在應對氣候變遷的背景下，各類可再生能源的開發正在不斷推進。海洋領域已出現利用波浪能和潮汐的發電方式。日本佐賀大學早在50多年前就開始開展海洋溫差發電（OTEC）的研究。OTEC是一種利用海洋表層溫暖海水與深水層冷海水之間溫度差進行發電的方法，適用於熱帶和副熱帶地區，有望成為實現去碳目標的有力選項。佐賀大學海洋能源研究所的池上康之所長目前正在馬來西亞建設OTEC研究設施，該設施可在向島嶼地區提供電力的同時，還在探索成為帶來多方面經濟效益的示範項目。
2025年1月開設試驗電站
擁有適合熱帶地區的高發電效率
2025年1月20日，在馬來西亞吉隆坡近郊的度假勝地波德申，舉行了海洋溫差發電（OTEC：Ocean Thermal Energy Conversion）試驗電站「UPM-UTM OTEC中心」的安裝及啟用儀式（見圖1）。該設施由佐賀大學海洋能源研究所所長池上康之，利用在日本國立研究開發法人科學技術振興機構（JST）「應對全球性課題的國際科學技術合作計畫（SATREPS）」項目中取得的研究成果，在馬來西亞高等教育部的支持下開設的。原則上，該設施由馬來西亞博特拉大學（UPM）與馬來西亞理工大學（UTM）共同負責運行與管理。
圖1 照片拍攝於馬來西亞啟用的全球首座混合型OTEC（H-OTEC）試驗電站「UPM-UTM OTEC中心」。在試驗電站的啟用儀式上，包括池上先生在內，來自日本與馬來西亞政府相關人士等共計130人出席。
作為應對全球變暖的對策，世界範圍內正加快推進從化石燃料向可再生能源的轉型。然而，作為可再生能源代表的太陽能發電和風力發電，其發電量容易受到天氣和季節變化的影響而出現較大波動。為此，作為具備穩定供電能力的可再生能源之一而備受關注的，是池上先生等人正在推進研究開發的OTEC。
OTEC是一種利用太陽光照射加熱後的海洋表層海水，與海面下約600至1000米深水層冷海水之間的溫度差進行發電的技術。溫差越大，發電效率越高，所以該技術尤其適用於表層海水溫度為20至30攝氏度、深水層海水溫度約為5攝氏度的熱帶和副熱帶地區。目前研究的主流方式為閉合循環系統，其特徵在於將沸點較低的氨或替代氟氯烷作為「工質」，通過泵在管道內持續循環。系統利用表層溫暖海水使工質汽化驅動發電渦輪機，隨後通過深水層冷海水使其冷凝變回成液態，再將其輸送回表層重新汽化，如此循環往復（見圖2）。
圖2 閉合循環方式OTEC的概念示意圖。系統將沸點較低的氨等物質作為「工質」，通過泵使其在管道內循環。裝置利用表層溫暖海水使工質蒸發，產生氣體驅動渦輪機進行發電，隨後再利用深水層冷海水使工質冷凝回液態。（供圖：佐賀大學）
花費半個世紀構築最適系統
「久米島模式」引發全球關注
OTEC的原理設想可追溯至130多年前，但其實際應用卻長期進展緩慢。其原因主要在於發電成本。許多技術上可行，經濟性不足而難以實現的方案並不少見。1973年石油危機發生時，OTEC曾一度受到關注，但隨著之後原油價格與供應趨於穩定，該技術逐漸淡出人們的視野。近年來，在應對全球變暖的背景下，可再生能源的重要性再次受到重視，OTEC的研發也隨之重新活躍起來。
池上先生於1982年進入佐賀大學就讀，OTEC研究領域的先驅、前佐賀大學校長、已故上原春男教授是他的恩師，多年來兩人一直並肩推進相關研究。他回憶過往時表示：「70年代的第一次石油危機給我留下的記憶太深刻，這也成為了我從事能源研究的契機。高中生的時候，我得知附近的佐賀大學正在開展OTEC研究，便想著既然要做研究，就選擇一個有特點的方向，所以報考了佐賀大學。」
