

未来能源生产的一种可能性是利用地球热带海洋的温暖,利用水中的自然温差来驱动涡轮机。如果不需要一个直径 33 英尺、延伸一公里深的水下管道,那将相对简单。为了更好地理解,这相当于一个纽约地铁隧道那么宽,相当于两个半帝国大厦那么高。
“为了生产大量的电力,海洋热能转换厂必须输送大量的海水,”洛克希德·马丁公司 OTEC 首席技术专家 Laurie Meyer 表示,该公司正在为一座新的 10 兆瓦示范电厂建造管道。该结构还需要承受海洋洋流的持续摇摆压力、3200 英尺深处的大气压力以及它设计的采集目标水域的可变温度——因此建造管道一直是一个挑战。以下是洛克希德公司是如何做到的。
海洋是巨大的温暖能量储存库,尤其是在热带地区,那里地表暖水和深层冷水之间的温差可以达到 40 华氏度甚至更高。这种温差可以用来驱动热机,利用一些来自发电厂的原理,再加上一些来自制冷的原理。温暖的地表水进入热交换器,蒸发氨溶液;产生的蒸汽驱动涡轮机,氨则使用冷海洋水重新冷凝。然后,水会以比来时高几度的温度被泵回海洋。但是,要达到传统化石燃料发电厂(100 兆瓦或更高)的发电规模,就需要大量的海水。
洛克希德公司在 20 世纪 70 年代首次探索了 OTEC,现在面对能源价格上涨,它正在重新启用这一概念。一座 10 兆瓦的发电厂预计将在几年内投入运营。在美国海军的资助下,洛克希德公司设计了一种用于管道的新型复合材料,工程师们一直在加州桑尼韦尔的公司工厂生产原型。全尺寸的 OTEC 管道将在发电厂现场直接通过挤压成型到水中来制造。
Meyer 解释说,一条 3200 英尺长、33 英尺宽的管道不是一个可以在工厂里建造,然后运到海上并放入水中的东西。除了通过铁路或驳船运输的后勤挑战外,可能还无法将其提升到正确的角度并将其放入正确的深度。相反,洛克希德公司将采用该公司最初为航天器建造技术而开发的技术,在现场进行建造。
制造工艺被称为真空辅助树脂传递模塑,与波音公司用于制造其 787 梦想客机所使用的基本工艺相同。VARTM 通常由聚酯或乙烯基树脂和玻璃纤维增强材料组成,洛克希德公司选择了一种定制的比例(出于竞争原因未公开),该比例满足了冷水管道的所有柔韧性和稳定性要求。

Meyer 说:“我们设计了一个系统,将该工艺垂直化,这样我们就可以泵出管道的各个部分。”要制作一个部分,织物和树脂被倒入模具中,然后固化,就像混凝土一样。真空会去除任何瑕疵和气泡,从而在现场形成一个完美成型的管件。Meyer 表示,洛克希德公司将分段进行,具体尺寸仍在确定中。
她说:“一个管段越长,完成整个管道的建造就越快,但就成品管段的处理而言,会有一个实际的限制。”
她补充说,将形成这些管段的平台必须能够承受风、风暴、洋流和其他现象,而洛克希德公司将采用海上钻井行业开创的技术。
对于 10 兆瓦的发电厂,洛克希德公司正在建造直径为 4 米(约 13 英尺)的管道。对于全尺寸的 100 兆瓦发电厂,管道直径将为 10 米,即 33 英尺。管道的长度将取决于冷水的深度——在一些潜在的 OTEC 区域,冷水可能在 1000 米深处,而在其他区域,可能会更浅。世界上有许多地区适合 OTEC,主要集中在赤道附近。
顺便说一句,管道还必须建造得能够避免吸入海洋生物。深层冷水富含营养,但由于光线昏暗,海洋生物数量并不密集——但许多哺乳动物、鱿鱼和其他深海生物可能会游过进水口。美国环境保护署正与洛克希德公司合作,确定最大进水速度,以便动物能够安全地游开,而不是被吸入管道。
最终,OTEC 发电厂将对热带社区(如夏威夷、菲律宾等)或目前依赖进口化石燃料的海军基地有用。据洛克希德公司称,它可以替代或补充大型、基载电力的传统发电厂。但没有巨大的管道,它就无法运行。