浅谈海洋温差能发电

转换 技术
闭式循环 系统
环
混合式循 环系统
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（一）开式循环系统
开式循环不使用其他介质，
不需要海水与工质的热交换，因 此可以减少二次热交换而产生的
热损失；也不会因为工质的泄漏
而对环境造成破坏;结构相对简 单。如果开式循环采用间壁式冷 凝器，则可得到淡水。
开式循环系统图
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（二）闭式循环系统

2004-2005年，天津大学对混合式海洋温差能利用系统进行了研究，并就小型 化试验用200w氨饱和蒸汽透平进行理论研究和计算。

2006年以来，我国海洋局第一海洋研究所在海洋温差能发电方面做了比较多的
工作，重点开展了闭式海洋温差能发电循环系统的研究，其设计的“国海循环” 方案的理论效率达到了5.1%。

2008年，我国海洋局第一海洋研究所承担了“十一五”“国家科技支撑计划” 重点项目“15KW海洋温差能关键技术与设备的研制”，建成了利用电厂蒸汽余
热加热工质进行热循环的温差能发电装置用以进行模拟研究，设计功率为15KW，
目前还未开机发电。
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六、认识与建议

我国有着丰富的海洋资源，主要分布在南海和台湾海域，尤其是南海中部的西沙群岛海域
通常采用低沸点工质 (如丙烷、异丁烷、氛里昂、氨等)作为工作物质， 吸收表层海水的热量而成为蒸汽，用来推动汽轮发电机组发电。做完功的低 沸点工质再送进冷凝器，由深层的冷海水冷凝，通过泵把液态工质重新打入 蒸发器，然后用表层海水使工质再次蒸发而继续发电。 闭式循环由于使用 了低沸点工质，使整个 装置、特别是透平机组 的尺寸大大缩小，因此 易于实现装置的小型化 以及规模的大型化。没
出来的冷海水冷凝。 混合式循环系统既可发电，又可产生淡水，具有开式循环和闭式循环的优点。
混合式系统#1
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混合式系统#2
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（4）提升式循环系统
提升式循环采用多微孔(约0.1微米孔
径)组成的雾化器，用海洋温水作热源， 一小部分水在雾化器中被蒸发，大部分 水成雾状。于是，汽液两相流在底部和 顶部的压差下由提升管慢慢被提升到顶 部的冷凝器，再由深海的冷水进行喷淋 冷却，被冷却的水以其势能推动水轮机 旋转，带动发电机发电。
举例
美国夏威夷 210kw开式循环 岸式 OTEC系统 美国MINI-OTEC 船式海上温差能 发电系统
船式
海上发电装置
半潜式
（1）水管长度减 短，海水在输运过 程中的热损失也相 应减少。
全潜式
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（1）需要用锚固 定；（2）需要具 备抗风浪的能力； 美国Lockheed （3）需要电缆将 Martin公司构想 电力输送出去； 的半潜式海上 （4）工程的难度 温差能发电系统 和造价较高。 美国Lockheed Martin公司构想 的全潜式海上 温差能发电系统 12
和台湾以东海区，具有日照强烈，温差大且稳定，全年可开发利用，冷水层离岸距离小，
近岸海底地形陡峻等优点，开发利用条件良好，可作为国家温差能资源的先期开发区。

