开式循环OTEC系统的设计及运行优化

5.3.3.1 开式循环系统的结构和原理

在开式循环OTEC过程中（见图5.11），使用海水作为工质。水的沸点是压力的函数^[13]，并随着压力下降而降低。第一步是将浅层温海水放入位于压力约为2%海平面大气压的低压容器内，使其沸腾。然后，膨胀的蒸汽驱动与发电机相耦合的低压涡轮。这样蒸汽就被淡化了，而盐和污染物则留在低压容器之内。随后，蒸汽被暴露于海洋深层水的低温下，实现冷却并凝结成液体。其副产品——脱盐淡水，适合人类食用或灌溉，这对于天然淡水供应受限的当地社区很有价值。

图5.11 开式循环原理图

与闭式循环OTEC系统不同，开式循环OTEC系统使用海水作为有效工质。温海水在进入低压室（真空）时出现闪蒸和沸腾现象，由此产生的蒸汽膨胀驱动一个压力非常低的涡轮机。从海洋深处抽取的冷海水用于冷凝。真空容器与低压环境下的低压涡轮机相连接。真空容器中产生的蒸汽会被淡化，因此排放出来的冷凝水也是淡化水。(www.xing528.com)

开式循环结构部分取消了换热器，从而避免了换热器造成的热量损耗，这是开式循环方法的主要优点。不过，开式循环系统的缺点是直接使用海水作为工质，而且还需要对真空容器进行特殊设计^[4]。

1993年，太平洋国际高技术研究中心（Pacific International Center for High Technology Research）设计了最大的开式循环OTEC发电站。该发电站为210kW，建设和运营地点位于夏威夷Keahole^[23]。考虑到海水泵及真空系统的电力消耗大约为170kW，这个试验电站的额定净产量约为40kW。在成功完成实验之后，这座开式循环OTEC发电站于1999年1月被关闭^[24]，因为建造这座电站只是用来完成这些实验。

5.3.3.2 开式循环OTEC系统的技术难点

开式循环OTEC系统的缺点大部分来自于涡轮的大尺寸。由于涡轮工作在非常低的压力条件下（即大气压的1%～3%），因此开式循环系统需要非常大的涡轮来捕获相对较少的能量。开式循环过程的发明者乔治·克劳德（Georges Claude）经计算得出：一个6 MW的涡轮机将需要直径约为10m的涡轮。最近对克劳德工作的重新评价表明^[25]，现代技术无法显著地改进他的设计。由此看来，开式循环涡轮机应被限制在6MW之内，除非是开发出一些新的专用涡轮机，它可能会使用直径大于100m的纤维增强型塑料水轮叶片。利用现代技术将克劳德循环电站的总发电能力提升到2.5MW以上，将会大幅度增加其复杂性和成本，并降低其发电效率^[15]。