海底两万兆瓦：海洋蒸汽机从科幻走向现实.docx

海底两万兆瓦：海洋蒸汽机从科幻走向现实 假如说，有哪种能源配得上“蒸汽朋克”的名号，那就非海水温差发电莫属了维多利亚时代的科幻？没错：早在1873年，儒勒·凡尔纳（Jules Verne）就在《海底两万里》中构想过这种可能19世纪前后的机械技术？没错后启示录将来可再生能源的有力候选？这一条不妨也打上个勾 人们明显曾经对这一技术寄望过高理论上来讲，海水温差发电（OTEC）在任何年份内，都能够供应相当于全世界需求4000倍的能量，而且不会产生污染和温室气体然而在现实中，这项技术因犯难以实现而久被搁置 2022年，全世界出现了许多与之有关的项目，数量之多令人瞠目，而且领头者都不是堂吉诃德式的空想家，而是像航空航天工业巨头洛克希德·马丁那样精明的好用主义者那么，原委是什么发生了改变？ OTEC的想法，有可能是凡尔纳为了解决尼莫船长的难题而构思出来的这位凡尔纳笔下深海探险故事的主子公须要电力来驱动他的鹦鹉螺号潜水艇那部小说是OTEC第一次见诸文字将两条电线探入不同深度，并在之间形成电路，便有可能利用它们接触到的温度差异获得电能，”尼莫对他的同船旅伴讲道该书出版11年后，法国物理学家雅克-阿尔塞纳·达松瓦尔（Jacques-Arsène d"Arsonval）提出了以此为原理的电站的第一种实际设计。

他采纳的是管道而非电缆，来开发冰冷深海和暖和洋面之间的温差，以产生蒸汽能量 这是个绝妙的办法海洋是一个巨大而且不断得到补充的太阳能存储介质这些热量大部分存储在最顶层的101米以内，而在1010米以下，来自极地的海水基本上总是保持在4至5℃ 为了从这种热量差异中获得能量，现代系统将暖和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冰冷的深层海水在管道中流过蒸汽，使其重新凝聚成液体，打算下一轮循环基本上，全世界全部的火力和核能电站都要由蒸汽涡轮驱动，但是它们产生蒸汽要么靠燃烧污染大气的煤炭，要么会产生阴魂难散的核废料OTEC供应蒸汽的方式却是清洁而且理论上无限制的 电能之洋 那是志向世界里发生的事情在现实中，海洋热梯度赐予的东西，都会被设备夺走主要的问题在于获得深层的冷水：泵送电站运转所需的巨量海水须要1010米长的管道，而且管道尺寸和强度还要足以承受生产每一千瓦电力所需的每秒数立方米海水的流量把过程中全部的低效因素考虑在内后，OTEC电站的理论效能跌到了可怜兮兮的4%至6% 基于这个缘由以及其他一些因素，表层和深层海水的温差至少要达到20度才能够使整个过程运转起来。

这样的条件只存在于地球上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里 尽管受到这些限制，整个20世纪，人们还是在不断努力，力求实现OTEC其中最有雄心的一次，是被20世纪73年头的石油危机激发的时任美国总统吉米·卡特（Jimmy Carter）签署了一项法律，要在11019年之前采纳此项技术生产1万兆瓦的电力可是后来石油价格又跌了下去，石油能源的替代方案再次落到了待办事宜列表的末尾 因此，当洛克希德·马丁2022年宣布将在中国南部沿海起先建立一座10兆瓦电站时，这条新闻明显没有提起人们的爱好这样的事情大家都见得多了 不过详查一番便会发觉，该项目或许正标记着OTEC发生了重大改变借力于其他可再生能源、石油工业，甚至可能还有气候改变等种种怪异因素，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 许多数字方面的考量正在发生改变OTEC的效率或许不高，但由于它运用的是足够而免费的海水，假如规模足够大，在经济上仍旧是可行的石油价格不稳定，气候改变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断续无常的弱点——就是说只在有阳光或者有风的时候才能产生电力——仍在阻挡它们成为主流。

