海洋温差能国内外发展现状及对策建议

海洋温差能国内外发展现状及对策建议

一、世界海洋温差能技术及产业概述

海洋温差能是指利用海洋中受太阳能加热的表层水与较冷的深层水之间的海洋温差而获得的能量。海洋温差能用途广泛，不仅可以用来发电，还可以进行海水淡化，深层冷海水还可作为空调系统、海水养殖的冷源。

海洋温差能资源主要集中于低纬度地区，海洋温差能应用技术的研究也就主要集中在海洋温差能资源丰富的地区和国家如美国、日本、法国等。我国海洋温差能技术研究起步较晚，但各项关键技术研究正在积极开展，尤其是国家海洋局第一海洋研究所刘伟民团队突破了利用海洋温差发电的关键技术，“15千瓦海洋温差能发电装置研究及试验”课题在青岛通过验收，使我国成为继美国、日本之后的第三个独立掌握海洋温差能发电技术的国家，并且刘伟民团队设计的热力循环方式发电效率已超过美国、日本。

二、海洋温差能全球创新资源地图

（一）总体格局

通过对国内外专利及科技文献的分析，了解海洋温差能产业重点创新机构的全球布局情况及重点技术，绘制了海洋温差能全球创新资源地图，如图1所示。

图1　海洋温差能全球创新资源地图

（二）重点区域

海洋温差能产业创新资源主要集中在美国、欧洲和日本等国家和地区，如洛克希德·马丁、DCNS、东芝等公司及佐贺大学掌握了海洋温差能的关键技术和专利。我国目前也具有一定的技术基础，但与美国、日本等国家相比，技术实力还有差距。海洋温差能产业技术研发与设备生产主要包括两个部分，首先是海洋温差能发电系统及装置结构设计与制造，以及海洋温差能其他应用技术；其次是海洋温差能系统各关键部件的设计制造，有热交换器、管道、闪蒸器、冷凝器，以及热交换器的清洁、防止微生物积累的方法。全球重点区域、重点机构、主要技术和产品详见表1。

表1　世界海洋温差能产业重点区域简表

三、海洋温差能关键技术和主要产品

海洋温差能关键技术主要包括海洋温差能发电系统的设计制造及系统关键组成部件的设计制造。关键组成部件包括热交换器、管道、闪蒸器、冷凝器等。

（一）海洋温差能发电系统

在发电装置方面的研究和应用主要是美国、日本等国家，拥有大量专利，并已进行试验研究，其中部分装置已投入使用。我国在系统集成技术方面主要是试验研究，近年来专利申请量逐步上升。

世界海洋温差能发电系统主要专利由美国（46件）、日本（9件）、中国（6件）和韩国（5件）所掌握，其中有15项专利是在2012年～2013年获得授权。

1.国外研究现状

美国夏威夷自然能源实验室建设名为“Mini-OTEC”的海洋温差发电装置。该实验室与檀香山海洋工程及能源系统公司建造一座1～1.2兆瓦发电装置在2009年投入运行。

美国洛克希德·马丁公司在夏威夷的Big Island建造一座海洋温差发电站，这座发电站的装机容量可达10兆瓦。在2015年左右将继续建造100兆瓦级的大型电站。洛克希德·马丁公司在海洋温差发电系统方面共拥有6项专利。在2008～2010年有5项专利获得授权。

海洋工程与能源系统国际公司准备在印尼建造100兆瓦的海洋温差发电厂。日本东芝和东京电力公司在瑙鲁岛建成一座100千瓦的海洋温差发电装置，在鹿儿岛建成一座兆瓦级的同类电站。