据计算，南海温差能资源理论蕴藏量约为1.19～1.33×1019千焦耳，技术上可开发利用的 能量（热效率取7％）约为（8.33～9.31）×10取50％，利用资源10％）装机容量达 13.21～14.76亿千瓦。我国台湾岛以东海域表层水温全年在24～28°C，500～800米以下 的深层水温在5°C以下，全年水温差2O～24°C。据台湾电力专家估计，该区域温差能资 源蕴藏量约2.16×1014千焦耳。
海洋温差能发电
汇报人：
目
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录
海洋温差能及其优点 发电原理和发电过程
转换技术 发电装置
技术分布 认识与建议
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一、海洋温差能
海洋温差能(oceanthermalenergy)：又称海 洋热能。利用海洋中受太阳能加热的暖和的表层 水与较冷的深层水之间的温差进行发电而获得的 能量。
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二、发电原理及过程
发电基本原理：利用海洋表层的温海水直接作为工质，或作为热源对循环工质
加热，工质汽化后驱动汽轮机发电;用深层低温海水，将做功后的工质气体冷却，
使之重新变为液体，并讲入下一转驱动循环。
将海洋表层的温水 抽到常温蒸发器， 在蒸器中加热氨水、 氟利昂等流动媒体， 使之蒸发成高压气 体媒体。
一座被称为OTEC一1的1MW的以氨为工质的闭式实验装置。1993年太平洋高技
术研究国际中心 (PICHTR)在夏威夷建成210kw开式循环系统，净输出40～50kw，
并开始探索对于海水温差能的综合利用。PlCHTR还开发了利用冷海水进行空调、 制冷及海水养殖等附属产业，在太平洋热带岛屿显示出良好的市场前景。
将高压气体媒体送 到透平机，使透平 机转动并带动发电 机发电，同时高压 气体媒体变为低压 气体媒体。
将深水区的冷水抽 到冷凝器中，使由 透平机出来的低压 气体媒体冷凝成液 体媒体。
将液体媒体送到压 缩器加压后，再将 其送到蒸发器中去， 进行新的循环。
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三、转换技术
开式循环
系统
提升式循环 和Kalina循
有不凝性气体对系统的
影响。
闭式循环系统图
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（三）混合式循环系统
混合式循环系统是在闭式循环的基础上结合开式循环改造而成的。混合式循环系统有两 种形式，一种是温海水先闪蒸，闪蒸出来的蒸汽在蒸发器内加热工质的同时被冷凝为淡水;
另一种是温海水通过蒸发器加热工质，然后再在闪蒸器内闪蒸，闪蒸出来的蒸汽用从冷凝器
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五、技术分布（国外）

美国：1979年8月美国在夏威夷建成第一座闭式Mini-OTEC装置是温差能利
用的一个里程碑。这座50kw级的电站不仅系统地验证了温差能利用的技术可行性，
而且为大型化的发展取得了丰富的设计、建造和运行经验。

Mini-OTEC的成功，引起了美国能源部的重视，并1981年在夏威夷建造了另
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• 与潮汐能、波浪能受到季节的影响而有间歇性不同，海水温差基本恒定，所 以海水温差能较稳定，24小时不间断，昼夜波动小。
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• 能量密度低，热力循环和装置的效率低。在所有的热力循环中，努力提高温 差是提高循环效率的最有效的途径，而海水温差始终在 20~25℃之间，温差 小，从而使得循环效率较低。
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氨水工质一起被深层海水冷却。冷却
的工质再次被泵打入预热器，然后进 入蒸发器进行下一次循环。
Kalina循环系统图
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四、发电装置
发电装置类型
岸式温差能 发电系统
优势
（1）维护和修理 简单； （2）不受台风影 响； （3）经济性较好。
缺点
（1）建厂位置条 件苛刻； （2）冷水管长度 较长； （3）运转水泵需 要较高能量。
岛开始研建50kW的试验电站，并于1982年9月开始发电试验并运行到1994年8月
为止。此外，佐贺大学还于源自文库985年建造了一座75kW的实验室装置，并得到35kW 的净功率。
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世界范围主要的海洋温差能发电示范装置及其性能指标
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五、技术分布（国内）

1985年，中国科学院广州能源研究所开始对温差利用中的一种“雾滴提升循环” 方法进行研究。

创建南海海洋温差能实验基地，遵循多能互补、综合利用的发展思路，是开发利用我国海
洋温差能的重要途径。积极开展对外合作，掌握先进技术，培养自己的科研队伍。
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THE END
提升式循环系统图
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（5）Kalina循环系统
Kalina 循环采用的工质是氨水混合物。
氨水混合物通过蒸发器，一部分变为 蒸汽，蒸汽通过气液分离器之后再进 入汽轮机做工；从气液分离器中分离 出来的液态氨水，在回热器内放热， 预热将要进入蒸发器内的氨水工质， 然后进入冷凝器，和从汽轮机出来的
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五、技术分布（国外）

日本：在海水温差能研究开发方面投资力度很大，并在海洋热能发电系统和
换热器技术方面领先于美国。迄今日本共建造了3座海水温差试验电站，均为岸基
式。

1980年6月，日本在瑙鲁共和国开始建造一座100kW闭式循环温差电站，并
于1981年10月开始发电试验。1981年8月，九洲电力公司等又在鹿儿岛县的德之
法国科学家的Arsened Arsonval于1881年首次提
出海洋温度差发电的构想。于是1930年Claude在 古巴的近海，首次利用海洋温度差能量发电成功。
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海洋温差能的特点
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• 海水温差能实际上是蕴藏的太阳能，其利用不消耗材料，不排放有害的污染 物，因此是可再生的洁净能源。
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• 海水温差能蕴藏量丰富。据预计，仅北纬20℃至南纬20℃之间的海域，海水 温差能大约可发电26亿千瓦。