久米岛的海洋温差发电OTEC：深层海水与可再生能源

什么是海洋温差发电（OTEC）

把“上暖下冷”的海洋变成电力

海洋温差发电（OTEC：Ocean Thermal Energy Conversion）是利用被太阳加热的表层海水与阳光无法到达的深海冷水之间的温差发电的方式。火力发电是燃烧燃料烧水、用蒸汽驱动涡轮机；OTEC则是用温暖的海水使低沸点液体蒸发，再用冷海水使其冷凝为液体，从而驱动涡轮机。无需燃料，只要有海，就能不分昼夜、不论天气地运行，这是它最大的特点。

太阳能和风能受天气左右，但海水温度不会骤变。因此OTEC作为可成为稳定基础负荷电源的可再生能源，长期以来一直受到研究。理想条件是表层与深层的温差全年约20℃以上。满足这一条件的主要是赤道附近的热带、亚热带海域，在日本，冲绳等西南诸岛是候选地。

发电原理：朗肯循环

OTEC的基础是称为朗肯循环的热机原理，方式大致分为三种。

久米岛的示范设备为闭式循环，工质使用氢氟碳化物（R134a，沸点零下26℃）。用表层海水加热工质使其蒸发，蒸汽驱动涡轮发电机，再用深层海水冷却使其变回液体，如此循环往复。

为什么深层水不可或缺

OTEC的冷源是从数百米深处抽取的海洋深层水。深层水因阳光无法到达，全年水温很低，营养盐丰富，且细菌和有机物少、较为洁净。这些特性不仅可用于发电，还可广泛用于水产、农业、食品、化妆品等产业。将OTEC与深层水利用结合，正是后文“久米岛模式”的核心。

为什么是久米岛：位置与海洋深层水研究所

离岛的电力状况与OTEC的适地

冲绳县是日本国内能源自给率特别低的地区。据资料，全国能源自给率为4.8%（2010年），而冲绳县仅为0.5%（2012年）。大河较少、水力发电适地有限，每个离岛还需要独立的电力系统，地理条件上存在制约。对依赖进口燃料的离岛来说，能从身边的海获得电力的OTEC是颇具吸引力的选择。

从水深612米抽取的深层水

久米岛上有冲绳县海洋深层水研究所（2000年开所）。这里通过2条取水管从水深612米抽取深层海水，通过1条取水管从水深15米抽取表层海水。深层和表层的最大取水量均为每天约1.3万吨，被认为是日本国内最大规模。表层水温约25～30℃，深层水温约5～10℃（也有资料称10～12℃），全年都能获得很大的温差。

为什么示范设备设在久米岛

最大的原因是可以共用现有的取水基础设施。OTEC建设费用的大头是从深海引冷水的长取水管的铺设。久米岛已有深层水研究所的取水管，因此能压低初期成本，专注于长期连续运行验证和技术可靠性的确立。

久米岛的OTEC示范：自2013年持续至今

示范设备概要

2013年4月，在久米岛冲绳县海洋深层水研究所的场地内，开始了真实海域的OTEC示范运行。设备由1台最大输出50kW的发电设备和1台相当于50kW的技术试验设备构成。（报道称为“50kW级”，而运营企业的表述有时为“100kW级”。这可能是设备构成或表述方式不同所致，准确的额定值需以县或研究所的官方资料为准。）

据JICA介绍，这是利用真实海水发电成功的世界首例，并指出发电后的深层海水可再用于其他产业。2012年，JST（科学技术振兴机构）的科学门户网站也报道了久米岛OTEC示范试验启动。

佐贺大学与国内的研究积累

日本国内的OTEC研究在20世纪70年代石油危机后一度兴盛，之后大多缩小。其中佐贺大学被认为是国内唯一持续研究的机构。久米岛的示范，是这一长期研究积累与冲绳县、当地企业合作的成果。

世界动向：夏威夷的105kW OTEC

海外的示范也在推进。美国夏威夷岛的NELHA（夏威夷自然能源实验室管理局）,Makai Ocean Engineering公司的105kW级OTEC设备于2015年8月并网。工质使用氨，当时被报道为世界上运行中最大的OTEC设备。费用约500万美元，由美国海军研究局（ONR）等提供资金。不过，也有资料称该设备并非商用电站，也不是连续运行，其定位需谨慎看待。

久米岛模式：发电与深层水的“循环利用”

深层水如何成为岛上的产业

在久米岛，自深层水研究所2000年开所以来的四分之一个世纪里，以深层水为核心的产业不断发展。久米岛町副町长的撰文等介绍了这一做法被称为“久米岛模式”的经过。研究所向企业转让深层水和表层水，推广水产技术并促进企业入驻。已知的养殖对象有日本对虾和海葡萄（长茎葡萄蕨藻）等。

