海洋蕴含37万亿千瓦太阳能，如何从中提取清洁能源？

撰文 | Penn

编辑 | 小棠

→ 这是《环球零碳》的第865篇原创

地球有百分之七十一的面积为水所覆盖，是一颗名副其实的“水的行星”。其中，海洋约占地球总水量为97.2%，在太阳的照射下，海洋成为了世界上最大的太阳能采集器， 它吸收的太阳能高达37万亿千瓦。

在全球清洁能源转型的背景下，这部分海水存储的太阳能，也就是人们常说的海洋热能，越来越得到人们的重视。热带海洋平均每天吸收约 278拍瓦时（petawatt-hours）的太阳能。仅需收集其中的 1/4000，就能供应全世界每天的用电量，而海洋热能转换（Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC，也称为海洋温差发电）提供了一种探索开发利用海洋热能的有效方式。

从温暖的海面和寒冷的深海之间的温差中收集能量并不是新鲜的想法。事实上，早在 142 年前的 1881 年，人们就开始尝试从海水的温差中获取能量。1930 年，古巴建成了一座 22 千瓦的海洋热能转换发电站。

现在，摆脱化石燃料的紧迫性，加上海上能源的一些技术进步，带来了 OTEC 复苏的迹象。自 2015 年以来，一座小型 OTEC 工厂一直在为夏威夷电网供电，另一座工厂自 2016 年起在日本冲绳运行。2019 年，一家韩国公司测试了计划在太平洋岛屿基里巴斯安装的OTEC 系统。

近期，伦敦公司 Global OTEC在最近举行的国际维也纳能源与气候论坛上，提出了一个名为 Dominique 的 OTEC 驳船的新概念，预计将于 2025 年在圣多美和普林西比（非洲西海岸的一个小岛国）海岸开始调试，并有望成为全球第一个商业规模的海洋热能发电项目。

"多米尼克号"驳船设计为全年提供 150 万千瓦的净输出功率，根据计算，足以供应该国全部 7800 多万千瓦时能源消耗的近 17%，显然足以让 Global OTEC 将其称为"首个商业规模的 OTEC 平台"。

Global OTEC 创始人兼首席运营官丹-格雷奇（Dan Grech）在一份新闻稿中说："我们知道，"多米尼克号"将改变小岛屿和沿海国家的命运，这也是我们认为项目进展顺利的原因。"

图说：全球20米和1000米典型OTEC深度之间的年平均温差及OTEC项目

来源：KRISO，OTEC foundation

什么是海洋热能转换 (OTEC)？

海洋温差发电的基本原理是利用海洋表面的温海水加热某些低沸点工质如氯氟烃替代物和氨气等使之汽化，或通过降压使海水汽化以驱动汽轮机发电。同时利用从海底提取的冷海水将发电做功后的乏气冷凝，使之重新变为液体，构成一个循环。

图说：海洋热能转换原理

来源：Global OTEC

Global OTEC提出的OTEC驳船系统，则是计划在一个温差持续较大的地区（例如热带地区）建立一个停泊在海底的漂浮驳船，并配备一个闭环动力系统。运行过程中，温暖的表层海水使制冷剂型液体（例如氨）沸腾，沸腾后的液体膨胀为气体，驱动涡轮机发电，然后用从深海通过绝缘管道引入的冷水冷却和冷凝液体，并再次循环。

OTEC的特点和挑战

海水温差具有巨大的发电潜力，可以为清洁能源转型提供一种新的可再生能源选择，具有清洁、环保、绿色的优势。

具体来看，其具有以下优点： 1）可持续性 ，海洋的热量取之不尽、用之不竭，使得海洋热能转换成为一种可持续的能源形式。 2）无污染 ，OTEC系统不排放任何有害物质，全程不排放二氧化碳等有害气体，因此对环境没有负面影响。 3）稳定性 ，由于海底海水温差变化极小，设备24小时都可运转，OTEC可以提供稳定的电力输出。 4）多功能性 ，除了发电之外，OTEC系统还可以生产淡水、支持海水养殖、并提供空调和冷却系统，有效调节运行成本。

