海洋，这个地球上最大的太阳能收集器吸收了蔚为壮观的太阳能源：每年相当于37万亿千瓦——是全世界人类所用电力总量的4000倍。在典型的1平方英里的洋面——所蕴含的能量超过7000桶石油。

自从最古老的水车诞生以来，人类就设法从海洋中的海浪、海流和潮汐中获得能量。然而，最有远景希望的设想莫过于采用直接抽取被储存的热能的方法：海洋热能转换（OTEC），即利用被太阳照热的海水与海面下2500英尺深处的冷水之间的温差来产生电力。在夏威夷西海岸景色葱翠的卡鲁阿-考那（Kailua-Kona）附近古老的黑色火山岩床上，一座实验性的发电厂正产生100千瓦的净输出电力。除了没有空气污染和不必消耗放射性燃料之外，OTEC发电厂所产生的副产品不仅无害，而且颇有使用价值：日产7000加仑口味清新的脱盐海洋净水，其质量可与最好的瓶装水媲美。

据支持建造这种电厂的人士指出，建造在海岸边或距岸边不远的海上OTEC发电厂，只要使用大型常规设备就可能为热带区域，包括像夏威夷群岛这样的地方，提供足够的电力和水源，从而节省从外地进口成本高昂的燃料。

宾夕法尼亚州的约克海洋太阳能动力研究机构（Sea Solor Power of York）正计划在印度塔米尔 · 那都（Tamil Nadu）邦的海边建造一座100兆瓦的浮动OTEC电厂。其它的计划包括在马歇尔群岛和维尔京群岛建造较小的电厂。一项研究报告显示，大约有98个热带国家和地区能得益于这项技术。

OTEC有比其它海洋能源项目优越的众多特点。例如，最大的海浪驱动发电装置只能产生几千瓦的电能。海浪和海流的能源潜力较低——即它们并不能持久性地提供足够的动力来驱动发电机组。潮汐虽有较强大的潜动力，但目前利用它的现代技术仍显得成本过高，并且局限于常规注潮汐落差达到16英尺的为数不多的海岸。在布列塔尼（Brittany）港湾建造的一座潮汐电站可产生240兆瓦的电力。而在新斯科舍（Nova Scotia）的安娜波利斯河口的北美唯一的实验电站能产生50兆瓦的电力。

然而，OTEC不受变幻莫测的海浪和潮汐的影响。储存在海洋中的太阳能取之不竭。更为理想的是，“只要太阳照射在洋面上，这种‘燃料’就永远是免费的。”卡鲁阿-考那实验发电厂工程的主任卢易斯 · 维加（Luis Vega）指出。

热带海洋表层的典型水温约为80℉，而深层的水温则在冰点以上几度徘徊。这种温度递减变化率使OTEC的典型能量转换为3~4%。正如任何一位工程师都懂得的，在热源（这里为热水）与冷源（冷水）之间的温差越大，能量转换系统的效率就越大。相比较而言，温差在500℉左右的常规燃油和燃煤来产生蒸气的发电厂具有约30~35%的热效率。

为了弥补热效率的不足，OTEC过程必须处理大量的海水，这就意味着OTEC发出的电力在并入民用电网之前已耗费了不少。实际上，差不多20-40%的电力要花在将海水泵入进水管道和OTEC的循环系统之中。维加指出，运转卡鲁阿-考那实验电厂需耗费约150千瓦的成本，而较大的商业电厂有可能将这一成本的百分比降低。

这就是为什么OTEC的设想在诞生一个世纪之后，研究人员们仍在为研制和设计这种类型的电厂而孜孜不倦地工作着，即这类发电厂既要能够稳定地产生出超过水泵所需的更多的电力，又要在腐蚀性的海洋气候条件下让设备和整个工程能良好地运行。“这是—个美好的工艺技术。”维加评论道。“但它需要大型的、高成本的设备。"70年代，美国政府在OTEC研究项目上投资了26000万美元。1980年总统选举之后，联邦政府停出了资助。

有一件事无可置疑 :OTEC的理论是可行的。乔治斯 · 克洛德（Georges Claude），一位曾发明霓虹灯广告的法国人实践过这一理论，1930年，克洛德设计、建造并在古巴北部海岸试运行了一座OTEC发电厂。他的OTEC专利发明称为开放式循环系统（open cycle），可产生22千瓦的电力一一可是在运行中所消耗的电力却超过产生的电力，其部分原因是由于发电厂选址的错误。克洛德的另一个尝试是在巴西沿海的海上所建的一座浮动发电厂，结果它的进水管道在风暴中被摧毁；这位不幸的发明者最终在他OTEC的奋斗中破产而去世了。

由火鲁奴高技术研究所（High Technology Research of Honolulu）的太平洋国际中心管理的卡鲁阿-考那电厂进展得较为顺利。去年9月，该电厂应用克洛德的开放式循环系统创造出OTEC的世界纪录，它生产了255千瓦的总电量，净电力为104千瓦。这座花费资金0.12亿美元，运行了5年的工程，将其所产生的电力输送给附近的天然能源实验室使用。该实验室是夏威夷致力于太阳能和海洋能源研究的部门。