OTEC的原理本身很簡單，但池上先生指出：「要想利用溫差連續進行發電循環運行，必須依賴能夠在海水與工質之間高效熱傳的熱交換器以及熱工質。而且不僅需要單項技術，還需要構建整體系統。」為此，池上先生的研究團隊開發並優化了在作為工質的氨中加入少量水以提升熱效率的「上原循環」方式，還研究了利用替代氟氯烷等其他物質作為工質的方法（見圖3）。
圖3 位於佐賀大學海洋能源研究所的OTEC驗證裝置。在該設施中開發出了包括「上原循環」等在內的多項技術。
為了將溫暖海水與冷海水的熱量更加高效地傳遞給工質，研究團隊設計了板式熱交換器，並圍繞板片材料與結構形狀反復開展試驗與改進。池上先生等人構建的系統自2013年起作為100瓩級試驗電站在沖繩縣久米島投入運行，並持續進行著實際驗證。久米島的系統不僅利用實際海水實現了穩定發電，還完成了長時間連續運行，成為全球首個取得這一成果的案例。除發電功能之外，海洋深水層水的取水發展出的相關產業也為當地帶來了經濟效益，這一實務由此被稱為「久米島模式」，並受到廣泛關注，迄今已有來自90多個國家的考察人員前來訪問。
在發電的同時實現海水淡化
開發出較鈦更為低廉的方案
然而，邁向實際應用還需要通過更大規模的裝置進行試驗驗證。此外，要切實為當地經濟作出貢獻，也必須進一步創造附加價值。為此，池上先生等人將馬來西亞選為合作夥伴，並決定通過SATREPS推進聯合研究。談及選擇馬來西亞作為合作對象的原由，池上先生表示：「2012年在馬六甲舉行的聯合國教科文組織政府間海洋學委員會（IOC）西太平洋地區小委員會（WESTPAC）研討會上，馬來西亞方面表達了希望能夠共同開展研究的意願，雙方隨後簽署了基本協議。除了看好OTEC在馬來西亞的發展潛力之外，對方充實的研究體制也是促成合作的重要因素。」
池上先生等人在馬來西亞建設的試驗裝置採用的是在發電的同時實現海水淡化的「混合型OTEC（H-OTEC）」。H-OTEC在驅動渦輪機運轉的基本原理上與閉合循環OTEC相同，但蒸發器所使用的熱源方式有所不同。閉合循環OTEC直接將溫暖海水作為蒸發器的熱源，而H-OTEC則將溫暖海水送入接近真空狀態的閃蒸器，使其轉化為溫度約25攝氏度的熱水氣體（見圖4）。當熱水氣體被輸送至氨蒸發器後，作為工質的氨受到加熱並汽化，與此同時，熱水氣體則被冷卻並凝結為液態淡水，從而實現淡水的回收。
圖4 H-OTEC工作原理概念示意圖（左）與教學用裝置（右）。系統在閃蒸器中將表層海水轉化為熱水氣體，然後將其輸送至氨蒸發器，使作為工質的氨發生汽化，隨後在氨電容器中利用深水層冷海水，使工質重新冷凝為液態。供圖：佐賀大學。
將熱水氣體送入氨蒸發器還具有另一項優勢。在閉合循環方式的蒸發器中，若讓海水直接流經熱交換器，為了防止藤壺等附著生物黏著，通常必須採用價格較高的鈦材料。而在H-OTEC系統中，熱交換器中流動的是熱水氣體，因此無需採取上述對策。此外，用於使氨發生液化的熱交換器所使用的深水層海水中幾乎不含附著生物的幼體，因此兩類熱交換器的金屬板均可採用成本低於鈦的不鏽鋼製造。
養殖、化妝品、溫浴也能應用
「馬來西亞模式」將走向世界
