海洋熱能轉換（Ocean Thermal Energy Conversion）

海洋熱能轉換（Ocean Thermal Energy Conversion）
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

海洋熱能轉換（OTEC）是一種利用深海與海面的溫差來發電的方法。如同一般的熱機（Heat engine）一樣，溫差愈大愈有效率，發電量也愈大。一般溫差在20℃以上，即可產生淨電量。因此表層海水與一千公尺下海水的溫差20℃左右，就有利用價值。OTEC主要的技術挑戰是要在很小的溫差條件下，還要有效率地產生顯著的功率。

海洋面積佔地球表面的70%，太陽幅射產生的海面與深海的溫差，蘊含著大量的太陽能，可供人類使用。若能以經濟的方式大規模地萃取此再生能源中的能量，即可解決各種能源問題。其總能量比波浪能（Wave power）大十到一百倍；但因溫差小，熱效率低，使得能量萃取較昂貴又困難。

在熱力工程上，熱機的概念是很常見的。人們透過熱機來將熱能轉換為其他有用的能量，熱機是一個熱力學（Thermodynamic）裝置，安置在一個高溫源（High temperature reservoir）與低溫源（Low temperature reservoir）之間，當熱由一個熱源流向另一個時，熱機就將一些熱能轉換成作功（work）的能量，如蒸汽渦輪機，內燃機等都運用此原理，但OTEC不用燃料燃燒產生的熱能，而是利用太陽加熱造成的海面水與深海水的溫差來發電，它是一種乾淨能源。

唯一適合OTEC發電的熱循環（heat cycle）是朗肯循環（Rankine cycle），其系統有三種：
1. 封閉式循環（Closed cycle）：利用低沸點物質，如氨（ammonia）作為工作流體，轉動渦輪機發電。溫暖的海面水被引入熱交換器中，使工作流體蒸發成氣體啟動渦輪機，然後深海冷水進入第二個熱交換器中，冷凝工作流體的蒸氣變回液體，如此繼續在管子裡封閉式循環，如圖（一）所示。

2. 開放式循環（Open cycle）：並不利用工作流體作為媒體，而直接使用熱帶地區海洋溫暖的海面水來發電。當溫暖的海面水引進低壓容器時，隨即汽化成蒸氣來轉動渦輪機發電，然後蒸氣再被深海水冷卻成為液體，此時冷凝的液體不再是含鹽份的海水了，已變成淡水（fresh water），可供飲用或灌溉。

3. 混合式循環（Hybrid cycle）：開始時類似開放式循環，將溫暖的海面水引進真空容器使其閃化成蒸氣，蒸氣再進入氨的蒸發器（vaporizer），使工作流體（氨）氣化來轉動渦輪機發電，如同封閉式循環一般，因此混合式循環兼具開放式循環與封閉式循環兩者的特性。

OTEC除了用來發電外，還有其他用途可提升其經濟效益。深海冷水可用作空調，發展冷凍土壤農業；因深層海水含有豐富營養成分，可用來養殖深海漁類與製藥等其他用途；在開放式循環系統中冷凝下來的水為不含鹽份的淡水，可供飲用或灌溉外，也可利用OTEC生產的電力來電解，生產氫氣；留下的鹽類還可供礦物質或微量元素的提煉。

（圖一） 海洋熱能轉換—封閉式循環系統（取自Wikipedia）

參考資料：
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_ther … conversion
2. 潘國樑，海洋熱能發電與深海水的利用，海洋資源專輯（下）http://203.68.20.65/science/content/1993/00100286/0007.htm