首次提出利用海水溫差發(fā)電設(shè)想的是法國物理學(xué)家阿松瓦爾。1926年，阿松瓦爾的學(xué)生克勞德試驗(yàn)成功海水溫差發(fā)電。1930年，克勞德在古巴海濱建造了世界上第一座海水溫差發(fā)電站，獲得了10千瓦的功率。1979年，美國在夏威夷的一艘海軍駁船上安裝了一座海水溫差發(fā)電試驗(yàn)臺(tái)，發(fā)電功率達(dá)53.6千瓦。1981年，日本在南太平洋的瑙魯島建成了一座100千瓦的海水溫差發(fā)電裝置，1990年又在鹿兒島建起了一座兆瓦級(jí)的同類電站。
海洋溫差能發(fā)電原理如下：深層低溫海水由冷水泵通過冷水管抽入冷水工作管道，表層溫水由溫水泵通過溫水管抽入溫水工作管道。溫水通過管道流經(jīng)充滿氨水的蒸發(fā)器將氨水加熱為氨氣，氨氣通過工作管道被輸送到渦輪機(jī)并帶動(dòng)渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從渦輪機(jī)出來的氨氣沿工作管道被輸送到冷凝器，深層冷海水流經(jīng)冷凝器將氨氣轉(zhuǎn)換為氨水。氨水由工作流體泵被繼續(xù)輸送到蒸發(fā)器，冷水與溫水被排水管排回海洋。如此反復(fù)循環(huán)，以達(dá)到利用海洋溫差能的目的。
溫差發(fā)電是海洋溫差能利用的主要方式。按照工質(zhì)及流程的不同，海洋溫差發(fā)電的工作方式可分為有閉式循環(huán)和開式循環(huán)。兩種循環(huán)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。
1.開式循環(huán)
當(dāng)溫海水進(jìn)入熱交換器(蒸發(fā)器)加熱氨等低沸點(diǎn)工質(zhì)，使之蒸發(fā)，產(chǎn)生絕對(duì)壓力約2.4千帕的蒸汽。該蒸汽膨脹后，驅(qū)動(dòng)低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)力。該動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。做功后的蒸汽經(jīng)冷海水降溫而冷凝，減小了汽輪機(jī)背后的壓力，同時(shí)生成淡水。開式循環(huán)過程中要消耗大量的能源：在海水進(jìn)入真空室前，需要開動(dòng)真空泵將溫海水中的氣體除去，造成真空室真空;在淡水生成之后，需要用泵將淡水排出系統(tǒng);冷卻的冷海水要從深海抽取。這些都需要從系統(tǒng)產(chǎn)生的動(dòng)力中扣除。當(dāng)系統(tǒng)存在效率不高、損耗過大、密封性不好等問題時(shí)，就會(huì)造成產(chǎn)能下降或耗能增加，系統(tǒng)扣除耗能之后產(chǎn)生的凈能就會(huì)下降，甚至為負(fù)值。因此，降低流動(dòng)中的損耗，提高密封性，提高每個(gè)泵的工作效率，提高換熱器的效率，就成為系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。
開式循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生電力的同時(shí)還產(chǎn)生淡水;缺點(diǎn)是用海水作為工質(zhì)，沸點(diǎn)高，汽輪機(jī)工作壓力低，導(dǎo)致汽輪機(jī)尺寸直徑約5米，機(jī)械能損耗大，單位功率的材料占用大，施工困難等。目前世界上凈輸出最大的開式循環(huán)溫差能發(fā)電系統(tǒng)是1993年5月在美國夏威夷研建的系統(tǒng)，凈輸出功率達(dá)50千瓦，打破了日本在1982年建造的40千瓦凈輸出功率的開式循環(huán)溫差能發(fā)電記錄。
2.閉式循環(huán)
在閉式循環(huán)中，溫海水通過熱交換器(蒸發(fā)器)加熱氨等低沸點(diǎn)工質(zhì)，使之蒸發(fā)。工質(zhì)蒸發(fā)產(chǎn)生的不飽和蒸汽膨脹，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，產(chǎn)生動(dòng)力。閉式溫差發(fā)電。該動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。做功后的蒸汽進(jìn)入另一個(gè)熱交換器，由冷海水降溫而冷凝，減小了汽輪機(jī)背后的壓力。冷凝后的工質(zhì)被泵送至蒸發(fā)器開始下一循環(huán)。閉式循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)在于工質(zhì)的沸點(diǎn)低，故在溫海水的溫度下可以在較高的壓力下蒸發(fā)，又可以在比較低的壓力下冷凝，提高了汽輪機(jī)的壓差，減小了汽輪機(jī)的尺寸，降低了機(jī)械損耗，提高了系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率;缺點(diǎn)是不能在發(fā)電的同時(shí)獲得淡水。從耗能來說，閉式系統(tǒng)與開式系統(tǒng)相比，冷海水和溫海水流動(dòng)上所需的能耗是一致的，不一致的是工質(zhì)流動(dòng)的能耗以及汽輪機(jī)的機(jī)械能耗，閉式系統(tǒng)在這兩部分的能耗低于開式系統(tǒng)。
無論是開式循環(huán)還是閉式循環(huán)，都類似于常規(guī)熱電站的工作方式，不同的是海洋溫差發(fā)電工作溫度低些，所需熱最來源于海水而不是燃料燃燒產(chǎn)生的熱能。海洋溫差能發(fā)電與潮汐能和波浪能發(fā)電不同之處在于它可提供穩(wěn)定的電力。為使海洋溫差發(fā)電實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，目前各國正致力于相關(guān)技術(shù)難題的攻關(guān)。
海水溫差發(fā)電涉及耐壓、絕熱、防腐材料、熱能利用效率等諸多問題，目前各國仍在積極探索中。出于對(duì)地理因素影響與經(jīng)濟(jì)效益的考慮，世界各國對(duì)于溫差發(fā)電的推動(dòng)尚無出色的成績。我國地理環(huán)境適合，在提倡利用可再生能源的今天，對(duì)于溫差發(fā)電的相關(guān)研究工作，國家應(yīng)該給予更多的支持。
我國是國際公認(rèn)的最有開發(fā)海洋溫差發(fā)電潛力的地區(qū)之一。臺(tái)灣東部面臨太平洋，沿岸陡降，離岸不遠(yuǎn)處水深即可達(dá)1000米，海水溫差經(jīng)年維持在20℃以上，且有黑潮暖流通過，有利于溫差的提高。我國東部海域蘊(yùn)藏著3000兆瓦的海洋溫差能源尚待開發(fā)。