图说：花莲海水温差发电系统示意图

来源：ateenergy

与此同时，OTEC也面临着能源转换效率低、技术成本高、面临海水腐蚀和天气变化等挑战。 《海洋科学与工程学报》（Journal of Marine Science and Engineering）于 2021 年发表了一篇评论文章，赞扬了 OTEC 技术的"巨大潜力"，但指出"高昂的基础设施成本"和"海洋水域恶劣的腐蚀性环境"阻碍了该技术向商业化发展。

从历史上看，OTEC 所产生的绝大部分电能也被用于运行将冷水输送到海面的水泵。1981 年，东京电力公司在瑙鲁启动了一座发电厂。它产生了约 120 千瓦的电能，但其中约 90 千瓦被用来运行发电厂。因此，虽然能源资源几乎是无限的，但开采效率却很低。

同时，OTEC仍然是一项早期技术，尚未从规模经济中获益。长期以来，人们一直认为，要想在成本上与更成熟的发电方案竞争，就需要建造一个 100 兆瓦规模的海洋热能转换系统，而目前还没有人建造过接近这一规模的系统。

Global OTEC表示，就平准化能源成本（LCoE）而言，预计早期的 OTEC 驳船每兆瓦时的输电成本在 150-300 美元之间。尽管其可靠的全天候发电能力使其非常适合地理位置和其他因素有利的某些可再生能源电网，但在这个价格上，它将很难与其他电源竞争。

此外，OTEC与任何海洋项目一样，还需要应对生物污染和海水的腐蚀性。对于OTEC驳船，热带地区的暴风雨可能会破坏漂浮驳船，或将其拖来拽去，导致通往海底的绝缘长管断裂。

OTEC的全球发展

2014年7月，Akuo Energy公司和DCNS公司为所谓的NEMO项目获得了约7210万欧元的资金，该项目计划在加勒比海马提尼克岛附近建造一座总发电量16兆瓦、净发电量10兆瓦的OTEC设施。但Akuo公司在四年后宣布，DCNS公司（已更名为Naval Energies公司）因"与主要冷水进水管有关的技术困难"而搁置该项目。

图说：Akuo Energy和DCNS获得欧洲NER 300计划的资助

来源：Akuo Energy

另一个支持者海洋热能公司（Ocean Thermal Energy Corporation）在五月份发布的一份新闻稿中指出，"目前，OTEC 的进展受到了所谓的创新死亡谷（Innovation Valley of Death）的限制"，至少需要花费 2-3 亿美元建造一座 5-10 兆瓦的 OTEC 发电站，并在"完全亏损"的情况下运行数年，才能证明这一概念值得推广到 100 多兆瓦的规模。OTE 公司提出的解决方案是：将这一想法与在瓦胡岛上开采比特币结合起来，这听上去更加不靠谱。

除了以上两个不那么靠谱的案例，全球近期也有不少成功案例涌现，我国海洋温差能发电就在今年取得了新的突破。2023年9月，由中国地质调查局广州海洋地质调查局牵头研发的我国首套海洋漂浮式温差能发电装置成功在南海成功完成海试，返回广州南沙。标志着我国海洋温差能开发利用从陆地试验向海上工程化应用迈出了关键一步。

图说：海洋温差能发电装置搭载“海洋地质二号”船进行海上试验前期准备

来源：新华社发（奚晓谦 摄）

今年8月，该套海洋温差能发电装置搭载“海洋地质二号”船在南海1900米深海域开展了首次海上试验，成功完成温差能发电技术验证。本次试验发电总时长4小时47分钟，最大发电功率16.4kW，有效发电利用率达到17.7%。这是我国首次在实际海况条件下实现海洋温差能发电原理性验证和工程化运行，将有力推进我国深海能源开发利用。

碳中和背景下，全球储量巨大的海洋能开始的得到更多的关注和发展，以OTEC为代表的海洋能将迎来重大发展机遇。

首图来源：Global OTEC

图片来源：BusinessLive

《2023最新气候行动大追踪：42项指标只有1项达到目标》

免责声明：

本文仅用于学术交流和传播，不构成投资建议