从科幻走向现实的海洋蒸汽机

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1、从科幻走向现实的“海洋蒸汽机”吕吉尔/编译大洋蕴藏的热量能够为全世界提供电能●早在维多利亚女王时代，法国科幻小说家儒勒·凡尔纳就设想过大洋中蕴藏着取之不尽的能源。然而，直到21世纪的今天，工程师们才有底气说蕴藏在海洋里的热量可为世人提供电力。以下介绍的是“海底两万里格”是如何变成现实世界的“海底两万兆瓦”。如果说，有哪种能源配得上“蒸汽朋克”称谓的话，那就非海水温差发电（OTEC）莫属了。这是维多利亚时代的科幻小说吗？没错。早在1870年，儒勒·凡尔纳（JulesVerne）在其科幻小说《海底两万里》中就曾设想过这种可能。这是19世纪前

2、后的机械技术？也没错。或这就是可再生能源的最佳候选者？选这个答案也未尝不可。人们显然曾经对这一技术期望过高。从理论上讲，海水温差发电在任何年份内都能提供相当于全世界能源需求的4000倍能量，既无污染也无温室气体排放。但在现实中，这项技术因其难以现实而被束之高阁。2014年，世界各地出现了许多与之有关的项目，数量之多令人瞠目，且领头者并非堂吉诃德式的空想家，而是像航空业巨头洛克希德-马丁公司那样精明的实业公司。究竟是什么发生了如此的变化？OTEC这个想法，有可能是凡尔纳为解决尼莫船长的动力问题而构思出来的。这位凡尔纳笔下的深海探险者需要电

3、力来驱动“鹦鹉螺”号潜水艇，这也是第一次以书面形式提到了OTEC。尼莫说：“将两根电线插入不同深度以构成一个电路，就有可能通过接触到的温差获得电能。”《海底两万里》出版11年后，法国物理学家雅克－阿尔塞纳·达松瓦尔（Jacques-Arsèned'Arsonval）提出了以此为原理的第一个电厂的实际设计——他采用的是管道而非电线来开发冰冷深海和温暖洋面之间的温差，以产生蒸汽能。这确实是个金点子。海洋是一个巨大而又不断得到补充的太阳能储存媒介，这些热量大部分储存在海洋表层100米的水层中，而1000米以下的区域——来自极地的海水——恒常保

4、持在4℃～5℃。为了从温差中获取能量，现代化的系统将温暖的表层海水泵过装有氨之类低沸点液体的管道，氨沸腾之后，蒸汽用来驱动涡轮产生电能。之后，利用深海冷水使蒸汽冷凝恢复液态状，准备下一轮循环（参见“海水温差发电示意图”）。世界上几乎所有的火力和核电厂都由蒸汽涡轮机驱动，它们产生蒸汽要么靠燃烧污染大气的煤炭，要么会产生难以处理的核废料。相比之下，OTEC提供蒸汽的方式是清洁的，且在理论上是用之不竭的。取自不尽的“电能之洋”那是在理想世界发生的事情。现实中，海洋热梯度给予的东西都会被设备吸收。主要问题在于如何获取深海冷水：泵送电站运转所需的

5、巨量海水要求至少1000米长的管道，而且管道尺寸和强度还要足以承受生产每1000瓦电力所需的每秒数立方米海水的流量。把过程中所有的低效因素考虑在内后，OTEC电站的理论效能是令人沮丧的4%至6%。基于上述原因及其他因素，表层海水与深层海水之间的温差至少达到20℃才能使整个过程运转起来。这样的条件仅存于地球赤道两旁包括热带和亚热带在内的一条相对狭窄的带状区域内（参见“海水温差电站分布图”），俗称“赤道腰带”。尽管受到这些因素的限制，整个20世纪里人们依然在不断地努力，力求让OTEC成为现实。其中最雄心勃勃的一次，是被1970年代的石油危机

6、激发的，时任美国总统吉米·卡特签署了一项法律，要在1999年之前用此项技术生产1万兆瓦的电力。之后石油危机解除后，石油能源的替代方案再次被冷落。因此，当洛克希德-马丁公司2013年宣布在中国南部沿海建造一座10兆瓦海水温差电站时，并没有提起人们的兴趣。因为这样的情形之前也出现过。然而，经过一番详查后便会发现，该项目也许正标志着OTEC发生了重大变化。在其他可再生能源、石油工业，甚至还有气候变化等因素的陪伴下，这项19世纪的技术成为21世纪可再生能源结构一份子的时刻，也许最终到来了。许多计算结果都在发生变化。OTEC的效率或许不高，但由于

7、它利用的是充足而免费的海水，只要规模足够大，在经济上还是可行的。石油价格的多变和气候变化正日益紧迫地推动着替代能源的开发。风能和太阳能等可再生能源其间歇性的弱点——只在有阳光或刮风时才产生电力——仍在阻止它们成为主流。意在将OTEC技术商业化的美国海洋热能公司的特德·强森（TedJohnson）指出，OTEC电站能昼夜不停地工作。昼夜发电意味着OTEC可直接纳入城市电网，省却了太阳能、风能发电所需的整合和调整。在美国夏威夷大学自然能源研究所从事OTEC研究的路易斯·维加（LuisVega）说，多亏了这些进步，现在建造一座100兆瓦的电站

8、约需7.9亿美元。维加推算，若把建造和运行OTEC电站的费用都计算在内，OTEC电站所发电力的价格大约为每千瓦时18美分。这与美国能源部估算的火力和太阳能发电的价格相去不远，前者是每千瓦时14美分，其中涵盖