海洋温差发电与深海水利用

《海洋温差发电与深海水利用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、海洋温差发电与深海水利用海洋是世界上最大的太阳能储存系統。如何抽取及转换其中部分的能源成为电力，为人类所梦寐以求的科技。这门科技称为「海洋温差发电」（oceanthermal-energyconversion,简称OTEC）我们只要转换热带海洋中储存热能的千分之一，即可发出140亿瓩的电力，約为世界目前裝置发电量的7倍。OTEC系統中，热能的来源即是海水表面的温海水。而发电的方法基本上有两种：第一种是利用温海水，将封闭循环系統中的低沸點工作流体（workingfluid）蒸发：第二种則是温海水本身在真空室内沸騰。两种方法均产生蒸汽，由蒸汽再去推动渦轮机，即可发出电力。发电后

2、的蒸汽，可用温度很低的冷海水冷却，将之變回流体，因此構成一个循环。冷海水一般要自海平面以下600～1,000公尺的深部抽取。一般温海水与冷海水的温差如在20℃以上，即可产生淨电力。自深海抽取的冷海水，不但温度低（一般在4、5℃之譜），而且無菌、又富營养分，有多种用途，如产製淡水、冷冻、空調、养殖、製藥等，可提高OTEC发电外的经济價值。这方面的应用称为「深海水利用」（deepoceanwaterapplications，简称DOWA）。目前世界上发展OTEC技術的国家並不多，主要有美、法、日、英及我国。主要原因是拥有OTEC資源的地理区位係集中在热带及其鄰进地区。上述五国中

3、只有台湾具有此种地理條件，美国則局限在夏威夷地区，其他国家則需在南太平洋諸島嶼中尋找試验地区（見图一）。我国得天獨厚，具有发展OTEC資源的潛力，如果政府能積極資助研发，極有可能領先世界。海洋温差发电发展史最早想到利用海水温差来发电的，是法国物理學家A.d'Arsonval于1881年提出。但是最早在实验室内證实他的構想的，却是他的弟子克劳德（G.Claude）于1926年完成。随后于1931年，克劳德在古巴哈瓦那附进海岸建立陸上型开放式循环温差发电实验室，首次成功发出322kw的电力，一共運转10天。可惜，温差发电的出力還不足以驱动所有的泵。當時的結論是海洋温差发电無法产

4、出淨电力。这結論要等到50年后方被推翻。克劳德毫不退縮再度于1933年，嘗試在巴西外海120公里的海域，建立海上型温差发电室，设計容量为2MW。可惜因冷水管断裂而失敗。1948年他再提出Abidjan計畫，準备在非洲象牙海岸建立一个陸上型封闭式发电室，總电力为10MW，淨电力为7MW。但因经費沒有着落而功亏一篑。1973年秋世界发生第一次能源危机，世人方又重新燃起海洋温差发电的研究興趣。美国最早投入研究，日本于次年开始推动，法国則遲至1978年才又重新开始。经過数年的研究結果，美国于1979年首次在夏威夷證实海洋温差发电可发出淨电力，此即所謂MINI-OTEC計畫。这是个海

5、上型封闭式循环的设計，總发电量50kw，淨电力为10kW。日本人也于1981年在南太平洋的諾魯島（所羅门群島北方）建立一个陸上型封闭式实验电室，为該类型的世界第一座。它的總发电量为120kW，淨电力为31kW。此例證实海洋温差发电可以提供穩定的电源。美国进一步于1993年在夏威夷建立一座陸上型开放式循环海洋温差发电实验室，设計容量为210kW（見图二）。在本文撰寫時仍在試車中。它也是OTEC发展史中的一个里程碑，看到它的蒸发器噴水，以及渦轮机实際運转，確实令人興奮不已。我国雖無海洋温差实验电室，但台电公司于1980年起即开始注意海洋温差发电在台湾的可行性。为了解東部海域的地

6、形及海水的物化性質，台电曾于1981年委託學術單位調查。又于1984年邀請美国Giannotti＆Associates公司，研究東部海域海洋温差发电的可行性及电室概念设計。经济部能源委員會鑑于海洋温差发电可能成为我国重要的替代能源，乃于1988年委託美国太平洋国際高科技研究中心，從事海洋温差多目标利用規畫研究（简称MPOP計畫）。其目标在设計、建造及試验一个5MW的先导型实验电室，並将冷海水做养殖等多目标利用，以提高电室的经济效益。目前政府更进一步考慮设立商業化OTEC电室（例如设計容量为400MW的电室）的可行性。海洋温差发电的发展雖然有百年以上的歷史，但仍然有些關鍵性技

7、術尚待突破，例如热交换器的材料、大口徑冷水管的製造与布设等。假以時日，海洋温差发电的商業化将可实現。海洋温差发电原理温差来源太阳的輻射能照射到地球的大气层外圈，每平方公尺可以接收到1,353kW的能量，此数字称为太阳常数（solarconstant）。如果将此常数乘上地球的截面積，則整个地球可以接收到1.73×1014kW的總能量。但这些總能量無法全被地球所接收，此因受到大气层的吸收作用以及地球表面的反射作用之故。表一顯示太阳輻射在不同季節到達不同緯度的海面之能量。海洋所吸收的太阳能量大約有一半散失于蒸发中，剩餘的