海洋温度差エネルギー変換

海洋温度差発電（OTEC）は、海洋の暖かい表層水と冷たい深層水の温度差を利用して熱機関を稼働させ、発電する再生可能エネルギー技術です。これは、安定した持続可能な電力源を提供できる可能性を秘めた、クリーンエネルギー生成のユニークな形態です。克服すべき課題はありますが、OTECは、特に深層水にアクセスできる熱帯地域で、安定した持続可能なクリーンエネルギー源を提供できる可能性を秘めています。

OTEC は、冷たい深海水と暖かい浅海水または表層海水の間の海洋温度勾配を利用して熱機関を稼働させ、通常は電気の形で有用な仕事を生み出します。OTEC は非常に高い稼働率で稼働できるため、ベースロードモードで稼働できます。

北大西洋と南極海の特定の地域で海洋表層水と冷たい大気の相互作用によって形成された密度の高い冷水塊は、深海盆に沈み、熱塩循環によって深海全体に広がります。深海からの冷水の湧昇は、冷たい表層海水の 沈降によって補充されます。

海洋エネルギー源の中でも、OTECは継続的に利用可能な再生可能エネルギー源の一つであり、ベースロード電源の供給に貢献できる。^[1] OTECの資源ポテンシャルは、他の海洋エネルギー形態よりもはるかに大きいと考えられている。^[2] OTECは、海洋の熱構造に影響を与えることなく、年間最大10,000  TWhの電力を生成できる可能性がある。^[3]

システムは、クローズドサイクルまたはオープンサイクルのいずれかになります。クローズドサイクル OTEC では、アンモニアやR-134aなどの冷媒として一般的に考えられている作動流体を使用します。これらの流体は沸点が低いため、システムの発電機に電力を供給して発電するのに適しています。現在までに OTEC で最も一般的に使用されている熱サイクルは、低圧タービンを使用するランキンサイクルです。オープンサイクルエンジンは、海水自体からの蒸気を作動流体として使用します。

OTECは副産物として大量の冷水も供給できます。冷水は空調や冷蔵に使用でき、栄養分が豊富な深層海洋水は生物工学に利用できます。もう一つの副産物は海から蒸留された淡水です。 ^[4]

OTECの理論は1880年代に初めて開発され、最初のベンチサイズの実証モデルは1926年に構築されました。現在稼働しているパイロット規模のOTECプラントは、佐賀大学が監督する日本とハワイのマカイにあります。^[5]

OTEC技術の開発と改良の試みは1880年代に始まった。1881年、フランスの物理学者ジャック・アルセーヌ・ダルソンヴァルは、海洋の熱エネルギーを利用することを提案した。ダルソンヴァルの弟子ジョルジュ・クロードは、1930年にキューバのマタンサスに最初のOTECプラントを建設した。^{[6] [7]}このシステムは、低圧タービンで22kWの電力を生成した 。[ 8 ]このプラントは^後に嵐で破壊された。^[9]

1935年、クロードはブラジル沖に停泊していた1万トンの貨物船に発電所を建設した。しかし、天候と波により、発電を開始する前に破壊されてしまった。 ^[8]（発電量とは、発電量からシステム稼働に必要な電力を差し引いた値である）。

1956年、フランスの科学者は コートジボワールのアビジャンに3MWの発電所を設計した。大量の安価な石油が発見されたことで採算が取れなくなり、この発電所は完成しなかった。 ^[8]

1962年、J・ヒルバート・アンダーソンとジェームズ・H・アンダーソン・ジュニアは、部品の効率向上に着目した。彼らは1967年に新しい「クローズドサイクル」設計の特許を取得した。^[10]この設計は、元のクローズドサイクルランキンシステムを改良したもので、石油や石炭よりも低コストで発電するプラントの概要に含まれていた。しかし、当時は石炭と原子力がエネルギーの未来と考えられていたため、彼らの研究はあまり注目されなかった。^[9]