日本佐贺大学是海洋温差能技术领域重要的研究机构，拥有多项专利，并进行了多项海洋温差电站的试验。

法国DCNS公司在2010年11月建设海洋热能转换（OTEC）试点工厂，将在2015年提供10兆瓦稳定的输出。

日本九州电力公司采用板式热交换器建设50千瓦海洋温差能试验电站。

2.我国的主要研究成果及进展

我国在海洋温差能发电系统领域主要研究机构及成果如表2所示。

表2　国内在海洋温差能发电系统方面的主要研究成果

国家海洋局第一海洋研究所作为驻青的科研机构，重点开展闭式海洋温差能利用的研究，完成海洋温差能闭式循环的理论研究工作，承担的“15千瓦海洋温差能发电装置研究及试验”课题在2012年通过验收。

中科院广州能源研究所在国内较早开展海洋温差能利用研究，完成开式海洋温差能转换试验模拟装置与雾滴提升循环试验研究。

国家海洋技术中心开展国家海洋可再生能源专项资金项目“海洋观测平台海洋温差能供电关键技术研究与试验”研究。

上海交通大学机械与动力工程学院开展国家863计划课题“海洋温差能发电系统研究与改进”的研究，拥有多项专利，侧重于海洋温差能驱动装置、热交换器装置的研究。

华彬集团旗下的Opus公司的主要研究领域包括海洋热能转换技术。在2013年4月13日与世界著名系统集成商美国洛克希德·马丁公司在北京签署协议，在海南建造一座10兆瓦的近海发电厂，该发电厂将使用海洋热能转换技术。

（二）关键组成部件

1.热交换器

图3　全球热交换器技术专利情况

美国洛克希德·马丁公司、法国DCNS公司在发电装置系统集成技术及关键组件（热交换器等）制造技术方面均有研究，拥有多项专利技术，并将热交换器应用于发电装置。国家海洋局第一海洋研究所对适用于海洋温差能装置的低成本高效换热器进行了研发。

2.管道

表2　国内在海洋温差能发电系统方面的主要研究成果

美国洛克希德·马丁等九家公司拥有管道技术的专利16项，其中美国海马设备公司、美国阿贝尔基金会分别在2013年获得1项专利的授权；法国道达尔公司在2011年获得2项专利的授权。

3.闪蒸器、冷凝器与透平装置

美国能源部、美国海军开展联合研究，在1984年取得1项闪蒸器的专利。

台湾工业技术研究院在2010年取得“海洋温差发电系统及其冷凝器”的专利。

我国昆明理工大学在2009年取得“用于低沸点工质低温热能热力发电和工业余压动力回收透平装置”专利。

闪蒸器、冷凝器与透平装置获得授权的专利较少。国家海洋局第一海洋研究所成功研制了15千瓦微型氨透平（又称为涡轮），根据海洋温差能发电装置的技术需求选择双机头透平，减少了单机头透平轴向推力对透平效率的影响。

（三）其他相关技术

1.系统维护及材料技术

系统维护及材料技术属于海洋温差能发电系统的重要组成技术。美国夏威夷大学在1980年取得“清洁热交换管的方法”的专利，美国太平洋电力公司取得“防止微生物积累的方法”的专利。韩国仁荷大学在2002年取得“使用水溶性高分子材料减少阻力暖流与提高海洋热能转换的方法”的专利。

2.除发电外的应用

海洋温差能转换主要用于发电，其他应用包括提取气体等。在提取气体技术方面美国洛克希德·马丁公司、美国海军均拥有1项提取氢气的专利；美国约翰霍普金斯大学拥有1项甲醇提取的专利。

四、海洋温差能产业有待解决的问题

海洋温差能作为新兴的可再生能源，应用前景广阔，但海洋温差发电及相关产业链的真正完善，还面临着一系列问题。

首先是管道材料问题。在实际操作中，要产生相当规模的电能，就必须让表层海水和深层海水循环流动起来，因此管道要在深海承受巨大的大气压力、不断摇摆的洋流压力以及频繁变化的水温。尽管在前面已经提到过管道技术的专利，但仍与实际需要存在差距。

