最“酷”的能源

呂　靜

一項(xiàng)巧妙利用海水上下層溫差的技術(shù)將為全世界提供取之不竭的清潔電力

主營火箭科技的洛克希德馬丁公司最近竟然關(guān)注起管道工程了。在過去的一年中，這一航空巨子一直讓它的工程師們專心設(shè)計非常長的玻璃纖維管道——這是因?yàn)樗麄兠闇?zhǔn)了海洋熱能變換(OTEC)這一技術(shù)，而普通的管子不能成為其組成材料。

OTEC又被稱為海洋溫差能，是一種清潔的可再生能源，它有潛力將日下依賴石油的經(jīng)濟(jì)解放出來。 早在1970年，負(fù)責(zé)主管美國聯(lián)邦海洋熱能源項(xiàng)目的羅伯特·科恩就曾經(jīng)說過：“這種能源將有可能成為世界上可再生能源的最大來源?！?/p>

老調(diào)重彈

由于化石燃料價格的高漲，從夏威夷到日本，很多私人公司都在競相建設(shè)商業(yè)化的OTEC工廠。這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)就是開發(fā)利用表層海水和深層海水之間的溫差。

首先，用溫暖的表層水加熱一種低沸點(diǎn)的液體，如氨或氨水。當(dāng)液體沸騰時，會產(chǎn)生氣體，這些氣體所產(chǎn)生的壓力足以推動一個渦輪機(jī)發(fā)電。之后氣體被冷卻，重新變成液體再次使用。冷卻過程是通過由玻璃纖維制成的管子吸上海洋深處的冷水來完成的，這些玻璃纖維的管子可能長達(dá)1000米，直徑為27米，能以每秒1000噸的速度吸取冷水。完成冷卻任務(wù)后，這些水將重新被放回深海?？贫鹘忉屨f：“這就像常規(guī)的發(fā)電廠燒煤產(chǎn)生蒸汽一樣。”

最早提出利用海洋溫差發(fā)電理論的人是法國物理學(xué)家戴松法耳，不過，這一想法在20世紀(jì)70年代石油危機(jī)前一直沒有得到太多關(guān)注。1979年，由美國政府支持的包括洛克希德馬丁公司在內(nèi)的合股項(xiàng)目，在夏威夷鋪設(shè)了一條冷水管，它服務(wù)于一個發(fā)電50千瓦的OTEC系統(tǒng)。兩年之后，一個日本研究小組也在南太平洋島國瑙魯建設(shè)了一個發(fā)電能力為120千瓦的試驗(yàn)工廠。

還沉浸在初戰(zhàn)告捷的興奮之中，美國能源部就開始計劃在夏威夷建一個4萬千瓦的試驗(yàn)工廠?？墒?，1981年，海洋熱能技術(shù)的投資開始縮減，到1995年石油價格開始下跌，最終跌到20美元一桶的時候，這部分投資就完全取消了。

如今，燃料價格的上漲使得人們恢復(fù)了對這一被忽視技術(shù)的興趣。今年9月，為獎勵洛克希德馬丁公司1979年首次成功建設(shè)OTEC系統(tǒng)，美國能源部給予該公司60萬美元的投資用來研制新一代冷水管。

科恩認(rèn)為，依靠漂浮在海中的平臺，通過海底電纜向陸地電網(wǎng)輸電，最終能建成50萬千瓦的OTEC發(fā)電廠，這種飄搖的船上電廠仿佛就是在開闊的海洋中為發(fā)電而“放牧”一般。

比潮汐能更有希望

洛克希德的第一個目標(biāo)是安裝上所有的設(shè)備并試運(yùn)營。該公司已經(jīng)開始與夏威夷萬瑪納魯?shù)柠渼P海洋工程公司合作建設(shè)一個發(fā)電1萬～2萬千瓦的電廠，這個新工廠將用1000米長的管子，有些管子的直徑將達(dá)到4米，所發(fā)的電將通過海底電纜直接供給島上的電力網(wǎng)，預(yù)計將在4～6年內(nèi)建成并開始運(yùn)營。

就在洛克希德加緊測試其設(shè)備的時候，美國軍方的一家電廠甚至更快上線，設(shè)于火奴魯魯?shù)暮Ｑ蠊こ膛c能源系統(tǒng)(OCEES)國際公司正在完成一項(xiàng)海洋熱能設(shè)備的設(shè)計，這一設(shè)備將被安裝在印度洋迪戈加西亞島上的一個較大的美軍軍事基地。

這一電廠將提供8000千瓦的電力，還能為每天淡化500萬升的海水供電。OCEES表示，這一工程將于2011年底前安裝和運(yùn)營。

眼下，迪戈加西亞島全部用柴油發(fā)電，基地的長官看到海洋熱能可以作為一種獨(dú)立能源方式。OCEES的杰克森說：“這在印度洋中央是個戰(zhàn)略軍事裝置，他們不想依靠其他的供能方式?！?/p>

