海水温差发电机

　　科学家早就知道,占地球面积 70%以上的海洋是全世界最大的能源收集器。他们计算,面积6000 万平方公里的热带海洋,平均每天所吸收和反射的太阳辐射量，相当于2500亿桶石油中蕴藏的热能。如果能把这一些热量转化成电力，哪怕只把热带水域表面所储的热量的千分之一转化成电力，也有140亿千瓦。
　　但是,要把温度一般不超过30摄氏度的海水中的热能变成电能,并不是一件轻而易举的事,必须采用特别的技术。
　　后来,海洋学家在研究海洋的水层时发现,海洋表面和深处的海水温度有很大差别。在地球南纬30度和北纬35度之间的许多海域,表层的水温有时可达到25~28摄氏度,而在水深达到300~500米时,水温通常在2~5摄氏度之间,而且终年不变。
　　早在1881 年9月,法国巴黎的生物物理学家德阿拉瓦尔就对利用海洋中的热能很有兴趣,一直在探索怎样利用这种热能的方法。他得知海洋中的海水温度有如此大的差别后，最早提出了利用温差发电的设想。他认为，只要把一个蒸汽锅炉放到30摄氏度的温水中,再用15摄氏度的水把一个与之相连的冷凝器灌满,和用含稀硫酸的水灌满锅炉,锅炉内就会产生 343厘米汞柱的蒸汽压,而冷凝器内的压力这时只有 206厘米汞柱。也就是说,有 135 厘米汞柱的压力差。阿拉瓦尔认为，这一压力差足可以驱动涡轮发电机发电。
　　1926年11月15日,法国科学院为证实阿拉瓦尔的设想的可行性,建立了一个实验性温差发电站,结果取得成功,并且用一台发电机持续发出了3千瓦功率的电力。1930年,阿拉瓦尔的学生克洛德在古巴北部附近的马坦萨斯海湾(因为那里的海水温度高)建造了一座海水温差发电站,共生产了 22 千瓦的电力。可惜这座发电站不久就被风暴摧毁了。
　　这个温差发电站所用的发电机是克洛德发明的开放式循环系统温差发电机。其原理是:把海洋中表层的温水送入一个真空室,温海水在真空室内就会沸腾产生水蒸气,这个道理很简单,水的沸腾温度和水周围的气压有关,压力越低,沸腾温度就越低,当气压接近真空时,即使在零摄氏度以上也可以沸腾产生蒸汽。因此,30摄氏度的温海水在真空下产生的蒸汽压力足可以用来推动涡轮发电机发电。不过在用海水的温差发电时,只有0.5%左右的温海水变成蒸汽,因此发电厂必须抽取大量海水才能产生足够的蒸汽来推动涡轮机。使用后的蒸汽进入一个冷凝器,用从300~500米深海处的冷海水(水温2~5摄氏度)进行冷却,使蒸汽冷却成蒸馏水,这是相当有用的副产品。而大部分未蒸发的温海水则从真空室的出水口端排出。
　　这种开放式循环系统温差发电机的优点是结构简单能在发电的同时生产蒸馏水这种有用的副产品。但它也有美中不足之处，因为利用真空室所产生的蒸汽密度低，因此必须使用相当大的涡轮机,这种涡轮机的效率低。另外,蒸发后排出的海水从开放式循环系统排出之后,因已被浓缩,化学组成有变化,可能影响附近海域的某些生物的生存。
　　因此从70年代后,美国科学家在维尔京群岛开始采用一种新发明的密闭式循环系统温差发电机,它的原理是用温海水从低沸点的氟里昂或氨气变成蒸汽(而不是让温海水自己变成蒸汽)，然后再从300~500米深处抽出冷海水使氟里昂蒸汽冷凝成液体,再用泵把液态的氟里昂送到蒸发器,如此循环不已,即由氟里昂蒸汽来驱动涡轮发电机。由于氟里昂是在一个密闭的管道中循环,所以叫密闭式循环系统温差发电机,目前这种发电机的发展较多。
　　当前,世界上只有法国、美国、日本和中国少数国家从事温差发电技术的研究。但这种发电方法现在的成本仍然太高,要实现商业应用还有许多工作要做。我国第一台开放式循环系统温差发电机的实验机于1986年12 月在广州通过技术鉴定。它能在实验室内模拟海洋海水表层的温差进行发电。即把 30 摄氏度以下的温水中的热能转化成电能。
　　日本自1974年起,通产省把海洋温差发电列入＂阳光计划＂。几年以后,日本东京电力协会就于1990年在挪威进行了1兆瓦级和日本本土进行了 50千瓦级的海水温差发电试验。日本采用的是密闭式循环系统温差发电机,即用温海水将氟里昂或氨加热蒸发,用来驱动涡轮机发电。再用深层的低温海水将氟里昂冷却成液体继续循环。
　　1979年,美国在夏威夷海面的一艘驳船上安了一台50千瓦的密闭式温差发电机进行了试验。他们从驳船上用5根水管从600米左右的深水中吸取低温水和表层的25~28 摄氏度的温海水形成温差来驱动发电机发电。
　　日本在挪威和本土进行试验之后,从1991年起计划在鹿儿岛县冲水良部岛和泊町正式建设一个1兆瓦级的海水温差发电站,所采用的发电机也是密闭式循环系统海水温差发电机。