海洋溫差能:涼熱之間電流生

2021-01-15 和訊科技

　　我科學家建成15千瓦溫差能發電系統

本報記者 廖洋 實習生 楊錫暢 趙燕

在尋找新能源的道路上，越來越多的科學家把目光投向了海洋。近年來，有關潮汐能、波浪能、海流及潮流能、海洋溫差能和海洋鹽度差能的研究屢見不鮮。

日前，記者從國家海洋局第一海洋研究所獲悉，由該所

劉偉

民研究員承擔的「十一五」國家

科技

支撐計劃15千瓦溫差能發電裝置研究及試驗項目日前通過驗收。

15千瓦溫差能發電系統成功運行，標誌著我國海洋溫差能發電進入了一個新階段。

海洋裡各種能源之首

經過長期觀測計算，科學家發現到達水面的太陽輻射能大約有60%透射到1米的水深處，有18%可以到達海面以下10米深處，少量的太陽輻射能甚至可以透射到水下100米的深處。在低緯度海域，海水溫度隨水深而變化，一般深海區大致可以分為三層：第一層是從海面到深度約60米左右的地方，稱為表層，該層海水一方面吸收著太陽的輻射能，一方面受到風浪的影響使海水互相混合，海水溫度變化較小，約在25～27℃；第二層水深60～300米，海水溫度隨著深度加深急劇遞減，溫度變化較大，稱為主要溫躍層；第三層深度在300米以下，海水因為受到從極地流來的冷水的影響，溫度降低到4℃左右。表層海水和深層海水之間存在著20℃以上的溫差，是巨大的能量來源。

據測算，全球熱帶海洋的水溫只要下降1℃，就能釋放出1200億千瓦的能量，實際上，海洋的溫差能居於海洋裡各種能源之首。

海水溫差發電裝置由兩部分組成：一部分是構成發電循環的設備，如蒸發器、冷凝器、汽輪發電機、循環泵和輔助設備等；另一部分是海洋結構物，如海洋結構物主體、冷水取水設備、溫水取水設備和電站定位設備等。海水溫差發電一般是用氨或氟利昂等低沸點物質作為介質、吸收表層海水的熱量而在蒸發器中蒸發成氣體，出來推動汽輪發電機。做完功後的氣體進入冷凝器，由深層海水冷凝，然後再由循環泵將介質送至蒸發器用表層海水使其蒸發，推動汽輪發電機發電。

四年建成實驗基地

歷時四年，劉偉民帶領課題組，經過夜以繼日的研究試驗，終於圓滿完成課題任務。

根據溫差能循環發電裝置的輸出功率，課題組完成了溫差能發電裝置的設計。考慮到溫差能利用的特殊性，課題組還搭建了多能互補獨立電站系統和溫差能海水淡化測試臺。

課題組還成功研製了15千瓦微型氨透平（又被稱為渦輪），根據溫差能發電裝置的技術需求，他們選擇雙機頭透平，減少了單機頭透平軸向推力對透平效率的影響。此外，課題組還對適用於海水溫差能裝置的低成本高效換熱器進行了研發。

另外，根據裝機容量設計溫差能發電系統，課題組對系統運行過程中工質的進出口溫度、壓力值進行數值模擬和優化設計。經過研究試驗，課題組完成了氨水熱物性模擬、朗肯循環系統熱力過程分析、上原循環熱力過程分析以及新熱力循環方式的研究。在上原循環研究的基礎上，從節能的途徑考慮，減少了一級循環泵，增加了一級熱回收，使新的熱力循環效率比上原循環效率得到了進一步的提高。

最後是系統運行工質的選擇和系統可靠性設計。根據海水溫差屬於低焓差的特點，課題組首先確定了工質選擇的標準，同時考慮到成本和清潔性，最終採用氨作為運行工質。在系統設計方面，考慮到系統的可靠性和安全性，課題組採取了泥沙過濾、氨液緊急排空系統、氨系統洩漏安全防護等措施。

經過不懈努力，課題組完成了任務並實現了研究目標。在課題完成的過程中共獲得授權的發明專利2項和實用新型專利3項。課題組共發表論文13篇，EI收錄6篇，其中英文論文5篇。科研組培養碩士5人，並建成了容量為15千瓦的海洋溫差能實驗基地。

有助於屯海戍疆

據介紹，該15千瓦海洋溫差能發電系統的成功運行對於我國海洋溫差能的開發有著重要的現實意義，有助於解決我國沿海島嶼用電問題。

我國溫差能資源蘊藏量大，這些資源主要分布在南海海域，尤其是南海中部的西沙群島海域，該海區具有日照強烈，溫差大且穩定，全年可開發利用，冷水層與岸間距離小，近岸海底地形陡峻等優點，開發利用條件良好。由於海洋上下層溫差較穩定，沒有周期性波動，因此發電負荷穩定，同時溫差發電系統可以放置在岸上，而不是建設在海洋中，因此抗颱風能力較強，維修方便。

利用深層冷海水冷凝熱海水的蒸汽產生冷凝水，系統運行過程中，不耗費其他能源，就能附帶產出大量的冷凝水。冷凝的淡水可以用於生活及種植。溫差能在能源供給的同時，還可以提供相應的居住和生產環境條件，特別適用於屯海戍疆的綜合開發應用。

海洋溫差能發電系統可以從海底抽吸大量的冷水，可以為海水養殖和大棚蔬菜種植提供營養物質和冷源。冷海水還可以作為冷源為日常工作、旅遊和居住提供舒適的環境溫度，另外，還可利用冷海水種植反季節蔬菜。深層冷海水富含生物質，因可與常溫海水混合開展海水養殖，具有經濟價值。因此，海洋溫差能有著極高的發展利用前景。

劉偉民表示，研究取得了一系列成果，但尚有不足之處。因此，還需進一步提高發電規模和效率，並完善產學研聯合機制，加速實現該系統的產業化進程。

《中國科學報》 (2012-12-18 第4版 綜合)

（責任編輯： HN666）

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