全球唯一處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的海洋溫差發(fā)電設(shè)備

　　100米左右的海洋表層能夠存儲(chǔ)太陽熱能。另一方面，在極地冷卻的海水會(huì)隨著海洋環(huán)流向低緯度地區(qū)移動(dòng)，沉入600米～1000米的海洋深處。海洋溫差發(fā)電(OTEC：OceanThermalEnergyConversion)就是利用海洋表面25℃～30℃的高溫與深層5℃～6℃的低溫之間的溫差，以沸點(diǎn)較低的氨等為介質(zhì)，旋轉(zhuǎn)蒸汽渦輪進(jìn)行發(fā)電。

　　這也是所謂的雙循環(huán)發(fā)電，但與利用地?zé)�、生物質(zhì)及工廠廢熱等相比，溫差較小。并且與普通的雙循環(huán)發(fā)電不同的是，存在汲取深層水的工序。因此需要使用泵，而作為泵的動(dòng)力，又需要使用部分所發(fā)電力。還需要開發(fā)高效率換熱裝置等�？沙Ｄ攴�(wěn)定發(fā)電，其發(fā)電潛力高達(dá)1萬億千瓦，據(jù)稱可進(jìn)行建設(shè)海洋溫差發(fā)電的國家多達(dá)100個(gè)左右。

　　資料5.30千瓦的海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)(出處：佐賀大學(xué))

　　石油危機(jī)之后，全球開始進(jìn)行海洋溫差發(fā)電研究，但由于石油價(jià)格穩(wěn)定下來，同時(shí)系統(tǒng)技術(shù)課題等日漸凸顯，因此相關(guān)研究逐漸減少。日本也在1974年開始實(shí)施的陽光計(jì)劃中列入了海洋溫差發(fā)電，1979年在島根海域?qū)嵤┝耸醉?xiàng)海上實(shí)驗(yàn)，但之后就中止了研究。

　　在這種情況下，佐賀大學(xué)一直在堅(jiān)持進(jìn)行研究。2003年3月，建成了全球首座綜合海洋能源研究中心。主要由海洋溫差發(fā)電設(shè)備(上原循環(huán)系統(tǒng)，30千瓦)、海水淡化設(shè)備(每天10噸)、氫制造及儲(chǔ)藏設(shè)備、鋰回收基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置以及海洋深層水環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成。建設(shè)過程中，換熱器開發(fā)及制造企業(yè)Xenesys公司也提供了協(xié)助(資料5)。

　　額定輸出功率為30千瓦的海洋溫差發(fā)電裝置設(shè)置于伊萬里灣，是全球目前唯一處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的海洋溫差發(fā)電設(shè)備(資料5)。日本在幾十千瓦級(jí)的實(shí)證研究領(lǐng)域擁有頂級(jí)業(yè)績，就是得益于該大學(xué)的研究成果。

　　佐賀大學(xué)在1994年開發(fā)出了熱效率達(dá)到頂級(jí)水平的上原循環(huán)系統(tǒng)(UeharaCycle)。該系統(tǒng)將氨及水的混合液用作工作流體，分2個(gè)階段進(jìn)行發(fā)電，并且蒸發(fā)器和冷凝器使用了獨(dú)特的板式換熱器，據(jù)推算，可比以往的高效率循環(huán)提高10%左右。已經(jīng)在12個(gè)國家獲得了專*�；旌弦嚎商岣邿嵝�率，但另一方面，有可能導(dǎo)致?lián)Q熱器傳熱性能下降，這些是需要解決的課題。

　　海洋溫差發(fā)電的核心技術(shù)是換熱器、高效率發(fā)電循環(huán)、系統(tǒng)控制及成套設(shè)備系統(tǒng)。Xenesys公司目前正在開發(fā)利用鈦的板式換熱器，作為溫差發(fā)電專用產(chǎn)品獲得了較高評(píng)價(jià)。

　　2011年，上原循環(huán)系統(tǒng)被選為日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)實(shí)證項(xiàng)目。佐賀大學(xué)目前正在神戶制鋼所的協(xié)助下，開發(fā)作為高性能換熱機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的促進(jìn)導(dǎo)熱加工鈦薄板。為了削減成本，需要減少高價(jià)導(dǎo)熱材料的使用量，而另一方面，還要充分利用深層海水的溫度，因此需要向這個(gè)二律背反問題發(fā)起挑戰(zhàn)。如果成功解決這個(gè)問題，就能削減10%的成本。

　　沖繩縣目前也在致力于海洋溫差發(fā)電實(shí)證業(yè)務(wù)。久米島上設(shè)有沖繩縣海洋深層水研究所，IHI公司、Xenesys公司及橫河電機(jī)公司在佐賀大學(xué)的協(xié)助下，在此建設(shè)了50千瓦的設(shè)備。預(yù)定在2013年3月啟動(dòng)實(shí)證設(shè)備。以商業(yè)化為目標(biāo)在實(shí)際海域?qū)嵤┫嚓P(guān)實(shí)證試驗(yàn)，這在全球尚屬首次。久米島的研究所是為了研究深層水的富營養(yǎng)性等特性而設(shè)立的。目前還在進(jìn)行同時(shí)利用海洋的能源價(jià)值和材料價(jià)值以提高經(jīng)濟(jì)效益的研究。

　　力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)海洋溫差發(fā)電的實(shí)用化

　　其他國家的企業(yè)也開始重新進(jìn)行此類開發(fā)。洛克希德?馬丁公司(LockheedMartin)力爭(zhēng)在夏威夷海域建設(shè)1萬千瓦級(jí)的設(shè)備，法國DCNS公司預(yù)定在印度洋法屬島嶼上建設(shè)1萬千瓦的相關(guān)設(shè)備。韓國等也在積極推進(jìn)相關(guān)研發(fā)。

　　在海洋溫差發(fā)電方面，規(guī)模經(jīng)濟(jì)可充分發(fā)揮作用。設(shè)置取水管所需費(fèi)用占成本的一半，需要降低這一比例。如果規(guī)模在幾百千瓦以下，僅靠發(fā)電無法確保經(jīng)濟(jì)效益，必須進(jìn)行海水淡化、漁場(chǎng)建設(shè)、氫制造及鋰回收等復(fù)合利用。關(guān)于發(fā)電成本，據(jù)推算，如果以設(shè)備利用率達(dá)90%為前提，規(guī)模為1兆瓦時(shí)，每千瓦時(shí)的成本為 50日元，10兆瓦時(shí)成本為20日元，100兆瓦時(shí)成本為10日元。規(guī)模為1兆瓦的設(shè)備可用于發(fā)電成本較高的島嶼。10兆瓦以上的設(shè)備可用于能夠確保需求量的主島。佐賀大學(xué)預(yù)定在沖繩實(shí)證試驗(yàn)之后，盡早開發(fā)兆瓦級(jí)設(shè)備。

　　即便在需要長期開發(fā)的海洋能源中，潮汐能、海流、海洋溫差也屬于開發(fā)期比較長的能源。海流及溫差發(fā)電與浮體式海上風(fēng)力發(fā)電同樣，今后將正式步入開發(fā)階段，日本國內(nèi)也存在許多適合采用的場(chǎng)所，其意義也備受關(guān)注。

　　到此筆者就海洋能源進(jìn)行了一系列介紹。該領(lǐng)域也可以說是可再生能源最后的新領(lǐng)域。作為海洋國家，日本的潛力將經(jīng)受考驗(yàn)。