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———— 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(yáng)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(guó)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(shuō)，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(guò)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)榘睔猓睔饨?jīng)過(guò)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(guó)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(guó)和日本兩個(gè)國(guó)家獨(dú)立掌握海洋溫差能發(fā)電技術(shù)，為了使我國(guó)成為第三個(gè)獨(dú)立掌握該技術(shù)的國(guó)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(guó)可再生能源學(xué)會(huì)海洋能專委會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、評(píng)審專家組組長(zhǎng)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(guó)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(guó)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(guó)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(kāi)拓了國(guó)際合作，與美國(guó)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(kāi)展合作。
“可以說(shuō)我國(guó)海洋溫差發(fā)電是位于世界前列的。”劉偉民說(shuō)，雖然我國(guó)在掌握海洋溫差發(fā)電技術(shù)的時(shí)間上要落后于美國(guó)和日本，但是在技術(shù)上卻毫不遜色，有些甚至超過(guò)了美日。
與美日兩國(guó)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(guó)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(guó)研究的國(guó)海循環(huán)發(fā)電效率能達(dá)到5.1%。
不要小看我國(guó)和美國(guó)這2%的差距。劉偉民說(shuō)，以美國(guó)1979年建成的50千瓦OTEC（海洋熱能轉(zhuǎn)換）電廠來(lái)說(shuō)，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(yáng)能采集器；每年吸收的太陽(yáng)能相當(dāng)于37萬(wàn)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(lái)源于太陽(yáng)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(shuō)，“80年代的海洋能資源調(diào)查顯示，我國(guó)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(kù)，但是若不能將其中的寶貝挖出來(lái)，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(lái)說(shuō)，我國(guó)有一定的工業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)相對(duì)成熟，完全可以開(kāi)展大規(guī)模的海洋溫差發(fā)電。
此外，我國(guó)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(méi)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(shuō)，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(lái)說(shuō)，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(wàn)多平方米。按全年運(yùn)行計(jì)算，一共可節(jié)省22萬(wàn)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(lái)說(shuō)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(kāi)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(guó)際社會(huì)普遍認(rèn)為是最具開(kāi)發(fā)利用價(jià)值和潛力的海洋清潔能源。他說(shuō)，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(guó)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(wèn)題，因此，希望國(guó)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。
