開展了首次海上試驗，成功完成温差能發電技術驗證。本次試驗發電總時長4小時47分鐘，最大發電功率16.4kW，有效發電利用率達到17.7%。 ^[1] 

在實際應用中，高效、廉價地蓄能是利用自然温差能源的關鍵。人類已經發現了多種多樣的有效蓄能體。其主要可分為兩大類：一類是丙酸醇等有機材料；另一類是無機材料，如複合鹽水、硫酸鈣等物質。這些物質可以把吸收來的自然温差能儲存起來，在需要的時候釋放。美國和德國利用這些蓄能材料，已經建成了節能型建築並投入使用。

海水錶面和深層温度可以相差20℃以上，這種差異同樣藴藏着巨大的能量。據估算，總藴量可以達到20億千瓦。科學家正在積極着手進行温差能的開發利用，海洋温差發電已經進入實驗階段。美國和法國相繼建造了小型實驗電站。l990年，日本在鹿兒島建造的温差發電站現已進行正常供電。此外，用海水温差發電還具有使海水淡化的功能。一座l0萬千瓦的温差發電站，每天可產淡水378立方米。通過海洋温差發電還可以抽取深層海水中豐富的營養物質，增進近海捕魚量。把温度的差異作為海洋能源的想法倒是很奇妙。這就是海洋温差能，又叫海洋熱能。由於海水是一種熱容量很大的物質，海洋的體積又如此之大，所以海水容納的熱量是巨大的。這些熱能主要來自太陽輻射，另外還有地球內部向海水放出的熱量；海水中放射性物質的放熱；海流摩擦產生的熱，以及其他天體的輻射能，但99.99%來自太陽輻射。因此，海水熱能隨着海域位置的不同而差別較大。海洋熱能是電能的來源之一，可轉換為電能的為20億千瓦。但1881年法國科學家德爾松石首次大膽提出海水發電的設想竟被埋沒了近半個世紀，直到1926年，他的學生克勞德才實現了老師的夙願。