比爾·泰勒是美國海軍海岸能源辦公室的主任，他認(rèn)為OTEC比波浪浮筒或潮汐能更有潛力快速開發(fā)出能源。他說：“產(chǎn)生8000到10000千瓦的電力， 需要用很多浮筒。我們對潮汐發(fā)電和海洋溫差發(fā)電都很期待，但我們更寄希望于OTEC?！?/p>

另外，兩個研究小組都在著手解決如何將漂浮擺動的平臺和固定的海底電纜連接起來的問題。熱交換器還需設(shè)計得能夠防止海藻、藤壺或其他海洋生物入侵和阻塞系統(tǒng)。

如果試驗(yàn)工廠獲得成功，那么更大的商業(yè)規(guī)模發(fā)電廠就能改變夏威夷的能源構(gòu)成，目前，夏威夷77%的電是燃油發(fā)電。洛克希德的合作者，麥凱海洋工程公司的貝靈格說，如果OTEC能達(dá)到10萬千瓦的發(fā)電能力，那么，不僅對夏威夷，對世界上的其他地方，都將成為一個巨大的能源支持。

尚未成熟的技術(shù)

然而，要達(dá)到10萬千瓦的發(fā)電水平，就需要直徑30米、長度達(dá)1000米的管子。這可不是輕而易舉的小挑戰(zhàn)，貝靈格解釋：這些龐大的結(jié)構(gòu)都要垂直漂浮于海洋之中，來自海流和漂浮平臺的晃動都會對平臺表面造成很大的壓力和張力——人們?nèi)绾五^定和安裝這種平臺呢？

小規(guī)模的設(shè)計已經(jīng)遇到了問題。2003年，印度工程師在建設(shè)一個1000千瓦的海洋熱能發(fā)電廠時，試圖從孟加拉灣的一艘駁船上將一根800米長的冷水管放到海中。結(jié)果，管子最后掉在了海底。印度國家海洋技術(shù)研究所主任凱斯羅利認(rèn)為，以目前的知識，人類還沒有能力建造5000～10000千瓦的海洋溫差發(fā)電廠。

不過，假如這項(xiàng)技術(shù)對綠色能源市場產(chǎn)生了顯著影響的話，它就可能擴(kuò)大規(guī)模?？肆_克從1980年起，就一直為夏威夷大學(xué)、美國能源部或其他部門從事OTEC的設(shè)計。他說：“試點(diǎn)測試已經(jīng)成功，這不是設(shè)計的問題，而是經(jīng)濟(jì)合算的問題?！?/p>

克羅克于1988年籌建了OCEES公司，最近，他離開了OCEES，開始組建能源收獲系統(tǒng)公司，該公司有一個雄心勃勃的計劃——在印度尼西亞的海岸建成一個發(fā)電10萬千瓦的OTEC電廠。所發(fā)的電力將用來制氫，氫是綠色燃料，用在汽車上是零碳排放的。克羅克表示，他已經(jīng)為這一將耗資8億美元的工廠投資，一旦敲定建設(shè)合同，該工廠將于2年內(nèi)建成并運(yùn)營。

對于已經(jīng)苦等了幾十年，希望海洋熱能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的科恩來說，如此龐大的工廠似乎野心太大，特別是又加上了氫氣生產(chǎn)，因?yàn)榈侥壳盀橹?，氫的配送結(jié)構(gòu)在很大程度上還沒有開發(fā)出來。

科恩警告說：“過快地擴(kuò)大規(guī)?？赡苁怯酗L(fēng)險的。我也愿意看到海洋熱能快速發(fā)展，但我們還是謹(jǐn)慎為妙?！?/p>

冷水變空調(diào)

正當(dāng)全世界各國政府和私人公司忙于為海洋熱能投資的時候，該技術(shù)的一項(xiàng)分支已經(jīng)開始安裝并運(yùn)營了。這一技術(shù)不是為了發(fā)電而駕馭冰冷的深海水，加拿大的多倫多市利用來自安大略湖底的水來為城中建筑降溫。夏威夷萬瑪納魯?shù)柠渼P海洋工程公司最近幫助建設(shè)了這一城市冷水空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)該系統(tǒng)全部接通市中心的建筑物時，將節(jié)省6萬千瓦的電力。這個系統(tǒng)通過三條5公里長的管道將水深80米的4℃湖水泵入城市中的建筑物內(nèi)，這些冷水可當(dāng)作空調(diào)使用。

麥凱在夏威夷的火奴魯魯也用了類似的冷水空調(diào)系統(tǒng)。麥凱公司的貝靈格說：“海洋熱能是大獎，但冷水空調(diào)也能在削減能源需求上起很大作用，而且現(xiàn)在就能做到?！?/p>