而海洋热能公司的特德·约翰逊（Ted Johnson）说，OTEC电站能够24小时运转这家公司安排将这项技术商业化全天候的电力生产意味着OTEC电站可以简洁干脆地代替化石燃料电站接入城市电网，整合产能难料的太阳能和风能时所必需的调整及平衡工作可以省下了 但是假如设备运行须要的电力比它能供应的还多，这样的电站又有什么用呢？在这一方面同样有了进步洛克希德·马丁公司采纳了建立桥梁和风力涡轮的技术——两者都利用高级玻璃纤维和复合树脂来制造超轻、超强的材料——来设计价格低廉但是强度和敏捷性足以承受洋流的压力和张力的管道更棒的是，这种管道可以在OTEC电站自己的洋面平台上组装，并且逐步沉入水下，避开了运输及施放浩大结构的风险2003年，孟加拉湾一项原来挺有前途的OTEC项目不得不告吹，因为在建立一座1兆瓦电站的过程中，工程师弄丢了他们的第一根管道及其备件 此外，近海油气工业也供应了数不清的教训，1010多米的深海操作在该行业已经司空见惯这使得那些仅在20年前才刚刚能够商业选购的设备又要重新起先设计 美国夏威夷高校自然能源探讨所探讨OTEC的路易斯·维加（Luis Vega）说，多亏了这些进步，现在建立一座101兆瓦的电站大约须要7.9亿美元。

把OTEC电站的建立和运行成本都计算在内后，维加估计产出的电力价格大约是每度电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，前者是每度电14美分，其中涵盖了碳捕获和存储的费用，后者是14至26美分 在这种不同于以往的大环境中，OTEC项目在全世界起先呈雨后春笋之势2022年，一座50千瓦的示范性OTEC电站在日本冲绳县的久米岛起先运行同时在夏威夷，马凯海洋工程公司正在其位于夏威夷大岛的海洋能源探讨中心建立一座101千瓦的电站2022年，荷兰代尔夫特理工高校衍生公司Bluerise安排在加勒比海库拉索岛国际机场旁边建立一座500千瓦的OTEC电站这些小岛有可能成为第一批市场，因为它们都苦于对昂贵的进口燃料的依靠Bluerise的首席执行官雷米·布洛克（Remi Blokker）说 但它们不会是最终一批最新的技术进步将有望让OTEC成为主流 改良OTEC 多个探讨团队正在探究将OTEC与太阳能结合的可能性意大利米兰理工高校的保拉·蓬巴达（Paola Bombarda）为一种新型OTEC电站建立了产出模型这种电站在暖和海水被用于蒸发氨之前，先利用太阳能提升其温度。

她发觉就算是廉价的太阳能集热器——利用透镜和管道收集热量的简洁设备——也能将电站的日间产出增长到原来的3倍 类似的技术使那些位置略显偏北的国家的电站全年都能够依靠OTEC运转，比如韩国在夏季月份，韩国四周海疆表层与深层水温差异超过了20℃的最小临界值，但到了冬天就不是这样了因此，为了实现全年运转，固城郡韩国海洋探讨院（KORDI）的工程师起先改造一座20千瓦的验证电站，以便在表层海水遇到氨之前，来自太阳能、风能和废物焚化电站的热量能够先对它加热 一个更加绝妙的办法是，将OTEC与另一种全天候能源结合起来KORDI的金俊贤（Hyeon-Ju Kim，音译）及其同事正寻求在所谓复合型“GeOTEC”电站中用地热能加热蒸发氨的海水这样的改进能够使适合建立OTEC电站的“赤道腰带”区域扩展一两倍 由于这些快速的进步，OTEC的光明前途已经令环保人士忧心于其扩张的前景美国国家海洋和大气管理局以及其他一些机构已经提出了关切，当养分丰富而无菌的海水从没有阳光的深层被引向暖和而有阳光的海水中那些饥饿的藻类时，会不会引起藻类的爆发不过维加说，计算机模型显示，只要冷水被送回60米以下的深度，藻类爆发的风险微乎其微。

