“驚濤拍岸卷起千堆雪”大海暴躁起來像一匹野馬，肆無忌憚的向人類炫耀著自己的力量，正因如此，人類一直夢(mèng)想著將大海的能量為我所用。現(xiàn)在這匹“野馬”已經(jīng)被人類“馴服”，它的波浪、海流和潮汐都化成了汩汩電流。然而這只是海洋力量的一部分，近日，由國家海洋局第一海洋研究所研究員劉偉民承擔(dān)的“十一五”國家科技支撐計(jì)劃15千瓦溫差能發(fā)電裝置研究及試驗(yàn)項(xiàng)目通過驗(yàn)收，標(biāo)志著我國科學(xué)家對(duì)海洋能量的利用更進(jìn)了一步。

————溫差發(fā)電————

海水冷熱之間蘊(yùn)含電能

所謂海洋溫差發(fā)電是利用海洋中受太陽能加熱的溫度較高的表層海水與較冷的深層海水之間的溫差進(jìn)行發(fā)電。劉偉民指出，在低緯度的海域，比如我國的南海和東海的一部分海域，海洋表層海水的溫度可以高達(dá)25攝氏度以上，而海面以下500米的海水溫度卻只有4攝氏度—5攝氏度，二者存在20攝氏度以上的溫差。

“海洋溫差發(fā)電的原理是利用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。”劉偉民說，但是水的沸點(diǎn)相對(duì)較高，表層海水的溫度不足以使水沸騰氣化，因此科學(xué)家選擇利用液氨進(jìn)行海洋溫差發(fā)電。與水相比，液氨的沸點(diǎn)較低，很容易沸騰氣化。

海洋溫差發(fā)電的過程其實(shí)并不復(fù)雜。據(jù)劉偉民介紹，海洋溫差發(fā)電就是利用溫水泵把表層溫度較高的海水抽上送往蒸發(fā)器，液氨吸收了表層溫海水的能量，沸騰并變?yōu)榘睔?，氨氣?jīng)過汽輪機(jī)（氨透平）的葉片通道，膨脹做功，推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。隨后，氨氣進(jìn)入冷凝器，深層的冷海水重新將其冷凝為液態(tài)氨，再由氨泵將其送入蒸發(fā)器，而經(jīng)歷熱交換后溫度較高的海水會(huì)再次被抽回海洋，如此，在閉合回路中反復(fù)進(jìn)行蒸發(fā)、膨脹、冷凝。

————獨(dú)具優(yōu)勢(shì)————

我國溫差發(fā)電效率較高

雖然海洋溫差發(fā)電在劉偉民口中顯得異常簡(jiǎn)單，但是就在他和他的團(tuán)隊(duì)研制出15千瓦溫差能發(fā)電裝置之前，世界上只有美國和日本兩個(gè)國家獨(dú)立掌握海洋溫差能發(fā)電技術(shù)，為了使我國成為第三個(gè)獨(dú)立掌握該技術(shù)的國家，劉偉民和他的團(tuán)隊(duì)付出了4年的艱辛。

在驗(yàn)收會(huì)議上，中國可再生能源學(xué)會(huì)海洋能專委會(huì)秘書長、評(píng)審專家組組長王傳崑對(duì)劉偉民的研究成果給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為它是“中國海洋溫差發(fā)電的里程碑”。專家們也對(duì)該項(xiàng)目的6點(diǎn)創(chuàng)新之處大加稱贊，認(rèn)為它一是建立了我國第一個(gè)實(shí)用溫差能發(fā)電裝置。作為千瓦級(jí)試驗(yàn)用溫差發(fā)電裝置，該項(xiàng)目填補(bǔ)了我國在此領(lǐng)域內(nèi)的空白。二是根據(jù)實(shí)際情況的需要，研制出了海水溫差下的海水淡化裝置。三是研制了運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、效率高的新型氨透平。四是研制成功了多能互補(bǔ)溫差能電站。五是從理論上建立了新的高效熱力循環(huán)方式。六是開拓了國際合作，與美國洛克希德·馬丁公司、日本佐賀大學(xué)成功建立了聯(lián)系，并計(jì)劃開展合作。

“可以說我國海洋溫差發(fā)電是位于世界前列的。”劉偉民說，雖然我國在掌握海洋溫差發(fā)電技術(shù)的時(shí)間上要落后于美國和日本，但是在技術(shù)上卻毫不遜色，有些甚至超過了美日。

與美日兩國相比，劉偉民團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的熱力循環(huán)方式發(fā)電效率更高。例如美國朗肯循環(huán)的發(fā)電效率為3%，日本上原循環(huán)的發(fā)電效率是4.9%，我國研究的國海循環(huán)發(fā)電效率能達(dá)到5.1%。

不要小看我國和美國這2%的差距。劉偉民說，以美國1979年建成的50千瓦OTEC（海洋熱能轉(zhuǎn)換）電廠來說，其循環(huán)的發(fā)電效率為3%，并且有2/3的能量要用于自身用電,因此最大凈輸出功率僅為1%。然而當(dāng)循環(huán)的發(fā)電效率達(dá)到5%時(shí)，在系統(tǒng)自身用電量不變的情況下，即2%用于自身用電，最大凈輸出功率就可以提高到3%。這意味著，“在相同投資的情況下，他們要建兩個(gè)甚至3個(gè)電站才和我們一個(gè)電站的發(fā)電量相同，因此可以大幅度節(jié)省投資。”