日本はOTEC技術の開発に大きく貢献している。^[11]東京電力は1970年からナウル島に100kWの閉サイクルOTECプラントを建設し、導入した。^[11] このプラントは1981年10月14日に稼働を開始し、約120kWの電力を生産した。90kWはプラントの電力として使用され、残りの電力は学校やその他の場所に使用された。^[8]これは、実際の（実験的ではない）電力網に電力が送られたOTECシステムからの電力出力の世界記録を樹立した。^[12]

1981年には、ロシアの技術者アレクサンダー・カリナ博士がアンモニアと水の混合物を使って発電するという、OTEC技術の大きな進歩もありました。この新しいアンモニアと水の混合物は、発電サイクルの効率を大幅に向上させました。1994年、佐賀大学海洋エネルギー研究所は、発明者上原春夫にちなんで名付けられた、新しく発明された上原サイクルをテストする目的で、4.5kWのプラントを設計・建設しました。このサイクルには吸収と抽出のプロセスが含まれており、このシステムはカリナサイクルよりも1～2%優れています。^[13]

1970年代には、1973年のアラブ・イスラエル戦争後にOTECの研究開発が活発化し、石油価格が3倍に上昇した。カーター大統領が1999年までにOTECシステムによる発電量を10,000MWにするという目標を掲げる法律に署名した後、米国連邦政府はOTEC研究に2億6000万ドルを投入した。^[14]

1974年、米国はハワイのコナ海岸のケアホレポイントにハワイ自然エネルギー研究所（NELHA）を設立しました。ハワイは、表層水が暖かく、非常に深く冷たい水にアクセスでき、電気代が高いため、米国でOTECに最適な場所です。この研究所はOTEC技術の主要な試験施設となっています。^[15]同年、ロッキードは米国国立科学財団からOTEC研究のための助成金を受け取りました。これが最終的に、ロッキード、米国海軍、マカイ海洋工学、ディリンガム建設、およびその他の企業による、世界初で唯一の純電力生産OTECプラント「ミニOTEC」の建設につながりました。^[16] 1979年の3か月間、少量の電力が生成されました。NELHAは1990年代に6年間、250kWの実証プラントを運営しました。^[17]アメリカ海軍の資金援助により、この場所に105kWの発電所が建設され、2015年に地元の電力網に電力を供給し始めた。^[17]

ヨーロッパのイニシアチブであるEUROCEAN（すでにオフショアエンジニアリングで活動していた9つのヨーロッパ企業の民間資金による合弁会社）は、1979年から1983年までOTECの推進に積極的に取り組んでいました。最初は大規模なオフショア施設が研究されました。その後、陸上OTECと淡水化および養殖を組み合わせた100kWの陸上施設（通称ODA）が研究されました。これは、養殖池に水を供給するために深海供給ラインを使用したセントクロワ島の小規模養殖施設の結果に基づいています。また、陸上のオープンサイクルプラントも調査されました。ケーススタディの場所は、オランダ王国関連の島であるキュラソーでした。^[18]

オープンサイクルOTECの実現に関する研究は、1979年に米国エネルギー省の資金提供を受けて太陽エネルギー研究所（SERI）で本格的に開始されました。蒸発器と適切に構成された直接接触型コンデンサーがSERIによって開発され、特許を取得しました（^{[19] [20] [21]}を参照）。当時165kW実験と呼ばれていた発電実験のオリジナル設計は、マックス・ヤコブ記念賞講演でクライスとバラサン^[22]と^[23]によって説明されました。最初の設計では、大型蒸気タービンから取り出した最終段ローターを使用して、2つの平行軸流タービンが使用されていました。その後、国立再生可能エネルギー研究所（NREL）のバラサン博士が率いるチームが、最新の210kWオープンサイクルOTEC実験の初期概念設計を開発しました（^[24]）。この設計では、サイクルのすべてのコンポーネント、すなわち蒸発器、凝縮器、タービンが 1 つの真空容器に統合され、タービンは水が到達する可能性がないように上部に取り付けられています。この容器は、この種の最初のプロセス真空容器としてコンクリートで作られています。すべてのコンポーネントを低コストのプラスチック材料を使用して作成する試みは、タービンと真空ポンプがこの種のものとして初めて開発されるため、ある程度の保守性が必要だったため、完全には達成できませんでした。その後、バラサン博士は、太平洋高等技術研究所 (PICHTR) のエンジニア チームと協力し、予備段階と最終段階を通じてこの設計をさらに進めました。これは純電力生成実験 (NPPE) と改名され、主任エンジニアのドン エバンスが率いるチームによってハワイ自然エネルギー研究所 (NELH) で PICHTR によって構築され、プロジェクトはルイス ベガ博士によって管理されました。

