能源的新希望——温差发电

海潮、海浪和海流，气势磅礴，奔流浩荡，人们直接感受到它们的威力。海洋中的热能——海水温度差能，它的热情和力量却默默地包含在全世界145 亿亿吨的海水中，虽然一时不能被人们所发现和理解，可是它内在的魅力终究深深地吸引了人们。一百年来，多少人为海洋热能的研究倾注了毕生的精力。特别是近三十多年来，更多的学者和工程师加入了对海水温差能开发利用的行列，决心要让蕴藏量名列海洋能前茅的海水温差能也来为人类造福。

海洋象个热水瓶，可以把热量贮存起来，可海洋毕竟不是热水瓶，因为海水温度是随着水深而变化的。这种变化可分为三层：第一层是从海面到深度 60 米左右，称做表层。这一层海水表面吸收太阳的辐射能，且受到风浪的影响使海水互相混合。因此，这一层海水温度变化比较小，水温约在 26．7

℃左右；第二层大约从水深 60～300 米左右，由于海水温度随着深度增加而急剧递减，海水温度变化较大，称做主要变温层；第三层深度在 300 米以下，称为深层海水，这一层海水因为受到极地流来的冷水影响，温度降低到 4℃ 左右。再往下到 1500 米深处时，水温几乎就没有变化了，常年维持在—1～2

℃之间。

赤道附近的海水受到太阳的直射而变热，除了蒸发而散发到大气中的能量外，还将近 13％的太阳能以热的形式被海洋吸收而贮藏起来。这样，在赤道海域中海洋热能的收支平衡就遭到了破坏，出现了吸收多于放出的现象。而在极地海域情况正好相反，是放出多于吸收，这就在整个地球上形成了新的热量平衡。这种新的热量平衡，是通过赤道海域不断向极地海域输送能量而建立起来的；而在极地海域，受冷的海水密度增大下沉到深处，再流向赤道海域。这种循环形成了海水垂直面上的水温变化，也为人类从海洋中取得能创造了条件。科学家告诉我们，不要小看表层海水和深层海水相差 20℃的温差，它正是人类寄以莫大希望的巨大能量之源。

法国是海水温差能利用的故乡，早在 1861 年，著名的法国科学幻想小学

作家儒勒·凡尔纳，就幻想利用海水中储藏的太阳能了。1881 年法国科学家德尔松瓦第一个提出了温差发电的方案，他认为稀硫酸的水溶液在锅炉内加热到 30℃所产生的蒸气压，与在冷凝器内冷却到 15℃所产生的蒸气压，两者在温差为 15℃的条件下，它们的蒸气压力差约为两个大气压，这个蒸气压力差就可以用来作功。在自然界中，要寻找温差为 15℃的热源和冷源是十分容易的，如温泉的水和河里的水就可能相差 15℃，海洋表层的水和深层的水也可能有 15℃以上的温差。他的设想提出以后，美国、意大利和德国的科学家为实现这个设想进行了不懈的努力，但都没有获得成功。整整过去了 45 年，

直到 1926 年，才有人第一次用实验证明了德尔松瓦设想的正确性。证明这个设想正确性的人，是他的学生——法国物理学家克劳德和工程师布射罗。

1926 年 11 月 15 日，克劳德和布射罗当众进行了温差发电的实验。他们取来两只烧瓶，在其中一只烧瓶中装入 28℃的温水，代表表层温热的海水作为热源；另一只烧瓶里则盛放冰和水的混合物，使温度恒定在 0℃，代表深层的低温海水作冷源。在连接两个烧瓶的一段粗玻璃管中，安装着一台十分精巧的汽轮发电机，组成了一个封闭的发电系统。

实验开始，当克劳德用抽气机把这个系统中的空气抽光，使内部的气压下降到原来的二十五分之一时，28℃的温水居然猛烈翻泡沸腾起来，水蒸气的强大气流，把气轮发电机冲得飞转，霎时间，连接在电路中的三盏电灯一下子亮了起来。终于使利用海水温差发电的设想，变成了看得见摸得着的事实。

那么，克劳德为什么要用抽气机把实验系统中的空气抽光呢？

原来，水有一个特点，就是压力不同，沸腾时的温度也不同。压力降低时，水沸腾的温度就低于 100℃。压力越低，水沸点越低。比如，在八分之一气压下，水的沸点是 50℃，而在八十分之一的气压下，水的沸点变成了 10

℃。

克劳德抽光了实验系统里的空气，使内部压力大大降低下来，于是，尽管海水的温度只有 28℃，却已经沸腾起来，大量的蒸汽就成了可以做功的动力，三盏电灯也因而能够明亮起来。

这三盏灯的明亮，为人类指明了方向。温热的海水已为寻找新能源的人们带来新的希望。据科学家预测，全球热带海洋的水温只要下降 1℃，就能释放出 1200 亿千瓦的能量。

日本的科学家说得就更形象了，他们说，只要把日本海域内的热能利用起来，那么根据 1975 年日本消耗能量的情况看，这些热能可以够 24 个日本同时使用，到那时，其他形式的发电厂就可以关门休息了。

我们可以说，海洋的温差能居于海洋各种能源之首，因此，极大地吸引了各国的科学家，他们投入了大量的人力物力研制生产海洋温差发电装置。最初人们设计了一种水温差发电站，是将海水直接引进保持真空的汽锅，由于真空锅内气压很低，进入真空汽锅的海水就可以沸腾蒸发变成蒸汽，然后通过专门设计的低压、低温汽轮机，带动发动机发电。通过汽轮机的蒸汽被引入由深层低温海水冷却的冷凝器，再重新凝结成水。

用这种方法虽然可以发电，但是，在建设和安装深层输水管道方面有很多困难。所以，有人对这种方法加以改进，将海水引入一个太阳能加温池，使海水加温到 45～60℃，甚至达到 90℃，然后再将温水引进真空的汽锅蒸发，进行发电。改进后的温差发电站，是用海边和水库里的水冷凝，这样就

可以解决在海底安装输水管道的困难。

热带海面与中层海水的温差很大，最适宜采用这类发电装置。1979 年 5

月 29 日，世界上第一座海水温差发电站，在美国的夏威夷成功地投入运行，为岛上居民、车站和码头供应了照明用电。夏夷岛在太平洋中部，地处北纬20℃，附近海域的表层海水温度常年很高，冬季为 24℃，夏季为 28℃。在离岸只有 1．2 公里的地方，水深 400 米处就可获得 10℃的冷海水，水深 800 米处就有 5℃的冷海水，为海水温差发电提供了极为优越的自然条件。这座海水温差电站安装在驳船型的海上平台上，平台锚系在夏威夷岛东部约 2．4 公里的海上。装机容量达 1000 千瓦以上。世界上第一座海水温差发电站的建成和正常运行，不但证明了海水温差发电技术的可行性，并且提供了大量丰富的实践经验，还标志着海水温差发电已经开始从试验性发电转向大规模的开发利用阶段，夏威夷的海水温差发电站也将成为海水温差发电史上的又一里程碑。它为下世纪新能源的开发指明了方向。

利用海水温差发电，不仅可以获得电能，而且还可以获得很多有用的副产品。如海水蒸发后留下的浓缩水，用它可以提炼许多化工产品；废蒸汽冷凝后可以变成大量淡水或廉价的冰，这些都可以供给沿海工农业生产的需要。

到 21 世纪，利用海水温差发电一定会成为现实，它将使人类生活更加多姿多彩，在能源领域大放异彩。