海洋温差发电技术现状及其商业化可行性探析

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1、海洋温差发电技术现状及其商业化可行性探析摘要：对海洋温差能发电技术的基本原理、类型、系统与装置，以及发展历史和现状作了全面的综述。探讨了海洋温差发电商业化的技术可行性及其带来的环境影响和成本预测。关键词：海洋温差发电；商业化技术可行性；环境影响;成本预测1引言海洋面积大约覆盖了地球表面的71%,这使得它成为世界上最大的太阳能集热器和储能系统。海洋能中以海洋温差能的储量最大，全世界海洋温差能的理论储量估计为100亿kWo海洋温差能具有清洁、可再生、储量大，不存在间歇，受昼夜和季节的影响较小，不占用土地资源等特点，被国际社会普遍

2、认为海洋温差能的转换是最具开发利用价值和潜力的海洋资源。海洋温差发电的基本原理是利用海洋热能转化技术，海洋表层高温海水使冷水或沸点较低的工质气化，推动涡轮发电机发电。然后再利用深层低温冷海水对蒸气进行冷却，使之还原为液体状态。如此循环，便可实现海洋温差能的发电。海洋温差发电装置根据所用工质及流程的不同，一般可分为开式循环、闭式循环和混合式循环，目前接近实用化的是闭式循环方式（图1至图3）。在开式循环系统中海水被直接用作循环工质，发电的同时可以产出淡水；但由于温差小焙降小，要求透平内径尺寸很大。闭式循环系统由于使用了低沸点工质

3、，使整个装置，特别是透平机组的尺寸大大缩小。混合式海洋温差发电系统综合了开式和闭式循环系统的优点，它以闭式循环发电，用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质。这样做的好处在于减小了蒸发器的体积，节省材料，便于维护并可收集淡水。2海洋温差发电的发展历程在1881年法国人MrJdArsonval提出了海洋温差发电的概念。GClaude在1926年6月在古巴坦萨斯海湾沿海建造了一座开式循环发电装置，额定22kW的输出功率。1979年美国在夏威夷沿海搭建了第一座Mini-OTEC50kW海洋温差能转换试验性电站，净输出功率15kW

4、.[4],这是历史上第一次通过海洋温差能得到具有实用价值的电能。1993年，在夏威夷建成了210kW的开式循环系统，有40〜50kW的净输出功率，同时该系统还生产出了淡水，是综合利用海洋温差能研究和探索的开端.[5]o1999年，在印度东南部海上运转成功了世界上第一套1MW海洋温差发电实验装置.[6]。2009年美国洛克希德公司及美国能源部与美国海军研究用温差能解决关岛上海军陆战队用电和淡水的问题.[7]。我国具有丰富的海洋温差能，但研究工作起步晚。1980年台湾电力公司曾计划将核电厂余热和海洋温差发电并用。1991年广州能

5、源研究所实现了将雾滴提升到21m高度的记录，还对开式循环过程进行了实验室研究。2004〜2005年，天津大学对闭式和混合式系统进行了理论研究，并对200W氨饱和蒸汽透平进行了开发研究.[8]。2007〜2008年国家海洋局第一海洋研究所重点开展了海洋温差能利用的研究，并设计出了250W小型温差能发电利用实验装置。2008年在“十一五”期间重点开展了15kW闭式海洋温差能系统的研究，系统在2012年5月成功运行。3技术可行性分析自从克劳德在1930年首次在古巴尝试OTEC技术的可行性，80多年的经验积累和大量的资金投入，以工程

6、数据的形式提供了设备的研发，环境研究，及初步设计的技术资料，为建立一个商业性的海洋热能转换工厂提供基础。在0TEC过程所需要的热交换器这一领域已做了广泛的研究和开发，MINI-OTEC和OTEC-1为发展商业规模的热交换器的设计方法提供了基础。由于商业规模的OTEC工厂需要大型的热交换器（热能转化过程需要大量的水），设计和选择应基于两个因素：髙传热效率和低成本（紧凑的尺寸），材料的选择耐久性、与工作液的相容性。依据这些标准，最佳选择是不锈钢板和铝钎焊式热交换器。换热器设计和制造的最新进展，铝钎焊式(A1-BZ)热交换器允许在

7、OTEC平台尺寸，相比与板式换热器它具有更紧凑的配置和更高的换热效率.[9]。在20世纪70年代，海洋生物附着0TEC热交换器被认为是实现OTEC商业化潜在的障碍。因为海洋生物的附着可以显著的降低海洋热能转换过程中的效率。美国阿贡国家实验发现在工厂持续运行过程中间歇性低剂量的加入氧化剂可以有效控制生物体附着.[10]o0TEC商业工厂选择一个浮动平台引起了一些关于它的建设和运营方面的问题，幸好已有令人满意的答复.：9,11]o(1)平台本身的设计需要解决相关的海上设施的建设、运行和维护的问题。在船舶和海洋工程钢筋后张预应力混

8、凝土或钢制成的驳船技术被用于构建和部署石油行业。现有的技术和施工工艺可以构建一座至少100MW容量的OTEC浮动平台。1979年的MINI-OTEC和后来的0TEC-1表明OTEC工厂可以从一个移动的浮动平台来经营，并且平台设计有30年的运行寿命和承受严重风暴的能力。(2)一个平台需要合适