为了消退这已经很微弱的风险，英国伦敦的能源岛公司为一种OTEC电站的设计申请了专利在这种电站里，氨是在深层而非表层凝聚成液体该公司创始人多米尼克·米凯利斯（Dominic Michaelis）说，这意味着养分丰富的海水根本不须要被泵送到表层 另外一个被人提出的问题，表达出了其他可再生能源也曾经引发过的关切：OTEC对环境是否会产生当地和全球性影响，比如变更全球气温？ 令人欣慰的是，探讨表明我们能够在不影响海洋的状况下提高OTEC产能美国夏威夷高校海洋和资源工程系的探讨者对快速扩张的商业规模OTEC发电的影响建立了模型，其中包括全球温盐循环——在海洋中输送深层海水的缓慢洋流网络他们发觉，OTEC电站能够平安地攫取7太瓦的电力，相当于全球能源消费量的接近一半，也不会对海洋温度造成任何值得留意的影响然而论文作者们也承认，很难就OTEC对环境的影响拿出强有力的结论 由于目前的清洁能源技术都可能遭遇气候改变不行预知的影响，明显是时候往能源结构里加入一种新的可再生能源了2022年7月，美国能源部发表了一份关于能源行业在气候改变面前弱点的报告，其中认为高温会降低用于水利发电和聚光太阳能热发电的淡水量，后者须要用水来为高热的设备降温。

美国科罗拉多州戈尔登市国家可再生能源试验室的探讨员罗伯特·思雷舍（Robert Thresher）说，比较而言，OTEC的可爱之处是，它好像不会受到气候改变的影响他说：“大部分OTEC资源都分布在赤道旁边，你不必担忧那里的海洋表层温度会发生显著的改变 电出于蓝 事实上，气候改变甚至还可能扩大OTEC适用区域，从而提高全球OTEC产量思雷舍说：“当海洋随着气候改变而变暖，你可能在离赤道更远的地方发觉更加暖和的表层水尽管这个想法也被别人提出来过，他还是连忙补充说，这是个“直觉见解”，须要严格的建模来确认 一个更加难以确定的观点是，深层海水可能在气候改变过程中汲取大量热量，缩小了至关重要的表层和深层海水温差然而，依据英国雷丁市欧洲中期天气预报中心的玛格达莱纳·巴尔马赛达（Magdalena Balmaseda）及其同事2022年发表的一项探讨，热量的去向根本难有定论巴尔马赛达说：“热量的汲取在空间、深度和时间上并不匀称 不管OTEC所依靠的暖和的赤道腰带会不会扩展，能够享受这项技术的或许很快便不限于赤道国家了2022年2月，在美国德克萨斯州休斯敦市的远洋研讨会上，开发石油勘探及钻井技术的思蓓曼远洋公司披露，他们正在研发设计用于为远洋油井供应电力的10兆瓦OTEC发电船。

建立地点离海岸越远，OTEC电站就会越昂贵，而建立成本低廉的船舶则不受此约束OTEC发电船可以在海上四处找寻温度差异最合适的地点，释放海底电缆将电力送回海岸 事实上，这项技术的支持者们信任，“游牧”在天海之间找寻电能的发电船才代表了OTEC技术的将来为了绕开通过海底电缆向海岸输电的问题，发出的电能可以在原地将水电解为氢和氧，然后把氢存储到燃料电池中运往全世界一艘101兆瓦的OTEC发电船每小时可以生产1.3吨液氢，维加说，不过目前成本还是一桶油的3倍终归，氢能经济还在找寻自己的立足点 不管怎么说，好像过了这么多年之后，我们发觉儒勒·凡尔纳原来真的有一套不过即便如此，他的格局也有失狭小海洋不仅仅能够驱动一艘船而已，借助成群结队的船，海洋的能量将可以供给全世界这可是如假包换的蒸汽朋克来源：果壳网） 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页。