海洋温差发电

海洋温差发电报告

海洋是世界上最大的太阳能接收器,6000万平方公里的热带海洋平均每天吸收的太阳能,相当于2500亿桶石油所含的热量.吸收太阳热能的海洋表面温度较高, 大海里蕴藏着巨大的热能，而一定深度海水温度较低.海洋温差发电是利用海洋表面和海洋深处的温度差来发电的新技术。据估计只要把南北纬20度以内的热带海洋充分利用起来发电，水温降低1℃放出的热量就有600亿千瓦发电容量，全世界人口按60亿计算，每人也能分得10千瓦，前景是十分诱人的。自1979年8月在美国夏威夷建成世界上第一座温差发电装置以后，世界各国都对海洋温差发电给予足够的重视，这是一种巨大的能源,同时又是一种有利于环保清洁可再生的新能源，因此，如果能够充分利用这一技术，则能有效缓解能源问题。

一海洋温差发电原理

海水随著深度愈深，温度愈低。根据调查，南太平洋的海水温度在水面是摄氏三十度，水面下一百公尺处是二十三度，二百公尺处急降为十四度，五百公尺处就低到七度而已。也就是利用这种温度差转为能量的。它的基本原理是利用太阳辐射的热量进入海面以下1米处，就有60％～68％被海水吸收掉了，而几米以下的热量已所剩无几了，即使海面上有波浪搅动，水温有所调节，但水深200米处，几乎没有热量传到。海洋温差发电就是将海洋表面的温水引进真空锅炉，这时因压力突然大幅度下降，温度不高的温水也立即变成蒸汽。例如，在压力为0.031兆帕时，24℃的水也会沸腾。利用这种温度不高的蒸汽可以推动汽轮发电机发电，然后用深层的冷海水冷凝乏气，继续使用。

从理论上说，冷、热水的温差在16.6℃即可发电，但实际应用中一般都在20℃以上。凡南北纬度在20度以内的热带海洋都适合温差发电。例如，我国西沙群岛海域，在5月份测得水深30米以内的水温为30℃，而1000米深处便只有5℃，完全适合温差发电。

二海洋温差发电的发电系统

1．开式循环系统

开式循环系统如图所示。表层温海水在闪蒸蒸发器中由于闪蒸而产生蒸汽，蒸汽进人汽轮机做功后再流人凝汽器。来自深层的冷海水作为凝汽器的冷却介质。由于水蒸汽是在负压下工作，所以必须配置真空泵。这种系统简单，还可兼制淡水；但设备和管道体积庞大，真空泵及抽水水泵耗功较多，影响发电效率。

2．闭式循环系统

来自表层的温海水先在热交换器内将热量传给低沸点工质—丙烷、氨等，使之蒸发，产生的蒸汽再推动汽轮机做功。深层冷海水仍作为凝汽器的冷却介质。这种系统因不需要真空泵是目前海洋温差发电中常采用的循环。海洋温差发电由于冷热温差很小，其效率远低于普通火电厂，仅为3％左右，且温差小，换热面积大，建设费用高；海水腐蚀和海洋生物的吸附以及远离陆地输电困难等不利因素都制约着海洋温差发电的发展。但海洋辽阔，储能丰富，修建海上温差发电站仍具有广阔前景

3 混合式循环系统

混合式循环系统与闭式循环系统有些类似，唯一不同是在蒸发器的部分，混合式循环系统的温海水先经过闪现蒸发器，是其中一部分转化为水蒸气，随即将蒸汽导入第二个蒸发器。水蒸气在此冷却，并释放潜能，此潜能再将低沸点工作流体蒸发，工作流体循环，于是构成

一种封闭式循环系统。设计混合式发电系统的原因是避免温海水对热交换器所产生的生物附着，同时，本系统在第二个蒸发器中还有淡水副产品产出，而且，开始系统低容量的缺陷也可以得到解决

三海洋温差发电的技术难题

海洋温差发电存在着若干技术难题，它们是制约技术发展的瓶颈。

1)热交换器表而容易附着生物使表而换热系数降低，这对整个系统的经济性影响极大。美国阿贡实验室发现，每天进行1小时的间断加氯，可有效控制生物体附着。但这种方法对环境有一定影响，因此仍有待于寻找更合适的方法。

2)冷水管问题。冷水管是未来n'I'EC技术发展而临的极大挑战。因为海洋温差仅20 0C，所以冷热海水的流量要非常大才能获得所希望的功率。而为了减小海水在管内流动的压头损失，管道直径必须非常大。据估计，商业规模电站的冷水管直径应在S m左右。冷水管必须足够长，以便其入曰能到达深层。尤其是岸式系统要求冷水管长度达2 000 m，才可到达600一900 m深度。冷水管必须有足够的强度，以保证30年使用寿命。冷水管的保温性能也要好，以免冷海水温度升高影响热效率。这些问题现在还没有完全解决。

