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全球唯一处于运转状态的海洋温差发电设备

导读: 海洋温差发电的核心技术是换热器、高效率发电循环、系统控制及成套设备系统。Xenesys公司目前正在开发利用钛的板式换热器,作为温差发电专用产品获得了较高评价。

  100米左右的海洋表层能够存储太阳热能。另一方面,在极地冷却的海水会随着海洋环流向低纬度地区移动,沉入600米~1000米的海洋深处。海洋温差发电(OTEC:OceanThermalEnergyConversion)就是利用海洋表面25℃~30℃的高温与深层5℃~6℃的低温之间的温差,以沸点较低的氨等为介质,旋转蒸汽涡轮进行发电。

  这也是所谓的双循环发电,但与利用地热、生物质及工厂废热等相比,温差较小。并且与普通的双循环发电不同的是,存在汲取深层水的工序。因此需要使用泵,而作为泵的动力,又需要使用部分所发电力。还需要开发高效率换热装置等。可常年稳定发电,其发电潜力高达1万亿千瓦,据称可进行建设海洋温差发电的国家多达100个左右。

  石油危机之后,全球开始进行海洋温差发电研究,但由于石油价格稳定下来,同时系统技术课题等日渐凸显,因此相关研究逐渐减少。日本也在1974年开始实施的阳光计划中列入了海洋温差发电,1979年在岛根海域实施了首项海上实验,但之后就中止了研究。

  在这种情况下,佐贺大学一直在坚持进行研究。2003年3月,建成了全球首座综合海洋能源研究中心。主要由海洋温差发电设备(上原循环系统,30千瓦)、海水淡化设备(每天10吨)、氢制造及储藏设备、锂回收基础实验装置以及海洋深层水环境模拟实验装置构成。建设过程中,换热器开发及制造企业Xenesys公司也提供了协助(资料5)。

  额定输出功率为30千瓦的海洋温差发电装置设置于伊万里湾,是全球目前唯一处于运转状态的海洋温差发电设备(资料5)。日本在几十千瓦级的实证研究领域拥有顶级业绩,就是得益于该大学的研究成果。

  佐贺大学在1994年开发出了热效率达到顶级水平的上原循环系统(UeharaCycle)。该系统将氨及水的混合液用作工作流体,分2个阶段进行发电,并且蒸发器和冷凝器使用了独特的板式换热器,据推算,可比以往的高效率循环提高10%左右。已经在12个国家获得了专利。混合液可提高热效率,但另一方面,有可能导致换热器传热性能下降,这些是需要解决的课题。

  海洋温差发电的核心技术是换热器、高效率发电循环、系统控制及成套设备系统。Xenesys公司目前正在开发利用钛的板式换热器,作为温差发电专用产品获得了较高评价。

  2011年,上原循环系统被选为日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)实证项目。佐贺大学目前正在神户制钢所的协助下,开发作为高性能换热机关键技术的促进导热加工钛薄板。为了削减成本,需要减少高价导热材料的使用量,而另一方面,还要充分利用深层海水的温度,因此需要向这个二律背反问题发起挑战。如果成功解决这个问题,就能削减10%的成本。

  冲绳县目前也在致力于海洋温差发电实证业务。久米岛上设有冲绳县海洋深层水研究所,IHI公司、Xenesys公司及横河电机公司在佐贺大学的协助下,在此建设了50千瓦的设备。预定在2013年3月启动实证设备。以商业化为目标在实际海域实施相关实证试验,这在全球尚属首次。久米岛的研究所是为了研究深层水的富营养性等特性而设立的。目前还在进行同时利用海洋的能源价值和材料价值以提高经济效益的研究。

  力争实现海洋温差发电的实用化

  其他国家的企业也开始重新进行此类开发。洛克希德?马丁公司(LockheedMartin)力争在夏威夷海域建设1万千瓦级的设备,法国DCNS公司预定在印度洋法属岛屿上建设1万千瓦的相关设备。韩国等也在积极推进相关研发。

  在海洋温差发电方面,规模经济可充分发挥作用。设置取水管所需费用占成本的一半,需要降低这一比例。如果规模在几百千瓦以下,仅靠发电无法确保经济效益,必须进行海水淡化、渔场建设、氢制造及锂回收等复合利用。关于发电成本,据推算,如果以设备利用率达90%为前提,规模为1兆瓦时,每千瓦时的成本为50日元,10兆瓦时成本为20日元,100兆瓦时成本为10日元。规模为1兆瓦的设备可用于发电成本较高的岛屿。10兆瓦以上的设备可用于能够确保需求量的主岛。佐贺大学预定在冲绳实证试验之后,尽早开发兆瓦级设备。

  即便在需要长期开发的海洋能源中,潮汐能、海流、海洋温差也属于开发期比较长的能源。海流及温差发电与浮体式海上风力发电同样,今后将正式步入开发阶段,日本国内也存在许多适合采用的场所,其意义也备受关注。

  到此笔者就海洋能源进行了一系列介绍。该领域也可以说是可再生能源最后的新领域。作为海洋国家,日本的潜力将经受考验。

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