为什么海水“冷热不均”也能被利用?

2018年05月30日 14:59  来源:科普中国网   类型:转载  编辑:李萍
  作者:徐超 苏秋成
 
  1979年5月29日,美国建成世界上第一座海水热能电站。今天,我们来谈一下海水热能的利用!
 
为什么海水“冷热不均”也能被利用?
 
  我们常常用“无边无垠、深不可测”来形容广阔而深邃的海洋。随着科学技术的发展,人类航行的足迹几乎到达所有海域,也测出了海洋的深度——全球海洋的平均深度大约为3680米,最深处位于太平洋的马里亚纳海沟,竟达到11?034米。尽管如此,人类对于占地球表面积约70%的海洋的认识还远远不够,对于海洋深处的了解还需不断增加,对于海洋资源的利用更是任重而道远。
 
  仅以海洋深度而言,它在数据上虽然“可测”了,但是几千米甚至上万米深的海水中所蕴含的奥秘,仍然可以用“不可测”来形容。阳光只能照射到海水的表面,随着海水深度的增加,透过的阳光却在减少,阳光不能到达的深海区域是一片黑暗的海洋世界。由此形成了表层海水温度与深海海水温度间的很大差异。比如,波斯湾和红海的海面水温可达35℃,而在水下500~1000米深处,海水温度却只有3~6℃。这个垂直的温差造成海水“冷热不均”,正是这种温度差异蕴藏着巨大的能量,它就是海洋温差能。
 
  形成海洋温差能的源头是太阳能,由于它是以热能形态出现的,所以又被称为海洋热能。1881年,法国物理学家阿松瓦尔发表了论文《太阳海洋能》,提出对海洋吸收并储存的太阳能,可以利用其表层与深层间的温差来推动机械装置运转。这大概是人类首次提出对海洋温差能加以利用的大胆设想。1926年,阿松瓦尔的学生克劳德用温度高的表层海水来蒸发沸点低的氨或丙烷等液体,使这些液体沸腾变成气体,去推动汽轮机转动并使发电机发电,然后再利用温度低的深层海水将那些氨或丙烷蒸气冷却为液体,如此反复使用,克劳德终于实现了老师利用海水温差发电的设想。1930年,克劳德在古巴海滨建成世界上第一座海水温差发电站,虽然这座海水温差发电站发出的电比运行这座电站所耗费的电能还要少得多,可谓“入不敷出”,但这项尝试证明了利用海洋温差能发电的可能性,因此在理论与技术手段上是极具创新意义的。
 
  1979年8月,锚泊在夏威夷附近海面的美国“MINI-OTEC号”海水温差发电船,利用深层海水与表面海水21~23℃的温差,连续进行了3个500小时发电过程,共产生50千瓦的电力,大部分用于水泵抽水,这是人类利用海洋温差能发电的突破性进展。此后,日本、中国台湾也都制定了海洋温差发电站计划,有些已开始实施。
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