2002年、インドはタミル・ナードゥ州近郊で1MWの浮体式OTECパイロットプラントを試験した。このプラントは深海冷水パイプの故障により最終的に失敗に終わった。^[25] インド政府は研究を後援し続けている。^[26]

2006年、マカイ・オーシャン・エンジニアリングは、米国海軍研究局（ONR）から、温暖な熱帯海域に設置された海上浮体式プラントで国内で重要な量の水素を生産するOTECの可能性を調査する契約を獲得しました。OTECを実際に商業化するには、より大きなパートナーが必要であることを認識したマカイは、ロッキード・マーティンにアプローチし、以前の関係を再開してOTECの準備ができているかどうかを確認しました。そして2007年、ロッキード・マーティンはOTECの仕事を再開し、SBIRをサポートするためにマカイの下請け業者になりました。その後、他のコラボレーションが続きました^[16]

2011年3月、オーシャン・サーマル・エナジー・コーポレーションは、バハマのナッソーにあるバハマ・リゾートと、世界初かつ最大の海水空調（SWAC）システムに関するエネルギーサービス契約（ESA）を締結した。^[27] 2015年6月、リゾートが財政および所有権の問題を解決する間、プロジェクトは一時停止された。^[28] 2016年8月、問題は解決され、リゾートは2017年3月にオープンすると発表された。 ^[29]その時点でSWACシステムの建設が再開されると予想されている。

2011年7月、マカイ・オーシャン・エンジニアリングはハワイ自然エネルギー研究所にOTEC熱交換器試験施設の設計と建設を完了した。この施設の目的は、OTEC熱交換器の最適設計を実現し、性能と耐用年数を向上させながらコストを削減することである（熱交換器はOTECプラントの最大のコスト要因である）。^[30]そして2013年3月、マカイはOTEC熱交換器試験施設に100キロワットのタービンを設置して運用し、OTEC電力を再び送電網に接続する契約を締結したことを発表した。^{[31] [32]}

2016年7月、ヴァージン諸島公共サービス委員会は、オーシャン・サーマル・エナジー・コーポレーションの適格施設となるための申請を承認した。これにより同社は、セントクロイ島の海洋温度差発電（OTEC）プラントに関する電力購入契約（PPA）についてヴァージン諸島水道電力庁（WAPA）との交渉を開始することが許可された。これは世界初の商業用OTECプラントとなる。^{[33] [34]}

アフリカのサントメ・プリンシペに、世界初の商業規模の浮体式OTECプラットフォームとなるプロジェクトが設置される予定だ。^[35] Global OTECが開発した「ドミニク」と名付けられたこの構造物は1.5MWの発電を予定しており、その後にバージが設置されて国内の需要を全量供給することになる。^[36] 2022年には政府と英国の新興企業Global OTECの間で覚書が締結された。^[37]

