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最「酷」的能源
一項巧妙利用海水上下層溫差的技術將為全世界提供取之不竭的清潔電力
★ 文/呂靜
主營火箭科技的洛克希德馬丁公司最近竟然關注起管道工程了。在過去的一年中，這一航空巨子一直讓它的工程師們專心設計非常長的玻璃纖維管道——這是因為他們瞄準了海洋熱能變換(OTEC)這一技術，而普通的管子不能成為其組成材料。
OTEC又被稱為海洋溫差能，是一種清潔的可再生能源，它有潛力將日下依賴石油的經濟解放出來。 早在1970年，負責主管美國聯邦海洋熱能源項目的羅伯特·科恩就曾經說過：「這種能源將有可能成為世界上可再生能源的最大來源。」
老調重彈
由於化石燃料價格的高漲，從夏威夷到日本，很多私人公司都在競相建設商業化的OTEC工廠。這項技術的特點就是開發利用表層海水和深層海水之間的溫差。
首先，用溫暖的表層水加熱一種低沸點的液體，如氨或氨水。當液體沸騰時，會產生氣體，這些氣體所產生的壓力足以推動一個渦輪機發電。之後氣體被冷卻，重新變成液體再次使用。冷卻過程是通過由玻璃纖維製成的管子吸上海洋深處的冷水來完成的，這些玻璃纖維的管子可能長達1000米，直徑為27米，能以每秒1000噸的速度吸取冷水。完成冷卻任務後，這些水將重新被放回深海。科恩解釋說：「這就像常規的發電廠燒煤產生蒸汽一樣。」
最早提出利用海洋溫差發電理論的人是法國物理學家戴松法耳，不過，這一想法在20世紀70年代石油危機前一直沒有得到太多關注。1979年，由美國政府支持的包括洛克希德馬丁公司在內的合股項目，在夏威夷鋪設了一條冷水管，它服務於一個發電50千瓦的OTEC系統。兩年之後，一個日本研究小組也在南太平洋島國諾魯建設了一個發電能力為120千瓦的試驗工廠。
還沉浸在初戰告捷的興奮之中，美國能源部就開始計劃在夏威夷建一個4萬千瓦的試驗工廠。可是，1981年，海洋熱能技術的投資開始縮減，到1995年石油價格開始下跌，最終跌到20美元一桶的時候，這部分投資就完全取消了。
如今，燃料價格的上漲使得人們恢復了對這一被忽視技術的興趣。今年9月，為獎勵洛克希德馬丁公司1979年首次成功建設OTEC系統，美國能源部給予該公司60萬美元的投資用來研製新一代冷水管。
科恩認為，依靠漂浮在海中的平臺，通過海底電纜向陸地電網輸電，最終能建成50萬千瓦的OTEC發電廠，這種飄搖的船上電廠仿佛就是在開闊的海洋中為發電而「放牧」一般。
比潮汐能更有希望
洛克希德的第一個目標是安裝上所有的設備並試運營。該公司已經開始與夏威夷萬瑪納魯的麥凱海洋工程公司合作建設一個發電1萬～2萬千瓦的電廠，這個新工廠將用1000米長的管子，有些管子的直徑將達到4米，所發的電將通過海底電纜直接供給島上的電力網，預計將在4～6年內建成並開始運營。
就在洛克希德加緊測試其設備的時候，美國軍方的一家電廠甚至更快上線，設於火奴魯魯的海洋工程與能源系統(OCEES)國際公司正在完成一項海洋熱能設備的設計，這一設備將被安裝在印度洋迪戈加西亞島上的一個較大的美軍軍事基地。
這一電廠將提供8000千瓦的電力，還能為每天淡化500萬升的海水供電。OCEES表示，這一工程將於2011年底前安裝和運營。
眼下，迪戈加西亞島全部用柴油發電，基地的長官看到海洋熱能可以作為一種獨立能源方式。OCEES的傑克森說：「這在印度洋中央是個戰略軍事裝置，他們不想依靠其他的供能方式。」
比爾·泰勒是美國海軍海岸能源辦公室的主任，他認為OTEC比波浪浮筒或潮汐能更有潛力快速開發出能源。他說：「產生8000到10000千瓦的電力， 需要用很多浮筒。我們對潮汐發電和海洋溫差發電都很期待，但我們更寄希望於OTEC。」
另外，兩個研究小組都在著手解決如何將漂浮擺動的平臺和固定的海底電纜連接起來的問題。熱交換器還需設計得能夠防止海藻、藤壺或其他海洋生物入侵和阻塞系統。
如果試驗工廠獲得成功，那麼更大的商業規模發電廠就能改變夏威夷的能源構成，目前，夏威夷77%的電是燃油發電。洛克希德的合作者，麥凱海洋工程公司的貝靈格說，如果OTEC能達到10萬千瓦的發電能力，那麼，不僅對夏威夷，對世界上的其他地方，都將成為一個巨大的能源支持。
尚未成熟的技術
然而，要達到10萬千瓦的發電水平，就需要直徑30米、長度達1000米的管子。這可不是輕而易舉的小挑戰，貝靈格解釋：這些龐大的結構都要垂直漂浮於海洋之中，來自海流和漂浮平臺的晃動都會對平臺表面造成很大的壓力和張力——人們如何錨定和安裝這種平臺呢？
小規模的設計已經遇到了問題。2003年，印度工程師在建設一個1000千瓦的海洋熱能發電廠時，試圖從孟加拉灣的一艘駁船上將一根800米長的冷水管放到海中。結果，管子最後掉在了海底。印度國家海洋技術研究所主任凱斯羅利認為，以目前的知識，人類還沒有能力建造5000～10000千瓦的海洋溫差發電廠。
不過，假如這項技術對綠色能源市場產生了顯著影響的話，它就可能擴大規模。克羅克從1980年起，就一直為夏威夷大學、美國能源部或其他部門從事OTEC的設計。他說：「試點測試已經成功，這不是設計的問題，而是經濟合算的問題。」
克羅克於1988年籌建了OCEES公司，最近，他離開了OCEES，開始組建能源收穫系統公司，該公司有一個雄心勃勃的計劃——在印度尼西亞的海岸建成一個發電10萬千瓦的OTEC電廠。所發的電力將用來制氫，氫是綠色燃料，用在汽車上是零碳排放的。克羅克表示，他已經為這一將耗資8億美元的工廠投資，一旦敲定建設合同，該工廠將於2年內建成並運營。
對於已經苦等了幾十年，希望海洋熱能變為現實的科恩來說，如此龐大的工廠似乎野心太大，特別是又加上了氫氣生產，因為到目前為止，氫的配送結構在很大程度上還沒有開發出來。
科恩警告說：「過快地擴大規模可能是有風險的。我也願意看到海洋熱能快速發展，但我們還是謹慎為妙。」
冷水變空調
正當全世界各國政府和私人公司忙於為海洋熱能投資的時候，該技術的一項分支已經開始安裝並運營了。這一技術不是為了發電而駕馭冰冷的深海水，加拿大的多倫多市利用來自安大略湖底的水來為城中建築降溫。夏威夷萬瑪納魯的麥凱海洋工程公司最近幫助建設了這一城市冷水空調系統，當該系統全部接通市中心的建築物時，將節省6萬千瓦的電力。這個系統通過三條5公裡長的管道將水深80米的4℃湖水泵入城市中的建築物內，這些冷水可當作空調使用。
麥凱在夏威夷的火奴魯魯也用了類似的冷水空調系統。麥凱公司的貝靈格說：「海洋熱能是大獎，但冷水空調也能在削減能源需求上起很大作用，而且現在就能做到。」★