【广州海洋地质调查局】他-挺-进深海 用温差能发电

　　筑梦现代化共绘新图景

　　浩瀚的海洋是一座巨大的能源宝库，也是 新能源 领域的重要赛道，广州海洋地质调查局顶级工程师、 天然气 水合物勘查开发国家工程中心工程开发部主任宁波正是在这条新赛道上奋力奔跑的人。今年“五一”国际劳动节前夕，他所在的广州海洋地质调查局凭借在海洋地质领域的长期耕耘与创新突破，获得“全国五一劳动奖状”称号。

　　2023年8月，由中国地质调查局广州海洋地质调查局（以下简称“广海局”）牵头研发的20kW海洋漂浮式温差能发电装置（以下简称“温差能发电装置”）成功完成海试，标志着我国在海洋温差能利用方面迈出了关键一步。回想起10个月前的这一幕，宁波仍难掩激动之情，他说：“当时就觉得此前所有的付出、所有的努力和心血都是值得的，那一刻感到特别的荣耀。”

　　创新故事

　　去年8月温差能发电装置完成第壹次海试

　　“可以把海洋看成一个大型的 太阳能 集热器，表层海水的温度和深层海水的温度有一个温度差。”对于啥是海洋温差能，宁波这样解释，“在夏季，赤道附近的表层海水温度在30摄氏度左右，水下800—900米的海水温度则稳定在5—6摄氏度，这个温差就可以用来发电。”

　　去年8月，由宁波及其团队牵头研发的温差能发电装置搭载“海洋地质二号”船在南海1900米深海域开展了第壹次海上试验，成功实现了温差能发电的原理性验证和工程化运行。试验发电总时长4小时47分钟，最大发电功率16.4kW，发电系统累计输出电量57.74千瓦时，净输入船上电网系统电量10.24千瓦时。发电试验后，项目组还利用搭建的海试系统，收集了20吨深海水，开展不同排量下的冷、热源循环压力和温度的对照试验，收集了丰富的测试数据，为后期全面的配置优化及大功率工程样机开发、规模化应用、发电成本论证等提供了借鉴参考。

　　但海上试验的过程其实不是一帆风顺。宁波回忆，“我们在海上待了差不多10天，南海高温高热高湿的环境让人相当难受，当时甲板上温度已达到67摄氏度，非常热。在海试的时候，刚好遇上台风过境，船舶摇晃得厉害，船上技术和施工人员一共13人，有一半晕船，剩余的人劳动强度成倍增加。令我很感动的是整个团队目标一致，合作精神也非常好，有好几人在几天吃不下饭的情景下，还是坚持出来施工。”

　　试验总是会遭遇意外。“完成第壹天试验后，接到相关部门通知要求我们离开工作区域，由于冷水管已经下到将近900米深的海里了，短时间无法提出来，只能带着整个试验装备和近千米长的钢管拖行了大概30多个钟头。”宁波回忆，“我们原以为长期的拖行后测试管柱和测试台架会损坏，但发现设备可靠性还是挺好的，经受住了海洋恶劣环境的考验。”

　　国内首创整套装置国产化率达到100%

　　这套温差能发电装置是一套满载着荣誉和梦想的装置。最近，在广州龙穴岛、广州海洋地质调查局的空地上，这套装置静静地安放在一个集装箱里。作为一名80后，宁波高瘦而干练，对于装置的研发设计和未来应用场景侃侃而谈：“我们这套样机是非常紧凑小巧的，而且国内没有先例，全部由我们自己研发设计，整套装置国产化率达到100%。整个项目从零开始，从筹备到完成设备组装和陆地测试，仅用了半年时间，陆地试验成功后不到一年就海试成功。”

　　研究快速取得突破得益于广海局雄厚的海洋科研积淀和能力，60长时间以来广海局在我国南海收集了海量的水文海况等材料。“在此基础上，我们充分掌握了南海温差能的资源分布区，这套装置根据南海的实际条件和海况专门设计。试验结果现在看来是比较成功的，达到了我们之前的设计目的，不仅实现了整个原理性验证，还把电发出来了。”宁波说。

　　从原先从事石油勘探，到 天然气 水合物研究，再到海洋温差能，宁波的工作离不开“能源”二字，在他看来：“海洋温差能利用前景非常广阔，不仅非常稳定，有效发电时间还很长，而且是一种清洁能源，在‘双碳’目标下，我国对于海洋温差能发电技术的研究与投入力度正在逐步加大，预计未来3—5年会有更大的发展。”

　　其实，海洋温差能在国外已经有商业化案例。在美国夏威夷，装机功率是100千瓦，发出的电并入了当地电网，且处于盈利状态，这套海洋温差能装置不仅发电，还成了当地的旅游景点和科普点。另外，日本久米岛建设的海洋温差能装置装机功率为50千瓦，形成了集发电、淡水制备、海水养殖及深海水浓缩利用的久米岛模式，每年大约有15亿日元的收益。

　　“我国沿海城市经济发达，电力紧缺，但目前各种海洋能占全国发电量的比率不到1个百分点。”宁波说，“我国的海洋温差能90%以上都聚焦在南海，将来的商业应用，我们考虑小型化和大型化两个方向。小型化可以为水下航行器提供动力，大型化则可以为在岛屿上建发电厂，为岛上居民提供可循环的发电模式。”

　　广州“研”值

　　汇聚国家海洋战略科技力量

　　● 广州南沙具有以美的为龙头的空调制冷企业集群，以广汽为方向的电气仪表供货商，以黄阁镇为核心的机械制造能力，和以黄埔文冲和广船国际为代表的海洋工程装备产业集群，相关的人才、设备等资源丰富，区域优势明显，非常有益于发展海洋温差能产业。

　　● 广州汇聚了国家海洋战略科技力量，已形成较完善的海洋科技创新体系，现有58个涉海科研机构，建设有42个省部级以上海洋科学实验室，国家级海洋科技创新平台10个。广州正全力布局海洋科技重大基础设施与创新平台，加快建设南方海洋科学与工程 广东省 实验室（广州）、深海科技创新中心、广东智能无人系统研究院（南沙）等重点科研平台。

　　● 广州也主动支持 天然气 水合物勘查开发国家工程研究中心筹建，2022年获得国家发展改革委批复，成为我国首个深海资源领域的国家工程研究中心，引领世界 可燃冰 产业化的发展，抢占海洋能源科技战略制高点。

　　“科到了”

　　啥是海洋温差能？

　　海洋温差能是指海洋表层海水和深层海水之间由温度差形成的可利用的能源形式，是各类海洋能中储量最大的一种能源形式。与其它形式的海洋能量相比，海洋温差受天气、昼夜和季节的影响很小，依靠热力循环系统即可全天候稳定发电，储量大、无污染，是唯一无需 储能 系统就可实现可控供电的能源。

　　海洋温差能发电原理是利用表层海水和深层海水之间的温度差进行能量转换，通过热力循环完成热电交换发电，利用表层热海水加热沸点低的工质让其受热气化，气态工质进入透平机后流动膨胀来驱动发电，做功后的乏气工质通过深层冷海水冷凝后液化，形成系统循环。