2013年3月、佐賀大学は日本のさまざまな企業と協力して新しいOTECプラントの設置を完了しました。沖縄県は2013年4月15日に久米島でのOTEC運転試験の開始を発表しました。主な目的は、コンピュータモデルの妥当性を証明し、OTECを一般向けに実証することです。試験と研究は、佐賀大学の支援を受けて2016年度末まで実施されます。IHIプラント建設株式会社、横河電機株式会社、株式会社ゼネシスは、沖縄県深層水研究センターの敷地内に100キロワットクラスのプラントを建設する業務を委託されました。この場所は、2000年に研究センターに設置された既存の深層水と表層海水取水管を活用するために特別に選ばれました。この管は、研究、漁業、農業用の深層水の取水に使用されます。プラントは、ダブルランキン構成の50kWユニット2台で構成されています。^[38] OTEC施設と深層水研究センターは、予約制で英語と日本語による無料一般見学ツアーに開放されています。^[39]現在、これは世界でわずか2つの完全に稼働しているOTECプラントのうちの1つです。このプラントは、特定のテストが行​​われていないときは継続的に稼働しています。

2011年、マカイ・オーシャン・エンジニアリングはNELHAに熱交換器試験施設を完成させた。OTECで使用するためのさまざまな熱交換技術を試験するために使用され、マカイは105kWのタービンを設置するための資金提供を受けている。^[40]この施設の設置により、この施設は稼働中の最大のOTEC施設となるが、最大出力の記録はハワイで開発されたオープンサイクルプラントが保持することになる。

2014年7月、DCNSグループはAkuo Energyと提携し、NEMOプロジェクトにNER 300の資金提供を発表しました。プロジェクトが成功すれば、総出力16MW、純出力10MWのこの洋上発電所は、これまでで最大のOTEC施設となるはずでした。DCNSは2020年までにNEMOを稼働させる計画でした。^{[41] [検証失敗]} 2018年4月初旬、Naval Energiesは主要な冷水取水管に関連する技術的問題のため、プロジェクトを無期限に停止しました。^[42]

マカイ・オーシャン・エンジニアリングが建設した海洋温度差発電プラントが、2015年8月にハワイで稼働を開始した。ハワイ州知事のデイビッド・イゲ氏が「スイッチを入れ」、プラントを稼働させた。これは米国の電力網に接続された初の真のクローズドサイクル海洋温度差発電（OTEC）プラントである。これは105キロワットの発電能力を持つデモプラントで、約120世帯に電力を供給するのに十分な量である。^[43]

熱機関は、温度差が大きい場合に効率が高くなります。海洋では、表面と深層水の温度差は熱帯地方で最大になりますが、それでも20～25℃と控えめです。そのため、OTECの可能性が最も高いのは熱帯地方です。^{[4] OTECは、}波力発電などの他の海洋エネルギーオプションよりも10～100倍のエネルギーを地球規模で提供できる可能性があります。^{[44] [45]}

OTEC発電所は継続的に稼働し、電力発電システムにベースロード電源を供給することができる。 ^[4]

OTECの主な技術的課題は、小さな温度差から効率的に大量の電力を生成することです。これはまだ新興技術と見なされています。初期のOTECシステムの熱効率は1〜3％で、この温度差での理論上の最大値6〜7％を大きく下回っていました。^[46] 現代の設計では、理論上の最大カルノー効率に近づく性能が実現されています。

冷たい海水は、クローズドサイクル、オープンサイクル、ハイブリッドの3種類のOTECシステムのそれぞれに不可欠な要素です。システムを稼働させるには、冷たい海水を海面に引き上げなければなりません。主なアプローチは、能動的なポンプと淡水化です。海底近くの海水を淡水化すると密度が下がり、海面に浮上します。^[47]

凝縮した冷水を地表まで運ぶための高価なパイプの代わりに、蒸発した低沸点流体を深部までポンプで送り込み、凝縮させることで、ポンプの容量を減らし、技術的および環境的問題を減らし、コストを削減することができます。^[48]

クローズドサイクル システムでは、アンモニア(大気圧での沸点は -33 °C 程度)などの低沸点の流体を使用してタービンを駆動し、発電します。温かい表面海水が熱交換器に送られ、流体が蒸発します。膨張した蒸気がターボ発電機を回転させます。2 番目の熱交換器に送られた冷水が蒸気を液体に凝縮し、システム内で循環します。