3)开式循环系统的低压汽轮机效率太低，这也是开式循环系统还不能商业化的重要原因。要达到海洋温差能的商业规模利用，并实现产业化，除了解决技术上的难题以外，还需要考虑另外一些因素。如自然条件和地理位置，只有在赤道附近一定范围内的海域，表层海水温度达到25℃以上，才适宜海洋温差发电。如果发电位置与负荷中心距离太远，势必加大输电成本;风速、海浪、洋流等影响表而温度稳定的因素都对装置的整体效率带来直接影响。

当然，除了以上需待解决的问题以外，我们也不得不考虑环境问题。对于环境影响的评价，是另一项重要的课题。尽管海洋温差装置排出的温水温度下降了3一4℃，而排出的冷水温度上升了3一4℃，但其温度都在海洋垂直的温度分布之中，没有超出环境温度的范围，因此从本质上对环境的影响是不大的。可是，海洋温差发电将引起海水移动，这对于海洋生物有什么影响?就一台发电装置来说，在海洋中只不过是沧海一粟，而大规模利用海洋温差究竟对大气和海洋间的热交换有无影响呢?这些都是有待研究的课题。由于海洋温差电站都是分期进行安装施工，所以必须经常进行有关环境影响的评价。在评价海洋温差发电对环境的影响时，首先必须定量估计环境的变化，然后提出具体措施，将其影响程度限制到最小。但是目前为止还没有找到什么办法，可以说还处于初级阶段，即在建立电站之前预测环境变

化程度的阶段。电站排入海洋的，与海水的温度和密度都不同，会同时出现温度扩散和密度扩散的现象，虽然它与周围环境的差别很小，但从性质上来说仍是一个复杂的问题。此外，当前解决换热器生物污染的问题的通行方法是在海水中加入杀虫剂或对海水进行氯化处理，由此带来的环境污染问题也是不容忽视的。对海洋温差发电及其相关技术展开研究，是一项考虑长远可持续能源需求的高技术投资项目。虽然当前并未见到太多的实效，但是它在未来能源资源的多样化、可持续化中起到的作用将是难以估量的。

四国外温差发电技术的发展

利迄今为止,海洋温差发电技术的研究在热动力循环的方式、高效紧凑型热交换器、工质选择以及海洋工程技术等方面均已取得长足的发展,很多技术已渐趋成熟。

1)系统方面以闭式循环最为成熟,已经基本上达到商业化水准。开式循环的主要困难是低压汽轮机的效率太低。工质是闭式循环必须考虑的关键因素。仅从性能角度出发,氨和R22是较为理想的工质,但从环保角度考虑,寻求新工质的努力仍在进行。

2)热交换器是海洋温差发电系统的关键设备,它对装置的效率、结构和经济性有直接的重要影响。热交换器性能的关键是它的型式和材料。钛的传热及防腐性能良好,但是价格过于昂贵。美国阿贡国家实验室的研究人员发现,在腐蚀性暖海水环境下,改进后的钎焊铝换热器寿命可以达到30年以上。板式热交换器体积小,传热效果好、造价低,适合在闭式循环中采用。

3)最新的洛伦兹循环有机液体透平能在20°~22℃温差下工作,适用于闭式循环装置中。洛伦兹循环的T-S图如图4所示。它的热效率和输出功率均小于在温海水进口温度和冷海水进口温度下的卡诺循环(图上T1和T4之差),而等于温海水进出口平均温度和冷海水进出口平均温度下的卡诺循环(图上T2和T3之差)。洛伦兹循环由两个等温过程和两个多变过程组成,是变温条件下的理想循环,它与卞诺循环都是可逆循环,但比后者更接近实际。选择合适的工质,使工质与热源温度变化保持一致且温差最小,便得到接近洛伦兹循环的实际循环。洛伦兹循环的特点是热效率高且接近实际工程,其透平采用两种以上氟利昂混合物作为工质,并配以适合的换热器。

4)海洋温差发电有岸基型和海上型两类。岸基型把发电装置设在岸上,把抽水泵延伸到500~1 000 m或更深的深海处。日本1981年11月在瑙鲁修建的一座功率为100 kW的岸基发电站即采有一条外径0·7m,长950 m的聚乙烯管深入到580 m的海底抽取冷海水。海上型是把吸水泵从船上吊下去,发电机组安装在船上,电力通过海底电缆输送。海上型又分成浮体式(包括表面浮体式、半潜式、潜水式)、着底式和海上移动式三类。1979年在夏威夷建成