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海洋中蕴藏着丰富的太阳热能。太阳每年供应给海洋的热能大约有６０多功能万亿千瓦时，这样庞大的能量，除了一部分转变为海流的动能和水气的循环外，都直接以热能的形式储存在海水中， 主要表现为海水表层和深层直接的温差。通常情况下，海水表层的温度可达２５－２８℃ ，而海平面以下５００米的深处水温大约只有４－７℃，两者相差２０℃左右，热带海洋的温差更为明显.
在赤道地区，接近海面的表面海水温度在太阳照射下高达近30摄氏度，而水深数百米的深层海水温度是5~10度。海洋温差发电就是利用这一温差进行的。据佐贺大学海洋能源研究中心介绍，位于北纬40度——南纬40度的100个国家和地区都可以进行海洋温差发电.
火力发电和原子能发电是以热能使水沸腾，利用蒸汽带动涡轮机，然后发电。作为带动涡轮机的蒸汽。海洋温差发电是利用氨和水的混合液。与水的100度相比，氨水的沸点是33度，容易沸腾。
借助表面海水的热量，利用蒸发器使水沸腾，用氨蒸汽带动涡轮机。氨蒸汽会被深层海水冷却，重新变成液体。在这一往返过程中，可以依次将海水的温差变成电力。
海洋温差发电的原理是19世纪后半期由法国人想出来的。日本人上原从1973年开始进行研究。为了高效地将海水热量伟给氨，他开发了电容器板热交换装置，安装在凝结器和蒸发器上。结果，他确立了海洋温差发电中最高度的“上原循环”系统。
上原解释说：“由于燃料是海水，燃料费等于零。如果能够提高系统效率、降低成本，就可以投入实用。”
上原等研究人员将表面海水放入特殊的真空容器里，使它迅速蒸发，然后用深层海水进行冷却，成功地使之变成了淡水。据测算，印度1000千瓦的海洋温差发电设备一天可生产1.6万瓶淡水。
海洋温差发电的能源变换效率是3%~5%，比火力发电的40%低得多。但如果一台发电设备的输出功率达不到1万千瓦的规模，每千瓦小时的发电成本就难以控制在可与其他发电方式竞争的10日元以下。
然而,美国工程师设计的一个16万千瓦的海洋温差发电装置，全长450米，自重23．5万吨，排水量达30万吨。由于海洋能密度比较小，并且能源变换效率是3%~5%,很低.所以要得到比较大的功率，海洋能发电装置要造得很庞大。而且还要有众多的发电装置，排列成阵，形成面积广大的采能场，才能获得足够的电力。这是海洋能利用的共同特点。
由于海洋温差能开发利用的巨大潜力，海洋温差发电受到各国普遍重视。目前，日本、法国、比利时等国已经建成了一些海洋温差能电站，功率从100千瓦至5000干瓦不等。上万干瓦的温差电站也在建设之中。
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