想象一下飓风那剧烈的情景吧。当卡鲁阿-考那的这座OTEC发电厂运行时，你在循环进水口所见的就是这类基本的场面。在一个腔室内，气体随着海水沸腾着，并在汹涌的水面形成一股白色的笼罩物。13根白色立柱式的塑料管每分钟吞进9000加仑的海水。当内部的压力降到相当于7万英尺高度的大气压时，海水便猛烈地喷发，72℉的蒸汽向四处射出。“这种温度并不高的蒸汽可以触摸，”一位技术人员解释道，“但在那种真空条件下，你的手可能会忍受不了。”

在所产生的蒸汽快速推动汽轮发电机之后，它又被从其它管道抽进的凉海水冷凝成液体——脱盐的蒸馏水。而未被蒸发的水则被排出。由于只有不到0.5%的海水成为蒸汽，所以必须将大量的海水泵进发电厂以产生足够的蒸汽来推动这一大型、低压的汽轮机。这种局限性使得开放式循环系统产生的总电量不超过3兆瓦；进一步加大汽轮机的尺寸，增加汽轮机的重量会使承载/支撑系统不堪重负。不过，维加为解决这一难题找到一个方案。用一种新颖的、重量很轻的塑料或复合材料来制造汽轮机。以多个开放式循环系统机组可形成一座10兆瓦规模的电厂。但这一指标作为一座常规电厂来看，效果仍不理想。譬如，一座大型的核电厂，其发电量可达1000兆瓦。

另一种类型的OTEC系统，称为封闭式循环系统（closed cycle）。这种系统易于达到较大型的工业规模；从理论上来说，它可达到100兆瓦。1881年，法国工程师杰奎斯 · 阿森德 · 阿松维尔（Jacques Arsene d' Arsonval），他后来成为克洛德的者师和朋友）最早设想出这一方案，虽然他从未对它进行过试验。

按照封闭式循环OTEC系统，来自表层的热海水在一个热交换器中使加压的氨水蒸发，汽化的氨蒸汽推动汽轮机产生电力，深层的凉海水在另一只热交换器中将将氨蒸汽冷凝成液体。1979年，一座当时颇为新式的小型高水位封闭循环系统浮动试验电厂达到18千瓦的净发电量。

与加压氨装置配套使用的汽轮机已有商业制成品。这就为在安装上很花费电力的封闭循环装置提供了很大的优势。但这种工艺所要求的热交换器较大且价格高昂。明年1月，安装在一座不久将要建造的50千瓦（总电量）封闭循环实验电厂中的新型热交换器准备进行测试，该电厂的选址仍在卡鲁阿-考那地区。这只热交换器采用辊压接合的铝材料，这样就比先前用钛材料制造的降低了成本。

现场的研究人员还将监测设置在顺流方向的数只水产养殖罐，他们想了解发电厂泄漏出的胺以及加到海水中防止海藻和其它各种海洋生物腐蚀机械设备的小量氯对海洋生物的影响。

卡鲁阿-考那的这些试验电厂有助于揭示OTEC中的一个重要的未知答案：即在不断的海洋腐蚀性盐水的浸泡、拍打以及生物淤塞下，机器组件的最长寿命周期。“我们要找到防止锈烂的方法，”维加说道。

因为开放式OTEC不易增大容量，而封闭式不能制造饮用水，所以将两种系统合并或许能产生出一个最佳方案：这种OTEC综合体可以先由封闭系统产生电力，然后用开放式系统将输出的冷热海水蒸发脱盐。要是再增加一个开放式系统便可获得双倍的饮用水。

OTEC终究是一种具有极大潜力的方法——尽管仍存在相当程度的工程制造和成本上的难题。未来主义者视OTEC为全世界范围由石油向氢燃料转变过程中的一个基本要素；以海洋为基地的OTEC工厂网可以把水电解为氢。

“OTEC有益于环境保护，能提供人类能源上的所有需求，”天然能源实验室科技计划主任汤姆 · 丹尼尔（Tom Daniel）宣称。

卡鲁阿-考那开放式循环系统发电厂的经费1995年后将告罄。正如维加先生所设想的，下一步应在最适用于OTEC的热带地区建造一座有一定规模的、可运行1~2年的大约5兆瓦的有商业价值的发电厂。该座发电厂在5年的建造和改进阶段将耗费约1亿美元。“我们需要经历一个亏损的阶段来证明它将是赚钱的，”丹尼尔强调说。“我认为政府部门应该资助这一项目。”

像其它形式的可再生能源一样，如果政府部门仅仅考虑立竿见影的效果的话，OTEC计划就无法正常发展。维加指出，如果原油以目前的每桶18美元来计算而涨价1倍的话，大型的OTEC发电厂在成本上就很具有竞争力了。该油价并不包括维加等人所称的“外在因素”。例如碳氢化合物燃烧所产生的污染清理费用和油田的军事防御费用。仅就油田的防卫费用一项来计算，就可使石油的“真正”价格上升到100美元1桶。

像任何其它产生动力的方法一样，OTEC并不是对环境一点也没有影响。一座100兆瓦的OTEC发电厂所需的水量相当于科罗拉多河的流量。它的水温与原来抽入发电厂相比将有约高低6°F的差别。这些在含盐量和温度方面的变化因素对当地的生态环境有可能带来预料不到的后果。

[Popular Science，1995年5月号］