我们都知道海洋中存在着无限的潮汐能、波浪能和海流能。但是你知道吗？海洋中也蕴藏着无穷的海洋热能，也就是我们常说的温差能。海洋是一个巨大太阳辐射“接收器”。当海洋受太阳照射时，会把太阳辐射能转化为海洋热能。尤其在热带和亚热带地区，表层海水保持在25~28℃，几百米以下的深层海水温度稳定在4~7℃，用上下两层不同温度的海水作热源和冷源，人们就可以利用它们的温度差来发电。
§§§第一节取之不尽的温差能
海洋里的无限热能
温差能也称海洋热能，它是海洋上层温海水与深海冷水间存在温差而蕴有的能量。海洋热能来源于太阳能，是储存于海水中的太阳能，因此是一种可再生能源。地球表面70%为海洋所覆盖，水体巨大，所包含的热能十分庞大。据估计，海洋热能的能量比其他各种海洋能源，如波浪能、潮汐能、海流能的总和还要多。
最早提出开发海洋热能想法的人是法国学者雅克·德·阿松瓦尔时间是1881年。过了半个世纪，1930年另一位法国人克劳德在古巴马坦萨斯湾建成一台海洋热能发电的试验装置，发出22千瓦的电力，但该装置所发出的电力还小于其自身耗电，因此不能算是一次成功的试验。再过了将近半个世纪，直到1979年8月，人类才第一次成功地进行了海洋热能发电的演示。该发电装置装在夏威夷自然能源实验室附近海面的海军驳船上。该处上层海水温度为28℃，670米深处的海水温度为3.3℃。其发电功率为50千瓦，扣除循环自身用电后的净输出功率为10～15千瓦。试验持续了六个月，这是世界上首次成功的海洋热能发电试验。
海洋温差能如何形成
海洋存在着波浪、潮汐和海流等由海水运动而形成的能量。这是直观的，易于为人理解的海洋能形式。海洋温差能或称海洋热能的存在则是一般人所不容易了解的。要了解海洋热能首先必须了解海洋中海水的温度的分布规律。热带和亚热带的海洋，其海水温度从海面到海底形成了三层结构。靠近海面这一层叫做混合层，其特点是温度比较高，可达25%～30%，整层的温度比较一致。混合层下面是温跃层，其特点是随着深度的增加，海水温度迅速下降。温跃层以下就是深海冷水层了。在1000米左右的深度，海水终年保持着4℃左右的温度。这样，在混合层和深海冷水层之间，存在着20℃左右的温差。有温差就有动力。这个温差虽小，但是海洋水体巨大，因而其能量十分巨大。这就是我们所说的海洋热能。
海洋热能，或叫温差能，来自于太阳。地球的表面71%为海洋所覆盖。从太阳辐射到地球表面的大部分太阳能为海洋所吸收。海洋每天从太阳得到的热能约等于350×108吨石油燃烧的热量。海面所吸收的太阳辐射能60%被表面1米厚的海水所吸收。到20米深处，太阳辐射能已完全为海水所吸收。海洋表层的海水在风浪、海流和潮汐等作用下有较明显的垂直方向的运动，从而海面所吸收的太阳辐射能得以向较深处传播。这一存在着垂直方向混合运动的海水层就是上述的混合层。混合层的厚度一般可达100米，在季风区可达200米厚。海洋表面在吸收太阳辐射的同时，也以海水蒸发、向大气的长波辐射等形式向外散热。混合层的吸热和散热处于动态平衡之中，也就是说混合层的海水温度是相对稳定的。特别是在南北纬20°之间的热带和亚热带海域，混合层的温度终年都在25℃以上。热带海区混合层的温度可在28~30℃。太阳辐射有昼夜和季节的周期性变化，因而混合层海水的温度也有相应的昼夜和季节的变化。由于海水的热容量巨大，因而昼夜温度变化幅度只有0.5℃左右，波及的深度也很小。季节性的温度变化可波及整个混合层，其温度变化幅度也大一些，在低纬度海区约为2~3℃，在中纬度海区可在10℃以上。
海水温度的三层结构出现在中、低纬度的海洋。高纬度海洋这三层结构不明显，或只是季节性出现。南北纬20°之间的海洋，其表层和1000米深处的海水之间终年存在20℃以上的温差，是利用海洋热能的最佳区域。我国的南海和台湾省东部海域都是开发海洋热能的最佳区域。
温差能有什么优势
1.稳定性
稳定性是海洋热能一大优点。大多数可再生能源，如太阳能、风能、波浪能、潮汐能都是不稳定或是周期性的，其开发利用都会碰到复杂昂贵的蓄能问题。而海洋热能本身就是储存在海洋中的太阳能，海洋就是一个巨大的储能器，由于水体巨大，温度十分稳定，其昼夜温差变化可以忽略，季节性温差变化只有2～3℃，并且是有规律，可预测的。因此海洋热能电站可以发出连续稳定的电力而不需设置蓄能装置。这可以大大降低海洋热能的开发成本。
2.可再生性
