美國(guó)海軍研究使用海水溫差發(fā)電的技術(shù)設(shè)想

太陽(yáng)的熱量可以使關(guān)島附近的海面2溫度達(dá)到27℃左右。而海面下900多米深處的水溫卻只有4℃左右。美國(guó)海軍認(rèn)為海水表面與深處的巨大溫差可以為他們提供無(wú)限的電能。美海軍對(duì)電能的需求緣起于軍方的一個(gè)遷移計(jì)劃，軍方計(jì)劃在2014年前將目前位于日本沖繩的8000名海軍陸戰(zhàn)隊(duì)員及17000名家屬轉(zhuǎn)移到關(guān)島。這一大批新居民和擴(kuò)建后的軍事設(shè)置可能會(huì)致使關(guān)島的電力供不應(yīng)求，因?yàn)槟壳瓣P(guān)島的電力供應(yīng)完全依靠進(jìn)口石油。因此他們希望“海洋熱能轉(zhuǎn)換”方案可以成為解決關(guān)島及迭戈加西亞、夸賈林環(huán)礁和夏威夷未來(lái)電力供應(yīng)的有效途徑。

將海水中存在的溫差轉(zhuǎn)換成電能并不是什么新設(shè)想。其原理聽(tīng)起來(lái)比較簡(jiǎn)單：將被太陽(yáng)加熱后的表面的海水抽送到熱量轉(zhuǎn)換器中在那里對(duì)沸點(diǎn)非常低的液體——如氨水、氟化碳以及其他一些碳?xì)浠衔锏?，進(jìn)行加熱。液體在達(dá)到沸點(diǎn)后蒸發(fā)并迅速膨脹，由膨脹的蒸氣所帶來(lái)的壓力驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)，從而產(chǎn)生電力。接著，當(dāng)蒸氣通過(guò)渦輪機(jī)后，就被輸送到一個(gè)壓縮機(jī)中。在那里，來(lái)自海洋深處的冰冷的海水會(huì)把其溫度降低，并使其變回成液態(tài)。這些液體隨后又會(huì)被輸送回?zé)崃拷粨Q器中，隨后再重復(fù)整個(gè)過(guò)程。如上所述海水發(fā)電除了采用溫度不同的海水之外，沒(méi)有用到其他任何燃料，因此不會(huì)產(chǎn)生任何的污染。海水熱能電力轉(zhuǎn)換還為依賴國(guó)外進(jìn)口石油這一問(wèn)題的解決提供了可行的辦法。

其實(shí)，這個(gè)概念早在1881年就已經(jīng)有了，而且在1930年，古巴就建造了第一個(gè)海水熱能轉(zhuǎn)換電廠。在上世紀(jì)70年代，海水熱能電力轉(zhuǎn)換也曾引發(fā)了美國(guó)人的熱情。在那個(gè)時(shí)候，阿拉伯世界針對(duì)美國(guó)的石油禁運(yùn)使得石油價(jià)格飛漲，并且供應(yīng)緊張。不過(guò)禁運(yùn)到了1974年就結(jié)束了，隨后，美國(guó)人對(duì)海水熱能電力轉(zhuǎn)換和其他替代能源的興趣也就逐漸淡了下來(lái)。之后，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)和政治等問(wèn)題，海水的熱能轉(zhuǎn)換都一直沒(méi)有被置于其應(yīng)有的位置上。今天，由于石油價(jià)格的不確定、供應(yīng)能力有限，而同時(shí)需求又在不斷上升，因此，依靠海水溫差發(fā)電的方式又重新引起了人們的興趣。

現(xiàn)在，美國(guó)人對(duì)這一技術(shù)就表示出十足的興趣。不過(guò)，海洋熱能電力轉(zhuǎn)換依舊面臨著一些大問(wèn)題。其中，很大的一個(gè)問(wèn)題就是啟動(dòng)成本太高。洛克希德馬丁公司海洋熱能電力轉(zhuǎn)換部門(mén)的主管羅伯特華萊就表示出一種擔(dān)憂，一個(gè)擁有10-20萬(wàn)千瓦發(fā)電能力的海洋熱能電力轉(zhuǎn)換工廠的發(fā)電成本與進(jìn)口石油發(fā)電的成本差不多。盡管這些電量足夠滿足25000-50000戶家庭的使用需要。但是，這樣一個(gè)發(fā)電廠所需成本要150億美元。為證明這一想法的可行性，并解決一些技術(shù)上的問(wèn)題，較明智的做法是在建造一座10萬(wàn)千瓦的發(fā)電廠前，先建一個(gè)1萬(wàn)千瓦左右的小型發(fā)電廠，但如此一來(lái)，其代價(jià)就非常大了，因?yàn)橐蛔?萬(wàn)千瓦的發(fā)電廠能夠生產(chǎn)的電力太少，不足以盈利，也就無(wú)法收回成本。例如，1979年一座50千瓦的海水熱能電力轉(zhuǎn)化設(shè)施除去轉(zhuǎn)化廠自身消耗后，只剩下15千瓦剩余功率，1993年，在夏威夷進(jìn)行了一個(gè)開(kāi)放型海水熱能電力轉(zhuǎn)換設(shè)施的試驗(yàn)。根據(jù)美國(guó)能源部的介紹，該設(shè)施能夠生產(chǎn)50千瓦的凈功率。由此可以看出，幾十年來(lái)，海洋熱能電力轉(zhuǎn)換也僅僅是一種充滿誘惑的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