在UPM-UTM OTEC中心的示範電站中，除發電和淡水供給之外，研究團隊還在推進利用富含營養的深水層海水開展水產養殖、化妝品生產，以及將餘熱用於溫浴設施等多種複合利用形態的經濟效益評估與模式構建（見圖5）。相關內容還涵蓋通過培育海藻場等方式實現二氧化碳吸收的藍碳項目。這種被稱為「馬來西亞模式」的綜合利用體系，作為綠色轉型（GX）的社會示範模式，有望推廣至其他亞洲國家以及太平洋島嶼地區。
圖5 「馬來西亞模式」的概念示意圖。該模式不僅提供電力，還通過海水淡化與海洋深水層水的綜合利用，旨在培育新的產業。
在氣候變遷加速的當下，對OTEC的關注度不斷攀升。尤其是在面臨全球變暖引發海平面上升風險的島嶼地區，OTEC被視為一項尤為重要的技術。2023年在迪拜舉行的《聯合國氣候變遷綱要公約》第28次締約方大會（COP28）上，由32個小島嶼發展中國家組成的國際組織SIDS DOCK指出，「對於小島嶼國家而言，廣闊的海洋資源是最後的堡壘」，並將OTEC作為主要議題之一提出。
在COP28召開前夕，帕勞負責公共基礎設施事務的部長，以及湯加、薩摩亞和圖瓦盧的聯合國代表處人員先後前往佐賀大學海洋能源研究所及位於久米島的研究設施進行了考察，並強調OTEC不僅能夠用於發電，還通過海洋深水層水的綜合利用，在支持初創企業發展方面做出了貢獻。近期的動向還包括由帕勞議會和政府相關人士2025年8月前來考察，圍繞OTEC引入與應用的相關舉措正在穩步推進之中。
邁向商業化的課題是大型化
將海上平台型也納入挑戰視野
SATREPS的項目支援雖於2025年結束，但池上先生在總結道：「得益於JST提供的世界一流的支援，以及通過國際協力機構（JICA）推動落地的明確方向，H-OTEC項目從一開始就以實現商業化為目標，而非止步於研究階段，因此推進起來非常順利。」此外，馬來西亞沙巴州政府為引入H-OTEC還推進了相關法律制度得建設，也在項目走向商業化的過程中發揮了重要的助力作用。
目前，相關方面正以UPM-UTM OTEC中心取得的成果為基礎，研究在馬來西亞沙巴州建設1兆瓦級實用化電站的可行性。與此同時，曾完成 100瓩級示範驗證的久米島，也在推進1兆瓦級電站的建設計劃。
池上先生將建設100兆瓦級商用電站設定為未來的最終目標。這是因為，只有達到一定規模，發電成本才能具備與化石燃料發電競爭的電價優勢。此外，若建設10兆瓦級的發電設施，其佔地面積僅為同等規模太陽能發電設施的百分之一，這也是優勢之一。
此外，圍繞海上平台型OTEC的研究也在不斷推進。目前投入運行的OTEC裝置均設於陸地，但將抽取的深水層海水輸送至陸上設施，需要鋪設長距離管道，建設成本較高。若將發電裝置直接佈設在海上，並僅向陸地輸送電力，有望顯著降低整體成本。
在建設海上平台型OTEC電站時，由於許多島嶼地區周邊海域水深為斷崖式增加，所以幾乎不存在離岸太遠的風險。作為同樣受到關注的可再生能源，海上風力發電單機的發電能力約為10兆瓦，而OTEC電站的單體規模可達到約100兆瓦，因此所需建設數量僅為其十分之一。自佐賀大學的上原先生傳承至池上先生，持續50多年的OTEC研究開發，已不再侷限於解決能源供應或全球變暖問題，而是作為一項可為多元化、可持續發展做出貢獻的技術，迎來了新的飛躍階段。（TEXT：本橋惠一 PHOTO：鍋田廣一）
原文：JSTnews 2026年1月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