海洋热能来自于太阳能，每天都可以得到补充，因此是取之不尽，用之不竭的。
3.能量品位高
海洋热能的温差只有20℃左右，与常规能源，甚至与许多可再生能源，如地热能、生物质能比较起来，其品位是非常低的。但是从单位水体所含有的能量来说，其能量头和水能是同一个数量级，远比波浪能、风能高。
4.资源处于远离大陆的海洋环境
海洋环境的自然条件较陆地复杂困难，海中的风、浪、潮汐、海流和灾害性天气以及海水腐蚀、海洋生物的玷污都是在建立海洋热能能量转换装置时必须考虑的因素。海洋热能远离大陆，因此海洋热能开发还存在一个能量传输问题。必须指出的是，在南北纬10℃之间的热带海洋没有大风暴，是开发海洋热能的最佳区域。
§§§第二节温差能发电
温差能如何发电
海洋温差能发电原理用液态氨作为工质，在蒸发器中吸收表层海水的热量而蒸发成氨蒸汽，蒸汽推动汽轮发电机发电；做完功的氨再送进冷凝器，由深层海水冷凝回复液态，然后再用泵把液态氨送到蒸发器中经表层海水加热使氨蒸发，推动汽轮发电机发电，如此反复循环。
海洋温差能发电过程如下：
①将海洋表层的温海水抽到常温蒸发器，在蒸发器中加热氨水、氟利昂等液态工质，使之蒸发成高压气态工质。
②将高压气态工质送到透平机，使汽轮机转动并带动发电机发电，同时高压气态工质变为低压气体工质。
③将深水区的冷海水抽到冷凝器中，使由汽轮机出来的低压气态工质冷凝成液态工质。
④将液态工质送到压缩器加压后，再将其送到蒸发器中去，进行新的循环。
另外，温差能发电需要有以下转换系统：
1.开式循环系统
开式循环使用水作工质，温海水进入闪蒸器，在负压（大约0.025绝对大气压）下闪蒸汽化，产生的蒸汽进入汽轮机做功，乏汽排入冷凝器冷凝成水，冷凝水再由冷凝水泵排出。由于冷凝水不返回到循环中，因此称之为开循环。
开式循环使用水作工质，不会对环境造成任何污染。开式循环由于不存在一定要回收工质的问题，因此可以使用混合式冷凝器和闪蒸器。这些设备不存在金属换热面，结构简单，金属耗量少，成本低。更重要的是，由于没有金属换热面，因此也就不存在换热面的玷污、结垢和腐蚀等问题，这给运行维护带来极大的方便。
开式循环所产生的冷凝水是淡水，海洋中淡水是宝贵的副产品。每发一度电约产生80千克冷凝水，一个10万千瓦的海洋热能电站每小时可产淡水8000立方米。但是，如果要回收淡水，那就要使用表面式冷凝器。也可以根据淡水的需要量，只让一部分乏汽由表面式冷凝器冷凝下来。
开式循环系统工作在很高的真空度条件下，10℃时水的饱和蒸汽压仅有0.0012兆帕斯卡绝对压力左右。因此随时抽除漏入系统的不凝结性气体，保证系统能正常工作也是一项十分重要的任务。采用混合式冷凝器和闪蒸器的开式系统，由于温、冷海水均直接进入到系统内，溶解在海水中的不凝结气体会释放到系统内。这将增加抽除不凝结气体的负担，对此必须给予足够的重视。
开式循环另一个关键设备就是大流量，低焓降的汽轮机。海洋热能条件下，蒸汽的绝热焓降很小，只有80千焦／千克左右，因此这将是一台单级汽轮机。在10℃左右，饱和水蒸气具有100立方米／千克的巨大的比容，估计每个千瓦的容量需要0.02平方米的通流面积。对于单机容量为10万千瓦的海洋热能汽轮机来说，其转子的直径将超过50米。这样一个庞然大物，不要说制造，其运输和安装都将是一个工程难题。估计开式循环海洋热能汽轮机的单机功率将极为有限。即使单机功率降为2.5万千瓦，其转子直径也将超过25米，相当于目前的大型风力发电机的转子。因此，海洋热能汽轮机相当于一台工作在风速近400米／秒的超级大风中的风力机。当然，由于海洋热能汽轮机中蒸汽的密度还不到空气密度的1%，因此汽轮机叶片所受的作用力将远远小于400米／秒大风的作用力。虽然如此，但这台汽轮机叶片的气动和强度设计仍然不是一件轻松的事。
我国的南沙群岛和西沙群岛远离大陆，缺少能源和淡水。但是，这两个群岛都位于开发海洋热能最佳区域。开式海洋热能循环发电既能提供电力，又能提供淡水，最适合这些岛屿的需要。这些地方只要有了永不枯竭的电力和淡水，人类就可以在此生存，建设人工岛，开发海洋资源，开辟我们的新边疆，维护国家主权。因此，开式循环的重要性必须得到国家的重视。
2.闭式循环系统
闭式循环又叫中间介质法循环，其特点是使用低沸点流体代替水作循环的工质。低沸点工质不抛弃而回收使用，其流程形成一封闭回路，因此称之为闭式循环。
