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海洋熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng),這幅圖顯示,海洋熱能轉(zhuǎn)換工廠的熱交換如何進(jìn)行。海洋表層水與深層水之間的熱差,可用來(lái)產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。來(lái)源:洛克希德•馬丁公司
有可能,未來(lái)能源生產(chǎn)可利用地球上熱帶地區(qū)溫暖的海洋,利用天然熱差,在水中驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。這會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單一些,但是,很有趣,需要一根大管子,直徑33英尺,在水下延伸一公里。從我們的環(huán)境中看,那就有紐約地鐵隧道寬,兩個(gè)半帝國(guó)大廈高。
“要產(chǎn)生相當(dāng)大的電力,海洋熱能轉(zhuǎn)換工廠就必須使水流動(dòng),”勞里•邁爾(Laurie Meyer)說(shuō),他是洛克希德•馬丁公司(Lockheed Martin)海洋熱能轉(zhuǎn)換廠(OTEC :Ocean Thermal Energy Conversion)的首席技術(shù)官,正在建設(shè)一根新管道,用于10兆瓦的試驗(yàn)工廠。這種結(jié)構(gòu)也需要承受不斷搖擺的洋流壓力,3200英尺深的大氣壓力,以及變化的水溫,它就是要利用這種水溫,所以,制造這根管道一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。這就是洛克希德公司的做法。
海洋是巨大的熱水庫(kù),特別是在熱帶,那里有溫度差,溫暖的表層水和冰涼的深層水溫差可達(dá)到40華氏度以上。這種溫差可用來(lái)驅(qū)動(dòng)熱力發(fā)電機(jī),需要運(yùn)用的一些原理是來(lái)自公用事業(yè)發(fā)電廠,還有一些來(lái)自冷藏。溫暖的表層水進(jìn)入熱交換器,蒸發(fā)氨溶液,產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī),然后,氨重新冷凝,這要使用冷海水。然后,把水抽回海洋,比抽進(jìn)來(lái)的時(shí)候溫暖幾度。但是,要使能源生產(chǎn)達(dá)到傳統(tǒng)化石燃料電廠的規(guī)模,也就是100兆瓦或更高的水平,那就需要大量的水。
洛克希德公司首次探討海洋熱能轉(zhuǎn)換是在20世紀(jì)70年代,今天重新研究這一概念,是因?yàn)槟茉磧r(jià)格上漲。一座10兆瓦的電廠預(yù)計(jì)今年晚些時(shí)候投入運(yùn)營(yíng)。依靠美國(guó)海軍的撥款,洛克希德公司設(shè)計(jì)了一種新型復(fù)合材料,用來(lái)制造管道,工程師們一直在制造樣機(jī),公司的工廠在加州(Calif)森尼維爾(Sunnyvale),完整尺度的海洋熱能轉(zhuǎn)換管道就會(huì)制成,就在發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng),需要直接在水中擠壓成型。
一根3200英尺長(zhǎng)、33英尺寬的管道,不可能首先在工廠制成,再拖入海洋,沉入水中,邁爾解釋說(shuō)。這有運(yùn)輸方面的挑戰(zhàn),要用鐵路或駁船運(yùn)輸,此外,也不可能把它抬升到合適的角度,再沉降到適當(dāng)?shù)纳疃取O喾?,洛克希德公司?huì)在現(xiàn)場(chǎng)制造,采用的一些技術(shù),公司最初開發(fā)出來(lái)時(shí),是為了建造宇宙飛船。
這一制造工藝稱為真空輔助樹脂傳遞成型(VARTM:vacuum-assisted resin transfer moulding),正是這一同樣的基礎(chǔ)工藝,波音公司曾用來(lái)制造787夢(mèng)想飛機(jī)(787 Dreamliner)。真空輔助樹脂傳遞成型通常采用聚酯(polyester)或乙烯基樹脂(vinyl resin),用玻璃纖維強(qiáng)化,洛克希德公司在沉降時(shí),要采用定制的比例(他們因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)原因,沒有透露),可滿足所有靈活性和穩(wěn)定性的要求,用于冷水管。
海洋熱能轉(zhuǎn)換廠的尺度比較:海洋熱能轉(zhuǎn)換廠的冷水進(jìn)水管至少需要1公里長(zhǎng),大約有三個(gè)帝國(guó)大廈高。來(lái)源:洛克希德•馬丁公司
邁爾說(shuō):“我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng),可以采取這一工藝,而且使它垂直,這使我們可以抽出部分管道。”在制作一段時(shí),纖維和樹脂要倒入模具,讓它們凝固,就像混凝土那樣。真空會(huì)消除任何缺陷和氣泡,就地留下完全形成的管道。邁爾表示,洛克希德公司會(huì)分段建造,它們的尺寸仍有待確定。
“一段建造得越長(zhǎng),建成全長(zhǎng)管道就越快,但會(huì)有一些實(shí)際的限制,屬于處理完工部分方面的,”她說(shuō)。
她補(bǔ)充說(shuō),要在平臺(tái)上,這些部分才能成型,平臺(tái)必須建成,要能夠抵御大風(fēng),風(fēng)暴,洋流等現(xiàn)象,而洛克希德公司使用的一些技術(shù),是海上鉆井行業(yè)首創(chuàng)的。
為了建造10兆瓦的發(fā)電廠,洛克希德公司正在建設(shè)一根直徑4米的管道(約13英尺)。要建造完整尺度的100兆瓦的發(fā)電廠,管道直徑就需要10米或33英尺。管道的長(zhǎng)度取決于冷水的深度,在有些潛在的海洋熱能轉(zhuǎn)換地點(diǎn),冷水可能潛伏在約1000米的深度,而在其他地方,可能會(huì)淺一些。世界上有很多地區(qū),海洋熱能轉(zhuǎn)換廠都可以運(yùn)行,大多是在赤道圍繞。
例外,也必須建造管道,以避免吸入海洋生物。深層冷水營(yíng)養(yǎng)豐富,但沒有數(shù)量密集的海洋生物,因?yàn)槟抢锓浅0?,但是,有許多哺乳動(dòng)物,魷魚和其他生物,在這個(gè)深度,可能會(huì)游過(guò)進(jìn)水管。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署正與洛克希德公司確定最高進(jìn)水速度,這樣,動(dòng)物就可以安全游過(guò)去,而不會(huì)被吸進(jìn)管道中。
最終,海洋熱能轉(zhuǎn)換廠會(huì)有益于熱帶地區(qū),比如夏威夷,菲律賓等等,或是一些海軍基地,目前,這些地方都是依賴運(yùn)進(jìn)化石燃料。它可以代替或補(bǔ)充傳統(tǒng)發(fā)電廠,用于大規(guī)?;d電力,洛克希德公司這樣說(shuō)。但是,它的運(yùn)行離不開巨大的管道。