在应对气候变化的背景下，各类可再生能源的开发正在不断推进。海洋领域已出现利用波浪能和潮汐的发电方式。日本佐贺大学早在50多年前就开始开展海洋温差发电（OTEC）的研究。OTEC是一种利用海洋表层温暖海水与深层冷海水之间温度差进行发电的方法，适用于热带和亚热带地区，有望成为实现脱碳目标的有力选项。佐贺大学海洋能源研究所的池上康之所长目前正在马来西亚建设OTEC研究设施，该设施可在向岛屿地区提供电力的同时，还在探索成为带来多方面经济效益的示范项目。
2025年1月开设试验电站
拥有适合热带地区的高发电效率
2025年1月20日，在马来西亚吉隆坡近郊的度假胜地波德申，举行了海洋温差发电（OTEC：Ocean Thermal Energy Conversion）试验电站“UPM-UTM OTEC中心”的安装及启用仪式（见图1）。该设施由佐贺大学海洋能源研究所所长池上康之，利用在日本国立研究开发法人科学技术振兴机构（JST）“应对全球性课题的国际科学技术合作计划（SATREPS）”项目中取得的研究成果，在马来西亚高等教育部的支持下开设的。原则上，该设施由马来西亚博特拉大学（UPM）与马来西亚理工大学（UTM）共同负责运行与管理。
图1 照片拍摄于马来西亚启用的全球首座混合型OTEC（H-OTEC）试验电站“UPM-UTM OTEC中心”。在试验电站的启用仪式上，包括池上先生在内，来自日本与马来西亚政府相关人士等共计130人出席。
作为应对全球变暖的对策，世界范围内正加快推进从化石燃料向可再生能源的转型。然而，作为可再生能源代表的太阳能发电和风力发电，其发电量容易受到天气和季节变化的影响而出现较大波动。为此，作为具备稳定供电能力的可再生能源之一而备受关注的，是池上先生等人正在推进研究开发的OTEC。
OTEC是一种利用太阳光照射加热后的海洋表层海水，与海面下约600至1000米深层冷海水之间的温度差进行发电的技术。温差越大，发电效率越高，所以该技术尤其适用于表层海水温度为20至30摄氏度、深层海水温度约为5摄氏度的热带和亚热带地区。目前研究的主流方式为闭式循环系统，其特征在于将沸点较低的氨或替代氟利昂作为“工质”，通过泵在管道内持续循环。系统利用表层温暖海水使工质汽化驱动发电涡轮，随后通过深层冷海水使其冷凝变回成液态，再将其输送回表层重新汽化，如此循环往复（见图2）。
图2 闭式循环方式OTEC的概念示意图。系统将沸点较低的氨等物质作为“工质”，通过泵使其在管道内循环。装置利用表层温暖海水使工质蒸发，产生气体驱动涡轮进行发电，随后再利用深层冷海水使工质冷凝回液态。（供图：佐贺大学）
花费半个世纪构筑最优系统
“久米岛模式”引发全球关注
OTEC的原理设想可追溯至130多年前，但其实际应用却长期进展缓慢。其原因主要在于发电成本。许多技术上可行，经济性不足而难以实现的方案并不少见。1973年石油危机发生时，OTEC曾一度受到关注，但随着之后原油价格与供应趋于稳定，该技术逐渐淡出人们的视野。近年来，在应对全球变暖的背景下，可再生能源的重要性再次受到重视，OTEC的研究与开发也随之重新活跃起来。
池上先生于1982年进入佐贺大学就读，OTEC研究领域的先驱、前佐贺大学校长、已故上原春男教授是他的恩师，多年来两人一直并肩推进相关研究。他回忆过往时表示：“70年代的第一次石油危机给我留下的记忆太深刻，这也成为了我从事能源研究的契机。高中生的时候，我得知附近的佐贺大学正在开展OTEC研究，便想着既然要做研究，就选择一个有特点的方向，所以报考了佐贺大学。”
OTEC的原理本身很简单，但池上先生指出：“要想利用温差连续进行发电循环运行，必须依赖能够在海水与工质之间高效传热的热交换器以及热工质。而且不仅需要单项技术，还需要构建整体系统。”为此，池上先生的研究团队开发并优化了在作为工质的氨中加入少量水以提升热效率的“上原循环”方式，还研究了利用替代氟利昂等其他物质作为工质的方法（见图3）。
图3 位于佐贺大学海洋能源研究所的OTEC验证装置。在该设施中开发出了包括“上原循环”等在内的多项技术。
为了将温暖海水与冷海水的热量更加高效地传递给工质，研究团队设计了板式热交换器，并围绕板片材料与结构形状反复开展试验与改进。池上先生等人构建的系统自2013年起作为100千瓦级试验电站在冲绳县久米岛投入运行，并持续进行着实际验证。久米岛的系统不仅利用实际海水实现了稳定发电，还完成了长时间连续运行，成为全球首个取得这一成果的案例。除发电功能之外，海洋深层水的取水发展出的相关产业也为当地带来了经济效益，这一实践由此被称为“久米岛模式”，并受到广泛关注，迄今已有来自90多个国家的考察人员前来访问。
在发电的同时实现海水淡化
开发出较钛更为低廉的方案
