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美国海军计划建造海洋热能转换工厂

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太阳的热量使得关岛附近的海面温度能达到27度左右。不过尽管如此,3000英尺下的海水的温度却只有寒冷的4度左右。
存在于海水中的巨大温差可以为美国海军提供无限的电能。
美国军方计划在2014年前将日本冲绳的8000名海军陆战队员及17000名家属转移到关岛。不过这些新居民和扩建后的军事设置可能会使关岛的电力供不应求,关岛目前的电力供应完全依靠进口的石油。
美国海军认为“海洋热能转换”方案可能是解决关岛——还有迭戈加西亚、夸贾林环礁和夏威夷——未来电力难题的办法。
其实,将海水中存在的温差转换成电能并不是什么新想法。这个概念早在1881年就已经有了,而第一个海水热能转换电厂是1930年在古巴建造的。
不过因为经济和政治问题,直到今天之前,海水热能转换都一直没有被放到其该有的位置上。而现在,由于石油价格的不确定、供应能力有限但同时需求又在不断上升,因此,依靠海水温差的发电厂又重新引起了人们的兴趣。
这个概念听起来是比较简单的。将被太阳加热后的表面的海水抽送到热量转换器中,在那里对沸点非常低的液体进行加热。氨水就可以作为这种沸点非常低的液体来使用,另外,氟化碳和其他一些碳氢化合物也可以。液体在达到沸点后蒸发并迅速膨胀,由膨胀的蒸气所带来的压力驱动涡轮发电机,从而产生电力。
接着,当蒸气通过涡轮机后,就被输送到一个压缩机中。在那里,来自海洋深处的冰冷的海水会把其温度降低,并使其变回成液态。这些液体随后又会被输送回热量交换器中,随后再重复整个过程。
就是这样,除了温度不同的海水之外,没有用到其他任何燃料,因此不会产生任何的污染。海水热能电力转换还为依赖国外进口石油这一问题的解决提供了可行的办法。
在1970年代,海水热能电力转换曾引发了美国人的热情。在那个时候,阿拉伯世界针对美国的石油禁运使得石油价格飞涨,并且供应紧张。不过禁运到了1974年结束了,随后,美国人对海水热能电力转换和其他替代能源的兴趣也就逐渐淡了下来。

启动成本
现在,美国人的兴趣又再次上来了。不过,海洋热能电力转换依旧面临着一些大问题。其中,很大的一个问题就是启动成本太高。
“一个拥有100到200兆瓦特发电能力的海洋热能电力转换工厂的发电成本与进口石油差不多。”罗伯特•华莱(Robert Varley)说道,他是洛克希德•马丁公司海洋热能电力转换部门的主管。这些电量足够满足25000到50000户家庭的使用需要。但是,这样一个发电厂的成本需要150亿美元——这个数字大大超出了目前任何人愿意投入的金额。
另外,华莱还认为,在建造一个100兆瓦特的发电厂前,比较明智的做法是先造一个10兆瓦特左右的小型发电厂,以此来证明这一想法的可行性,并且解决一些技术上的问题。但是,这样做的代价也是非常的大。
造一个10兆瓦特的发电厂是不能收回成本的,因为这样一个电厂能够生产的电力太少,不足以获得盈利。所以,几十年来,海洋热能电力转换一直是一个充满诱惑的科学实验。
不过现在,这有可能会得到改变。美国海军于4月份宣布在今年年底将会签署一个建造海洋热能电力转换厂的合同。建造这样一个发电厂的目的是为了满足美国海军位于印度洋的迭戈加西亚基地以及其他海军基地的使用需要。
另外,在今年2月份,美国海军开始了一个海洋热能电力转换厂是否能满足关岛“现在和未来大量用电需要”的可行性研究。不仅如此,海军还想要这厂能生产出新鲜的饮用水。
这个与前面所说的海洋热能电力转换厂有些不同。刚才讨论的是“封闭式循环”发电机,这样叫是因为液体转换成蒸气然后再回到液体这个过程是不断重复的,并且液体是不离开那个系统的。
而美国海军比较倾向于一个“开放式循环”系统。在这样一个系统里,温暖的海水被注入到一个低压的空间里。由于低压,一部分水变成蒸气,并驱动涡轮机来产生电力。
当海水成为蒸气时,海水中的盐分沉淀下来,这样当蒸气离开涡轮机时,经过压缩就能成为新鲜的水,用来饮用、浇灌或者其他用途。
1993年,在夏威夷进行了一个开放型海水热能电力转换厂的试验。根据美国能源部的介绍,该厂能够生产50千瓦的“有效功率”。有效功率指的是生产的全部电能减去用以维持电厂持续工作的电能之后还剩下的。
把海水热能电力转换厂中必须使用的冷水从海洋深处抽送上来就需要消耗大量的电能。举例来看,1979年,一家50千瓦的海水热能电力转化厂生产了52千瓦的电能,不过除去消耗的之后只剩下15千瓦可用。

技术上的挑战
尽管在科学上很完美,要建造一个大型的海水热能电力转化长在技术上还面临有多挑战。其中的一个挑战就是要建造一个3000英尺长的大直径冷水管道。不仅如此,这个管道还要能经受得起海水环境的考验。
洛克希德公司与美国能源部签署了一份价值120万美元的合同。该公司目前正在按照合同上的要求,建造一个由玻璃纤维与合成材料建造的管道原型。“站在技术的角度来看,这是可行的。”华莱说,“而在实际上,我们需要考虑的是我们能以多低的成本来造出它。”
在水里通过的电流可以将水分解成氢原子和氧原子。氢原子能被用作燃料,或者也能用来与空气中的氮原子结合而变成氨。氨也是一种燃料——能用来发动公共汽车和火箭——并且还能用于多种工业用途。
“如果能在短时间内获得足够的资金,我们就有能力在2013年走造出一个海水热能电力转化厂的示范性样本。”丹尼斯•库珀(Dennis Cooper)说道,他是洛克希德公司海水热能电力转换的项目经理。
即使通过这一方法,想要在很短的时间内就解决关岛上海军陆战队的用电问题也是不可能的。不过现在可以开始这个过程,这样的话,在一代人的时间内可以实现通过海水热能电力转换来为关岛——或者是夏威夷或迭戈加西亚——提供其所需的全部用电量,洛克希德的一位官员这样说道

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