据海洋专家推测，10兆瓦的电站预计需要一根直径13英尺的大管道。而要用于100兆瓦或更高容量的电站，预计其直径要达到33英尺，在水下延伸1000米。此外，管道必须在现场生产。

其次是海洋温差能利用带来的海洋生态环境问题，在技术上仍没有完善的解决方案。对深海领域进行水流动与循环，且建造规模性设施，必然会影响到海洋生态环境，如海洋生物有可能会被卷入管道。

五、青岛市海洋温差能的发展基础、存在问题及对策建议

（一）发展基础

海洋温差能发电的原理是海洋表层海水的温度在太阳强烈照射下可达到25℃以上，水深500米以下的深层海水温度只有5℃左右，二者存在20℃以上的温差，经过一系列的发电装置实现持续发电。青岛市地处北纬36度附近，周边海域温度差达不到温差发电的要求，而青岛市拥有中国海洋大学等众多的涉海研究机构，其中国家海洋局第一海洋研究所在2012年取得了海洋温差能发电关键技术的突破，为青岛市发展海洋温差能相关产业奠定了基础。因此，选择发展海洋温差能发电设备制造产业是可行的。

同时，我市的工业制造基础较为雄厚，结合海洋温差能关键技术的突破，适宜发展海洋温差能发电设备制造产业。目前国家海洋局第一海洋研究所正与中国海洋石油公司洽谈合作建设海上钻井平台用海洋温差能发电装置。

（二）存在问题

首先，国家海洋局第一海洋研究所虽然在技术上实现了突破，但目前主要处于试验研究阶段，且研发的15千瓦海洋温差能发电装置与美国、日本等国家在技术上仍有较大差距。美国、日本分别在1979年、1981年建设53千瓦、100千瓦海水温差发电试验装置，并已建成多座投入实际运行的电站，在海洋温差能发电装置上拥有多项发电系统与关键组成部件的专利。

其次，青岛市海洋温差能技术研发单位主要是国家海洋局第一海洋研究所等研究机构，目前尚未有企业的参与。而国外在海洋温差能资源开发利用上主要由企业完成，大学、研究机构参与联合开发，这种产学研合作的模式将加速推进科技成果转化。

（三）青岛市海洋温差能发展的对策建议

（1）发挥政府引导作用，加大财政金融等政策扶持力度，引导企业积极开展海洋温差能技术研发与发电设备制造。政府应出台海洋温差能开发利用相关政策措施，让企业明确海洋温差能开发利用的重要意义，鼓励和支持企业进行海洋温差能开发利用技术研究与发电设备制造。建议我市重点支持海洋温差能发电系统技术、管道技术、热交换器技术等关键技术研发。

（2）搭建海洋温差能技术创新服务平台，整合青岛市海洋温差能研究资源。除了前面提到的国家海洋局第一海洋研究所已掌握了15千瓦海洋温差能发电关键技术，我市还有多家研究机构开展海洋温差能的研究。其中，正在建设的青岛海洋科学与技术国家实验室已将海洋资源开发作为六个重点研究方向之一；中国海洋大学是我国较早开展海洋温差能发电研究的单位。通过搭建青岛市海洋温差能技术创新服务平台，整合青岛市海洋温差能研究资源，形成合力，发挥整体优势，开展海洋温差能开发利用技术研究。

（3）加强对外合作，提高海洋温差能开发技术水平，推动青岛市海洋温差能发电设备制造产业发展。国家海洋局第一海洋研究所正与美国洛克希德·马丁公司、日本佐贺大学、国内的华彬集团积极寻求合作，开展技术研究及应用开发。华彬集团准备在青岛市建设海洋温差能发电设备制造基地。海洋温差能研发实力的提升将助推青岛市海洋温差能发电设备制造产业快速发展。

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http://www.gmw.cn/ny/2013-04/24/content-7427570.htm

编写:周文鹏　赵　霞

编审:谭思明　李汉清