首先，低沸点工质在蒸发器中吸收温海水的热量而汽化。工质蒸汽进入汽轮机膨胀做功。乏汽进入冷凝器中被冷海水冷凝成液态工质，再由工质泵升压打进蒸发器中蒸发汽化。这样，低沸点工质构成一个封闭循环，从而源源不断地把温海水的热量转化成动力。
采用闭式循环有什么优点呢？从上述开式循环中我们看到，开式循环的一个很显著的缺点是低压下水蒸气的比容太大，从而使得汽轮机体积庞大，单机功率受到很大的限制。使用低沸点工质就可以克服这个缺点。选择合适的低沸点工质，可以使得在海洋热能温度范围中，工质的饱和蒸汽压力为一个不太高的正压。这样的工质蒸汽具有比较火的密度，其体积流量将大大小于相同温度下的饱和水蒸气，从而可使低沸点工质汽轮机体积大大缩小，突破开式循环的单机容量受限制的问题。这一点，对于大规模开发海洋热能来说是特别重要的。
闭式循环的工质选用是一个十分重要的问题。理想的工质必须具有良好的物理化学、热力学、传热和流体力学等综合性能。选择工质时必须考虑如下几项原则：
①工质的工作压力要适中，使整个循环处于一个不太高的正压之下。
②单位功率的工质体积流量要小，有利于减少设备尺寸。
③化学性能稳定，不易老化分解。
④不易燃，不易爆，无毒性，不污染环境。
⑤对金属无腐蚀作用。
⑥用过的工质易于处理或再生。
闭式循环中，温、冷海水都不直接与工质接触，不会发生溶解在海水中的不凝结气体进入循环系统的问题。另外，其系统中工质蒸汽压力一般均大于大气压，从而闭式系统运行时不须抽除不凝结性气体。这样可以减少厂用电。
使用闭式循环克服了海洋热能电站单机功率受限制的缺点，低沸点工质汽轮机的体积和成本大大低于开式循环汽轮机。但是，采用闭式循环又带来其他一些问题。
首先，闭式循环必须使用体积巨大的表面式蒸发器和冷凝器。前面说过，海洋热能发电的热效率是非常低的，只有2%左右。这就意味着蒸发器和冷凝器都要传递比发出的功率大50倍左右的热量。而同时，由于海洋热能的温差非常小，蒸发器和冷凝器的可用传热温差只有4～5℃。因此，其蒸发器和冷凝器的传热面积将十分巨大。一个10万千瓦的闭式循环海洋热能电站的蒸发器和冷凝器的传热面积均达100万平方米左右，消耗的金属量均在万吨左右。这么庞大的换热器，其运行维护将是一项困难的任务。可以说，闭式循环把技术难题从汽轮机转到了蒸发器和冷凝器上了。其次，由于使用了表面式的蒸发器和冷凝器，传热面不可避免的玷污将增大传热热阻，减少有用的温差，这将导致发电能力的下降。
除此之外，闭式循环不能副产淡水，这就使其经济价值进一步减少。当然，对于漂浮式电站，淡水的经济价值比较有限，这个缺点还不成为一个大问题。对于海岛上的固定式电站，使用闭式循环的这个缺点就不能忽视了。
3.全流循环系统
在上述的开式循环中，只有一小部分闪蒸成蒸汽的温海水参加到热力循环中，大部分稍为降低了温度的温海水被抛弃掉了。为了把温海水所含的热量完全利用到其温度等于冷海水的温度，有人提出全流循环的概念。全流循环是指在循环中全部工质（温海水，包括气、液两相）均参与膨胀做功的循环。
（1）基本的全流循环
从理论上看，这是非常有吸引力的，因为全流循环都可以从热源的温度膨胀到冷源的温度，理论上可获取最大的功。但实际上，全流循环存在着明显的难以逾越的流体动力学难题。在全流膨胀过程中，按质量比只有小部分工质转化为气态，但这部分气态工质却拥有几乎全部的动能。而保留为液态的大部分工质，由于液体的体积基本上保持不变，基本不参与膨胀过程，因而它本身并没有产生多少由热能转化来的动能。液相的速度主要是受汽相的推动和拖曳而得到的。这就表现为全流膨胀过程产生的气液两相流中，气相和液相间存在着巨大的速度差。这个速度差的存在使得难以研制出有效的涡轮式全流膨胀机。如果按照气相的速度设计涡轮式膨胀机，则液相部分将对涡轮产生强大的制动力。如果迁就液相的速度，则气相部分就不能将其大部分的动能传给涡轮机的转子。这样一台机器将会因效率太低而失去实用意义。
较有效的全流膨胀机是容积式的膨胀机，如汽缸活塞式、螺旋转子式等。但容积式的膨胀机的容积通流能力和膨胀比均十分有限，用于海洋热能这样低品位热能转换时，其体积将十分庞火而失去实用意义。为了克服这个技术上的困难，出现了许多新的构思和设想。其中，以贝克和伊尔在1975年提出的把海洋热能转化成海水的势能或动能，然后用水轮机来发电的构想最有代表性。该构想于1976年获得美国专利，后来发展成为所谓泡沫提升循环和雾滴提升循环。
（2）泡沫提升循环