在印度大陆以西近400公里的一座偏远岛屿上，一项在建工程有望首次证明一种庞大而未被充分利用的可再生能源——海洋温差能——的商业可行性。在拉克代夫群岛，海洋表层水温比深层水温高出20摄氏度以上，借助合适的设备，这种温差可以被转化为电力。
这种技术被称为海洋温差能转换（OTEC），此类发电站能够全天候提供可再生能源。由于全球海洋中存在大量表层与深层水温差足够大的区域，这一机遇的规模极为可观。根据美国能源部落基山国家实验室2021年的一份报告，仅美国周边海域的OTEC潜力就足以满足该国全部电力需求。
印度的这一项目将利用1000米深处的海水，发电功率为65千瓦，每天生产10万升可饮用水。该项目由印度国家海洋技术研究所（NIOT）开发，规模不大，但却是OTEC实现商业化突破的重要一步。“我们所做的事情在数量上是可以为岛屿和偏远社区规模化推广的。这可以成为一种市场策略，”普尔尼玛·贾利哈尔说，她在去年退休前是NIOT能源与淡水部门负责人，也是该项目的负责人。
该项目是当前OTEC新一轮热潮的一部分。中国和加那利群岛近期已完成千瓦级项目，夏威夷、台湾和日本还有更多项目在规划中。尽管此前OTEC商业化的尝试因工程故障、效率不足和资金限制而屡屡受挫，但如今的努力得益于关键设备和工程能力的进步。
不过，要真正推动OTEC投资的增长，还需要更大规模的项目落地。曾于2006年至2017年领导国防承包商洛克希德·马丁公司OTEC项目的罗伯特·瓦利表示。多数OTEC支持者也认同这一观点，认为该领域需要一个至少几兆瓦级的示范项目，这比目前运行时间最长的项目规模要大出一个数量级。“一旦实现这一点，我认为OTEC的整个格局都会改变，”瓦利说。
海洋温差能转换的工作原理
地球的海洋吸收了太阳每日辐射能量的大部分，以及被困在地球大气中的多余热量。但这些热能大多停留在海洋表层100米以内。深海则依然寒冷，主要受地球两极融水的影响。
自20世纪70年代以来，已有数十个项目试图利用这种温度差异。这具有挑战性，因为该技术所依赖的温差相对较小。即便在热带地区，大多数OTEC发电站也只能利用表层水与1000米以下冷水之间约25摄氏度的温差。（相比之下，传统热力发电机依靠的是400摄氏度的温差。）
为利用这一微小的温差，大多数团队通过加热和冷却一种低沸点的工作流体（如氨）来发电。表层海水被抽入设备，其热量传递给氨，使其蒸发。蒸发产生的蒸气随后驱动涡轮机发电。最后，为完成循环，氨的热量被传递给从深海抽取的冷水，使氨重新冷凝。
一个离岸闭式循环OTEC系统需要一个热源和一个冷源。温海水通过热交换器（蒸发器）与氨或其他工作流体接触。工作流体蒸发成气体，膨胀并驱动涡轮机。随后，气化的工作流体进入另一个热交换器（冷凝器），与冷水接触，从而冷凝回液态，再被泵回蒸发器完成循环。经过热交换器的冷却后的温水和加热后的冷水，最终都被排放回海洋。
从微小的温差中获取电力需要消耗大量的表层和深层海水。台北工业集团台湾水泥控股（TCC Group Holdings）计划在台湾东海岸建造一座6.4兆瓦的OTEC发电站，每秒需从600米深处抽取多达9500升冷海水。洛克希德2013年为中国设计的一座10兆瓦发电站方案，每秒需处理4万升海水，但该项目从未建成。
如此大规模的抽水作业更适合将电站建在离岸平台上，因为这样可以缩短管道长度，使其能够直接垂直延伸至更深处。但离岸平台会增加成本，而且在恶劣的开放海域中运行也会增加风险。当离岸OTEC平台的冷水管道充满水时，其重量可达数万吨，任何来自恶劣海况的晃动都会给平台连接处带来巨大压力。
为应对离岸风险之一，伦敦初创公司Global OTEC在加那利群岛部署了全球首个专为OTEC和抗飓风设计建造的平台。该平台于今年4月投放使用，资金来自政府拨款，是一座按1:7比例缩小、非工作用的2.5兆瓦示范电站模型。
