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海洋温差发电
Ocean Thermal Energy Conversion
邹荻凡(中国科大2010级001班)PB10000653
导言:在现代社会中,能源短缺成为社会的一大问题,就目前而言,人类已经发现了现在正在广泛使用的化石燃料能源已经面临用完的危机,并且也意识到了化石燃料大量使用而造成的环境不可逆转的污染,随着能源问题的日渐严峻,寻找一种安全,干净,高效的新型能源已经成为了全世界共同努力的目标。我们知道其实我们生活的环境中的能源是非常充裕的,但是问题就是,我们该如何去利用这些能源,换一句话说就是,我们该如何的将这些能源转化为我们可以直接利用的能源,温差发电就是一种比较好的选择。
温差发电的原理
温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应,将热能转化为电能的一种技术。有两种不同类型的半导体构成回路(图一)
(1)
当装置的一段处于高温状态,另一端处于低温状态,就会在回路中形成电动势:
其中:为低温端的温度,为高温端的温度,为半导体热电材料的赛贝克系数。
而在实际的应用中将多个这种热电装置串联起来,就可以构成一个热点转换模块,目前该商品已经面世。由Hi-z公司生产的热电转换模块系列,该模块系列能在-20℃到300℃的范围内有效的进行热电转换,~19W,~(2)。
海水温差发电
1海洋温差能
温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。海洋是地球上一个巨大的太阳能集热和蓄热器。由太阳投射到地球表面的太阳能大部分被海水吸收,使海洋表层水温升高。赤道附近太阳直射多,其海域的表层温度可达25~28
℃,波斯湾和红海由于被炎热的陆地包围,其海面水温可达35℃。而在海洋深处50O~1000m处海水温度却只有3~6℃。这个垂直的温差就是一个可供利用的巨大能源。在大部分热带和亚热带海区,表层水温和1000m深处的水温相差20℃以上,这是热能转换所需的最小温差。
2、海洋温差发电原理
目前有封闭式循环系统、开放式循环系统、混合式循环系统等,其中以封闭式循环系统较成熟。
1、封闭式循环系统

图二:封闭式温差发电原理图
随着海水深度的变化,表层海水受到阳光照射,吸收能量而温度较高;而在海平面200米以下,阳光几乎无法到达,因此温度较低。海水深度越低,其温度也就越低。
海水温差发电时,需抽取表层温度较高的海水,使热交换机内的低沸点液体沸腾为蒸汽,然后推动发电机发电,再将其导入另一个交换机,使用深层海水将其冷却,如此完成一个循环。
2、开放式循环系统
图三:开放式温差发电原理图
将表层海水引入真空状态的蒸发槽中,因低压下水的沸点极低而沸腾为水蒸气,在引至凝结槽,以深层海水使之凝结成水。此过程中会在蒸发槽与凝结槽之间因压力差而形成蒸汽流,在其间加上涡轮机即可发电。另外,使用开放式循环系统发电会在凝结槽中形成淡水,可供使用,这是它的有利之处。
3、混合式循环系统
混合式循环系统综合封闭式循环系统和开放式循环系统,第一阶段使用封闭式循环系统,第二阶段使用开放式循环系统。
3、海洋温差发电站
利用海水表层(热源)和深层(冷源)之间的温度差发电的电站,叫海水温差发电站(图四)。早在1881年9月,巴黎生物物理学家德·阿松瓦尔就提出利用海洋温差发电的设想。