梯级利用的思路

OTEC用完的深层水依然足够冷，营养盐也很丰富。不丢弃而是依次循环使用，就是梯级（多级）利用，是久米岛模式的关键。

1. 首先用于OTEC发电，从温差中获得电力
2. 然后将仍然冷的水用于水产养殖的水温管理和制冷（空调）
3. 最后用于农业（冷却土壤栽培）以及食品、化妆品等的原料水

即使仅发电难以盈利，只要后段产业能产生收益，整个项目的经济性就会提高。实际上，久米岛町2011年度的调查显示了1MW级OTEC与深层水复合利用的可能性。构想是通过将发电后的深层水用于水产业、农业和空调，来降低发电成本。

离岛的就业与对地方经济的带动

冲绳县的资料指出，深层水的利用有助于小型离岛的农林水产业振兴和企业招商。也有资料介绍，久米岛的深层水利用产业在这十多年里已成长为岛上的主要产业。不过，各企业的销售额和就业人数，在本次调查中未能通过一手资料确认。引用数字时，请查阅久米岛町和研究所的最新公开资料。

OTEC的课题：为什么尚未普及

难以形成规模效应

由于温差小（20℃左右），热效率即使在理论上也只有百分之几，较低。此外还需要抽取大量海水的泵动力，设备越小，净发电量损失越大。佐贺大学的池上康之教授表示，100kW规模在经济上不成立，但如果实现1MW级设备，OTEC的课题就能解决。冲绳县的资料也以“100kW以下的小型电站几乎不可能盈利”为前提。

取水管是最大的成本

铺设抽取深层水的长管占建设费的大部分。管道还需要经受台风、海流和生物附着。久米岛因能共用现有取水管而得以开展示范，若在新地点从零铺设，投资额将大幅增加。

冬季水温下降与运行稳定性

表层水变冷的冬季，温差缩小，发电量可能下降。冲绳虽为亚热带，水温仍有季节变化，能否获得预期发电量，需要通过长期运行数据来确认。

如何看待对环境的影响

OTEC抽取大量深层水，使用后再排回海中。深层水营养盐丰富且水温不同，视排水的位置和深度而定，可能对周边生态系统产生影响。迈向大规模化时，需要事先评估排水的扩散以及对浮游植物的影响。这是国内外持续研究的课题，从示范阶段起就需要持续的环境监测。

迈向1MW级：商船三井与久米岛町的合作

民间企业参与的意义

作为示范的下一阶段，备受关注的是1MW级的实现。2025年10月，商船三井与久米岛町签署全面合作协议，宣布在“海洋温差发电（OTEC）与海洋深层水利活用”领域，推进面向1MW级OTEC的取水系统开发与设计等（LNEWS报道）。该公司此前已参与久米岛100kW级OTEC示范设备的运营。

航运公司参与OTEC，背景可能是其海洋方面的知识，以及为脱碳探索新的能源业务。本次合作的特点，在于从研究阶段走向引入民间资金和运营经验的阶段。

实现1MW后会有什么变化

换算成一般家庭用电，1MW相当于数百户的规模（因使用方式差别很大，仅为参考）。比输出本身更重要的是，能否达到经济上成立的最小规模。如果在此看到盈利前景，向其他离岛和热带岛国推广也将变得现实。

世界与日本的OTEC：能否改变岛屿能源

热带岛屿是最大的适地

OTEC的适地是全年温差大的热带、亚热带海域。太平洋、加勒比海和印度洋的许多岛国依赖进口柴油发电，电价高昂，一旦OTEC能够盈利，效果将十分显著。夏威夷的示范和久米岛的经验，也可能促成对这些国家的技术合作。

在可再生能源中的定位

日本也在推进海上风电、波浪能、潮流发电等利用海洋的可再生能源开发。OTEC因输出较稳定，可以起到补充作用。例如，海上风电的输出随风而变，而OTEC只要有温差就能稳定运转。将两者结合，可使离岛的电力系统更加稳定。

相关举措在本站的以下文章中也有介绍。

• 利用潮流发电的技术：潮流发电的原理与日本的可能性
• 用风力驱动船舶：利用风帆推进船舶脱碳的技术
• 海藻的碳吸收：海藻场与蓝碳

OTEC承担的“海洋产业多元化”

OTEC不只是发电技术。与利用深层水的养殖、食品、化妆品、健康相关产业结合，可以成为支撑整个岛屿经济的基础。久米岛模式作为将可再生能源与地方产业一体培育的案例，受到国内外关注。

我们能做什么：让海洋能源更贴近生活

先了解，再亲临现场

OTEC还是一般人不太了解的技术。久米岛的深层水研究所有时会提供参观或相关设施介绍（受理情况请事先在官方网站确认）。若有机会前往久米岛旅行，品尝海葡萄等深层水产品，也是支持当地产业的一步。

把能源与海洋联系起来思考

意识到电从哪里来，是应对气候变化的第一步。可再生能源有太阳能、风能、水力、地热、海洋能等多种选择，各有长短。OTEC这样的技术能否成长，不仅取决于研究者和企业，也取决于社会有多关注。