宾夕法尼亚州雅各布斯的Sea Solar Power公司正在开发一座25兆瓦的OTEC发电站。
要说服投资者相信该技术的可靠性，必须建成一座真正运行的电站。成立于1962年、专注于OTEC技术的Sea Solar Power公司（位于宾夕法尼亚州雅各布斯）正在设计一座25兆瓦的电站，该公司表示，如果这些电力用于供应依赖昂贵柴油发电的岛屿电网，该电站将能够实现自负盈亏，从而说服投资者。Sea Solar总裁吉姆·安德森表示，公司迄今能够存活下来，得益于其制造业分支业务的收入，但他表示公司目前正在寻求500万至1000万美元的投资，以完成该电站的“预可行性”工程设计。而建设该电站还需要至少1.2亿美元的额外资金。
岛屿寻求OTEC带来的可再生能源
印度在拉克代夫群岛的项目旨在证明小型OTEC电站可以做到可靠且具有成本效益。关键在于使用更简单的技术，并生产出比电力更多的东西。
与添加一个蒸发和冷凝独立工作流体（如氨）的循环不同，NIOT的电站将直接在低温下蒸发海水。为实现这一点，泵将制造真空，从而降低液体周围的大气压力，进而降低其沸点。这使得群岛约29摄氏度的表层海水更容易蒸发。产生的“蒸汽”随后将驱动一个低压涡轮机，之后再用7摄氏度的冷水将其冷凝。接着，NIOT的电站不会将全部冷凝水送回海洋，而是将部分水转化为淡水。
NIOT的这项技术源于2002年一次未能实现的大型项目尝试。这家总部位于金奈的政府实验室曾试图在印度东南海岸外40公里处，示范全球首个1兆瓦级OTEC项目。但在施工过程中，工人不慎将项目所用的1000米长冷水管道掉入海底，永久失落。Global OTEC创始人兼首席执行官丹·格雷奇称这是“OTEC历史上最大的失误”，这一事故严重打击了行业信心。
事故发生后，NIOT调整了方向，将其技术改造以满足拉克代夫群岛的需求。与全球许多岛屿社区一样，该群岛居民依赖昂贵的进口柴油发电，同时因地下水超采和海平面上升而面临日益严峻的水资源压力。NIOT最初通过建设海水淡化厂来应对饮水危机。
这些海水淡化厂利用真空技术，每秒蒸发数百升表层温海水，并利用深海冷水将蒸气冷凝为淡水。首座淡化厂于2005年在拉克代夫群岛首府卡瓦拉蒂投入运营，结束了岛民饮用含盐水的历史。这一变化大幅降低了高血压和肠胃疾病的发病率。“那是NIOT的一个胜利时刻，因为此前没有人想到这样做，”该项目前负责人贾利哈尔说。
不过，拉克代夫群岛的海水淡化厂仍依赖岛上昂贵的柴油发电网络供电。因此，他们转向OTEC寻求电力来源。NIOT正在卡瓦拉蒂建设的这座OTEC增强型海水淡化项目，将利用其低压涡轮机发电，使淡化过程实现完全脱离电网运行。
这项技术本身并不容易扩大规模，因为低压涡轮机需要更大的叶片。但据一份报告显示，这一价值5亿卢比（约合530万美元）的装置每年可节省约2000万至3000万卢比（约合21万至26万美元）的柴油成本，从而带来一定的投资回报。
而这种设计有望在全球许多发展中岛屿地区推广复制。NIOT已与马尔代夫和毛里求斯讨论共享这一技术。这将是OTEC发展历程中又一次微小但重要的演进。但正如拉克代夫群岛的经验所示，其对当地经济和健康的影响可能相当显著。
Q&A
Q1：海洋温差能转换（OTEC）是什么？
A：OTEC是一种利用海洋表层与深层水温差异发电的技术，能够全天候提供可再生能源，尤其适用于温差较大的热带海域。
Q2：印度拉克代夫群岛的OTEC项目有什么特别之处？
A：该项目不仅能发电，还能同时生产淡水，采用低压蒸发技术，利用表层温海水蒸发和深层冷水冷凝，实现海水淡化与发电一体化。
Q3：OTEC技术目前面临哪些挑战？
A：主要挑战包括温差较小导致效率低、深海管道建设成本高、离岸平台风险大，以及缺乏大规模示范项目以证明其商业可行性。