不過(guò)現(xiàn)在，時(shí)機(jī)來(lái)了。美國(guó)海軍于今年4月份宣布，他們?cè)谀甑讓?huì)簽署一個(gè)建造海洋熱能電力轉(zhuǎn)換廠的合同。建造這樣一個(gè)發(fā)電廠的目的是為了滿足美國(guó)海軍位于印度洋的迭戈加西亞基地以及其他海軍基地的使用需要。自今年2月份，美國(guó)海軍就開(kāi)始了一個(gè)海洋熱能電力轉(zhuǎn)換廠是否能滿足關(guān)島“現(xiàn)在和未來(lái)大量用電需要”的可行性研究。不僅如此，海軍還設(shè)想電廠同時(shí)能生產(chǎn)出新鮮的飲用水。

美國(guó)海軍的研究比較傾向于一個(gè)“開(kāi)放式循環(huán)”系統(tǒng)。該系統(tǒng)與前面所說(shuō)的海洋熱能電力轉(zhuǎn)換廠有些不同。原先所采用的是“封閉式循環(huán)”發(fā)電機(jī)，液體是被封閉在系統(tǒng)內(nèi)，且液體轉(zhuǎn)換成蒸氣然后再回到液體這個(gè)過(guò)程是不斷重復(fù)的。在“開(kāi)放式循環(huán)”系統(tǒng)里，溫暖的海水被注入到一個(gè)低壓的空間里，由于低壓，一部分水變成蒸氣，并驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)來(lái)產(chǎn)生電力。當(dāng)海水成為蒸氣時(shí)，海水中的鹽分沉淀下來(lái)，這樣當(dāng)蒸氣離開(kāi)渦輪機(jī)時(shí)，經(jīng)過(guò)壓縮就能成為新鮮的水，用來(lái)飲用、澆灌或者其他用途。在水里通過(guò)的電流可以將水分解成氫原子和氧原子。氫原子能被用作燃料，或者也能用來(lái)與空氣中的氮原子結(jié)合而變成氨。氨也是一種燃料——能用來(lái)發(fā)動(dòng)公共汽車(chē)和火箭——并且還能用于多種工業(yè)用途。

盡管該技術(shù)在科學(xué)設(shè)想上很完美，但要建造一個(gè)大型的海水熱能電力轉(zhuǎn)化廠在技術(shù)上還面臨諸多挑戰(zhàn)。其中的一個(gè)挑戰(zhàn)就是要建造一個(gè)914千米長(zhǎng)的大直徑冷水管道。不僅如此，這個(gè)管道還要能經(jīng)受得起海水環(huán)境的考驗(yàn)。

洛馬公司與美國(guó)能源部簽署了一份價(jià)值120萬(wàn)美元的合同。該公司目前正在按照合同上的要求，建造一個(gè)由玻璃纖維與合成材料建造的管道原型。公司方面認(rèn)為從在技術(shù)的角度來(lái)看，這是可行的，不過(guò)他們希望能以更低的威本來(lái)造出它。并表示如果能在短時(shí)間內(nèi)獲得足夠的資金，他們就有能力在2013年走造出一個(gè)海水熱能電力轉(zhuǎn)化廠的示范性樣本。

但他們也意識(shí)到，即使通過(guò)這一方法，想要盡快解決關(guān)島上海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的用電問(wèn)題也是不可能的。不過(guò)第一步已經(jīng)開(kāi)始邁出，有理由相信，在一代人的時(shí)間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)：通過(guò)海水熱能電力轉(zhuǎn)換來(lái)為關(guān)島、夏威夷或迭戈加西亞提供其所需的全部用電量。(知遠(yuǎn))