————一專多能————

海洋溫差能發(fā)電前景廣闊

海洋溫差雖小，但是海洋水體巨大，因而蘊(yùn)含的能量十分可觀。海洋是世界上最大的太陽能采集器；每年吸收的太陽能相當(dāng)于37萬億千瓦時(shí)，約為人類目前用電量的4000倍。每平方千米大洋表面水層含有的能量相當(dāng)于3800桶石油燃燒發(fā)出的熱量。而且其能量來源于太陽能，取之不盡，用之不竭。“海水溫差能儲(chǔ)量巨大，有替代常規(guī)化石能源的基礎(chǔ)。”劉偉民說，“80年代的海洋能資源調(diào)查顯示，我國的海洋溫差能可占到所有海洋總能量的90%以上。”

雖然海洋溫差能是個(gè)寶庫，但是若不能將其中的寶貝挖出來，我們也只有望洋興嘆。作為海洋溫差發(fā)電裝置的研究者，劉偉民認(rèn)為，海洋溫差能的循環(huán)機(jī)理和系統(tǒng)設(shè)備與常規(guī)發(fā)電設(shè)備相比，不存在很大差別，相對(duì)于其他海洋能來說，我國有一定的工業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)相對(duì)成熟，完全可以開展大規(guī)模的海洋溫差發(fā)電。

此外，我國南海一些有居民島嶼面臨著缺淡水、缺電、缺菜的困難，也能被海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)一一化解。劉偉民指出，由于海洋上下層溫差較穩(wěn)定，沒有周期性波動(dòng)，因此發(fā)電負(fù)荷穩(wěn)定，“不僅可用于建設(shè)南海島嶼的獨(dú)立發(fā)電，還可應(yīng)用于海上石油平臺(tái)和地?zé)岚l(fā)電。”

除了能提供電能外，該系統(tǒng)還有很多附帶的好處。劉偉民舉例說，海洋溫差能是一種綠色的可再生能源。利用發(fā)完電后的表層海水蒸發(fā)，再用海洋溫差能系統(tǒng)運(yùn)行排掉的七八攝氏度的冷海水冷凝，就可以制取淡水。而海洋溫差能系統(tǒng)運(yùn)行排掉的冷海水還可以用于海島駐軍和居民空調(diào)系統(tǒng)的冷源以及反季節(jié)蔬菜的種植、水產(chǎn)品養(yǎng)殖等。拿空調(diào)制冷來說，如果將15千瓦溫差能系統(tǒng)自運(yùn)行排掉的冷海水提供給南海島嶼建筑的空調(diào)制冷設(shè)備，空調(diào)使用建筑面積可達(dá)1萬多平方米。按全年運(yùn)行計(jì)算，一共可節(jié)省22萬千瓦時(shí)電力。

————專家呼吁————

加大對(duì)溫差能發(fā)電扶持力度

雖然海洋溫差能發(fā)電研究取得了一系列成果，但仍面臨一些困難和挑戰(zhàn)。劉偉民表示，岸置式海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)由于其主要設(shè)備都安置在海岸上，因此冷海水管要鋪設(shè)到海洋深處，對(duì)于海洋施工來說具有一定難度。此外，由于海水溫差較低，要提取足夠的能量，就要保證較大的流量，因此需要的管道直徑大。100兆瓦溫差能發(fā)電系統(tǒng)需要的管道直徑為10米，10兆瓦的發(fā)電系統(tǒng)需要的管道直徑為4米，管道的建造存在困難。

“海洋溫差能發(fā)電任重道遠(yuǎn)。”劉偉民表示，目前，潮汐能、波浪能、海流能和海洋溫差能發(fā)電是海洋能開發(fā)利用的主要形式，其中溫差能儲(chǔ)量最大，所以海洋溫差能被國際社會(huì)普遍認(rèn)為是最具開發(fā)利用價(jià)值和潛力的海洋清潔能源。他說，目前有很多企業(yè)對(duì)海洋溫差能發(fā)電很感興趣，例如，華彬國際集團(tuán)已經(jīng)進(jìn)入到了溫差能項(xiàng)目實(shí)施的前期階段，但是海洋溫差能在具體實(shí)施中還有許多技術(shù)問題，因此，希望國家能在海洋溫差能的研究利用方面加大扶持力度，推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展。

————相關(guān)鏈接————

波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。波浪能發(fā)電是通過波浪能裝置將波浪能首先轉(zhuǎn)換為機(jī)械能(液壓能)，然后再轉(zhuǎn)換成電能。

潮汐能

月球引力的變化會(huì)引起地球海洋的潮汐現(xiàn)象，潮汐導(dǎo)致海水平面周期性地升降。在漲潮的過程中，洶涌而來的海水具有很大的動(dòng)能，而隨著海水水位的升高，就把海水的巨大動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；在落潮的過程中，海水奔騰而去，水位逐漸降低，勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。因海水漲落及潮水流動(dòng)所產(chǎn)生的能量稱為潮汐能。其利用原理與水力發(fā)電相似。

海流能

海流能是指海水流動(dòng)的動(dòng)能，主要指海底水道和海峽中的海水較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)所產(chǎn)生的能量。海流能的發(fā)電原理和風(fēng)力發(fā)電相似，幾乎任何一個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置都可以改造成為海流能發(fā)電裝置。