然而，迈向实际应用还需要通过更大规模的装置进行试验验证。此外，要切实为当地经济作出贡献，也必须进一步创造附加价值。为此，池上先生等人将马来西亚选为合作伙伴，并决定通过SATREPS推进联合研究。谈及选择马来西亚作为合作对象的原由，池上先生表示：“2012年在马六甲举行的联合国教科文组织政府间海洋学委员会（IOC）西太平洋地区小委员会（WESTPAC）研讨会上，马来西亚方面表达了希望能够共同开展研究的意愿，双方随后签署了基本协议。除了看好OTEC在马来西亚的发展潜力之外，对方充实的研究体制也是促成合作的重要因素。”
池上先生等人在马来西亚建设的试验装置采用的是在发电的同时实现海水淡化的“混合型OTEC（H-OTEC）”。H-OTEC在驱动涡轮运转的基本原理上与闭式循环OTEC相同，但蒸发器所使用的热源方式有所不同。闭式循环OTEC直接将温暖海水作为蒸发器的热源，而H-OTEC则将温暖海水送入接近真空状态的闪蒸器，使其转化为温度约25摄氏度的热水气体（见图4）。当热水气体被输送至氨蒸发器后，作为工质的氨受到加热并汽化，与此同时，热水气体则被冷却并凝结为液态淡水，从而实现淡水的回收。
图4 H-OTEC工作原理概念示意图（左）与教学用装置（右）。系统在闪蒸器中将表层海水转化为热水气体，然后将其输送至氨蒸发器，使作为工质的氨发生汽化，随后在氨冷凝器中利用深层冷海水，使工质重新冷凝为液态。供图：佐贺大学。
将热水气体送入氨蒸发器还具有另一项优势。在闭式循环方式的蒸发器中，若让海水直接流经热交换器，为了防止藤壶等附着生物黏附，通常必须采用价格较高的钛材料。而在H-OTEC系统中，热交换器中流动的是热水气体，因此无需采取上述对策。此外，用于使氨发生液化的热交换器所使用的深层海水中几乎不含附着生物的幼体，因此两类热交换器的金属板均可采用成本低于钛的不锈钢制造。
养殖、化妆品、温浴也能应用
“马来西亚模式”将走向世界
在UPM-UTM OTEC中心的示范电站中，除发电和淡水供给之外，研究团队还在推进利用富含营养的深层海水开展水产养殖、化妆品生产，以及将余热用于温浴设施等多种复合利用形态的经济效益评估与模式构建（见图5）。相关内容还涵盖通过培育海藻场等方式实现二氧化碳吸收的蓝碳项目。这种被称为“马来西亚模式”的综合利用体系，作为绿色转型（GX）的社会示范模式，有望推广至其他亚洲国家以及太平洋岛屿地区。
图5 “马来西亚模式”的概念示意图。该模式不仅提供电力，还通过海水淡化与海洋深层水的综合利用，旨在培育新的产业。
在气候变化加速的当下，对OTEC的关注度不断攀升。尤其是在面临全球变暖引发海平面上升风险的岛屿地区，OTEC被视为一项尤为重要的技术。2023年在迪拜举行的《联合国气候变化框架公约》第28次缔约方大会（COP28）上，由32个小岛屿发展中国家组成的国际组织SIDS DOCK指出，“对于小岛屿国家而言，广阔的海洋资源是最后的堡垒”，并将OTEC作为主要议题之一提出。
在COP28召开前夕，帕劳负责公共基础设施事务的部长，以及汤加、萨摩亚和图瓦卢的联合国代表处人员先后前往佐贺大学海洋能源研究所及位于久米岛的研究设施进行了考察，并强调OTEC不仅能够用于发电，还通过海洋深层水的综合利用，在支持初创企业发展方面做出了贡献。近期的动向还包括由帕劳议会和政府相关人士2025年8月前来考察，围绕OTEC引入与应用的相关举措正在稳步推进之中。
迈向商业化的课题是大型化
将海上平台型也纳入挑战视野
SATREPS的项目支援虽于2025年结束，但池上先生在总结道：“得益于JST提供的世界一流的支援，以及通过国际协力机构（JICA）推动落地的明确方向，H-OTEC项目从一开始就以实现商业化为目标，而非止步于研究阶段，因此推进起来非常顺利。”此外，马来西亚沙巴州政府为引入H-OTEC还推进了相关法律制度得建设，也在项目走向商业化的过程中发挥了重要的助力作用。
目前，相关方面正以UPM-UTM OTEC中心取得的成果为基础，研究在马来西亚沙巴州建设1兆瓦级实用化电站的可行性。与此同时，曾完成 100千瓦级示范验证的久米岛，也在推进1兆瓦级电站的建设计划。
池上先生将建设100兆瓦级商用电站设定为未来的最终目标。这是因为，只有达到一定规模，发电成本才能具备与化石燃料发电竞争的电价优势。此外，若建设10兆瓦级的发电设施，其占地面积仅为同等规模太阳能发电设施的百分之一，这也是优势之一。
此外，围绕海上平台型OTEC的研究也在不断推进。目前投入运行的OTEC装置均设于陆地，但将抽取的深层海水输送至陆上设施，需要铺设长距离管道，建设成本较高。若将发电装置直接布设在海上，并仅向陆地输送电力，有望显著降低整体成本。
在建设海上平台型OTEC电站时，由于许多岛屿地区周边海域水深为断崖式增加，所以几乎不存在离岸太远的风险。作为同样受到关注的可再生能源，海上风力发电单机的发电能力约为10兆瓦，而OTEC电站的单体规模可达到约100兆瓦，因此所需建设数量仅为其十分之一。自佐贺大学的上原先生传承至池上先生，持续50多年的OTEC研究开发，已不再局限于解决能源供应或全球变暖问题，而是作为一项可为多元化、可持续发展做出贡献的技术，迎来了新的飞跃阶段。（TEXT：本桥惠一 PHOTO：锅田广一）
原文：JSTnews 2026年1月号
翻译：JST客观日本编辑部
