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Highlighting JAPAN

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科学技术

利用海水温差发电

来自海洋温差的能源





在海洋里,表层海水和深层海水之间有着很明显的水温差。靠近赤道附近的表层海水温度会达到峰值,表层和深层的海水温度最高可以相差25℃。

这种利用海水温度差发电(OTEC:Ocean Thermal Energy Conversion)是世界各国正在研究发展的方向,与太阳能、风能等一样,海水温差发电也是可再生能源的一种。在日本,以佐贺大学为研发中心的团队正在冲绳县的久米岛,进行着世界上首次海水温差发电的试验项目。

海水温差发电(OTEC)的工作原理是一个循环过程,通过表层温度较高的海水将热交换器里的工作流体气化,推动发电机发电,再利用深层海水的冷度将蒸汽冷凝回液态。和火力发电和核能发电类似,OTEC也是利用蒸汽推动发电机发电。但OTEC使用的并不是沸点在100℃的水作为工作流体,而是沸点较低,在低温状态下也能蒸发的物质,比如沸点在-33℃左右的氨等。

OTEC主要的优点除了不受气象条件的影响能够全天候24小时提供稳定的发电量之外,还可以由表层和深层海水不同的温差在发电过程中提高发电量。在日本满足这些条件的最佳地区就有冲绳县附近、鹿儿岛的奄美群岛、南伊豆群岛、小笠原群岛等。

正在进行实证研究的久米岛周边海域,表层海水温度在夏天能接近30℃,冬天的温度也在20℃以上。1000米以下的深层海水温度降低到4℃左右,这样的温差可以保证全年稳定的发电量。现在的发电能力在50千瓦,但发电设备建设的计划已经上马,再过几年技术更加成熟后发电量会达到1-2兆瓦。

佐贺大学海洋能源研究中心的池上康之教授介绍说:“世界排名62位的日本国土面积很狭小,但包括专属经济区在内的广阔的海洋面积却排名世界第6位。而且日本在海水温差发电中很多不可欠缺的基础技术方面都处于世界前沿,比如可以抽取海水的造船技术、把液体气话的热交换器等。”

在遭受石油危机以后,欧美很多国家都开始积极地研发OTEC技术,而在上世纪90年代原油价格暴跌之后,这些国家的研发就处于停止状态。但自从2008年原油价格开始飙涨,OTEC又从新获得世界的关注。美国正在建设其10兆瓦级的发电项目,欧洲、韩国以及中国也都在专注各自的OTEC发展。现在世界正处于第二次OTEC蓬勃发展期,而日本是仅有的一个自第一次发展期开始,教育以及研究没有中途中止的国家。由于这样持续的发展,日本在海水温差发电领域已经拥有了比其他国家都多的专利技术。

从深层抽取上来的海水不仅仅可以作为发电使用,也可以作为海洋矿泉水以及为建筑物降温而利用,从深层海水中还可以回收到贵重金属锂。而且海洋还具有其他巨大的潜能,比如从表层的海水里得到饮用水以及氢气。利用海水的这些多用途,久米岛正在发展年间20亿日元规模的新兴产业。

OTEC也同样存在问题,那就是昂贵的初始建设费用。一个1000千瓦的发电设施需要约50-100亿日元、100兆瓦的发电设施则需要1000亿日元的建设费用。但报道称,OTEC的利用率却很高,拥有只需几年就超过其他可再生能源的效益。

2014年7月,包括佐贺大学、久米岛、冲绳县、琉球大学、东京大学在内的52个企业和组织一起成立了名为“国际海洋资源和能源”的协会,这是朝着实用化前进的一大步。作为一个四面环海的岛国,日本正寻求在海洋温差发电可再生能源中成为全球的动力和领导者。



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