1979年、自然エネルギー研究所と民間パートナー数社が「ミニOTEC」実験を開発し、閉サイクルOTECによる海上純電力生産に初めて成功した。^[49]ミニOTEC船はハワイ沖1.5マイル（2.4km）に停泊し、船の電球を点灯し、コンピューターとテレビを動かすのに十分な純電力を生産した。

オープンサイクルOTECは、温かい表層水を直接利用して発電する。温かい海水はまず低圧容器に送り込まれ、そこで沸騰する。いくつかの方式では、膨張した蒸気が発電機に取り付けられた低圧タービンを駆動する。低圧容器に残った塩分やその他の汚染物質を除いた蒸気は純粋な真水である。深海水の低温にさらされることで凝縮され、液体になる。この方法では、飲料水、灌漑、養殖に適した淡水化水が生産される。^[50]

他の方式では、上昇する蒸気は、水をかなりの高さまで持ち上げるガスリフト技術に使用されます。実施形態に応じて、このような蒸気リフトポンプ技術は、ポンプが使用される前または使用された後に水力発電タービンから電力を生成します。^[51]

1984年、太陽エネルギー研究所（現在は国立再生可能エネルギー研究所として知られている）は、暖かい海水をオープンサイクルプラント用の低圧蒸気に変換する垂直噴出口蒸発器を開発した。海水から蒸気への変換効率は97％にも達した（全体的な蒸気生成は入ってくる水の数パーセントに過ぎない）。1993年5月、ハワイのケアホレポイントにあるオープンサイクルOTECプラントは、 純発電実験中に80kW近くの電力を生産した。 ^[52]これは、1982年に日本のシステムが記録した40kWの記録を破った。^[52]

ハイブリッドサイクルは、クローズドサイクルとオープンサイクルシステムの特徴を組み合わせたものです。ハイブリッドサイクルでは、温かい海水が真空チャンバーに入り、オープンサイクル蒸発プロセスと同様にフラッシュ蒸発します。蒸気は、アンモニア気化器の反対側にあるクローズドサイクルループのアンモニア作動流体を気化します。気化した流体はタービンを駆動して電気を生成します。蒸気は熱交換器内で凝縮し、淡水化水を提供します（ヒートパイプを参照）。^[53]

作動流体としてよく選ばれるのはアンモニアです。アンモニアは輸送特性に優れ、入手しやすく、低コストです。しかし、アンモニアは有毒で可燃性です。CFC や HCFC などのフッ素化炭素は有毒でも可燃性でもありませんが、オゾン層の破壊に寄与します。炭化水素も良い候補ですが、非常に可燃性が高く、さらに、燃料として直接使用するための競争も生じます。発電所のサイズは作動流体の蒸気圧に依存します。蒸気圧が増加すると、タービンと熱交換器のサイズは小さくなり、パイプと熱交換器の壁厚は、特に蒸発器側の高圧に耐えられるように増加します。

OTEC は数ギガワットの電力を生産する可能性があり、電気分解と組み合わせることで、予測される世界の化石燃料消費量を完全に置き換えるのに十分な水素を生産できる可能性があります。^[要出典] しかし、コスト削減は未解決の課題のままです。OTEC プラントには、冷水を表面に引き上げるために、長くて直径の大きい取水管が必要であり、これを海の 1 キロメートル以上の深さに沈めます。

陸上および沿岸施設には、深海に設置された施設に比べて 3 つの主な利点があります。陸上または沿岸に建設された施設には、複雑な係留設備、長い電力ケーブル、外洋環境に伴う大規模なメンテナンスは必要ありません。保護されたエリアに設置できるため、嵐や荒波から比較的安全です。沿岸施設から架台橋または土手道を経由して、電気、淡水化水、冷たく栄養豊富な海水を送ることができます。さらに、陸上または沿岸施設では、海洋養殖や淡水化水を必要とする関連産業と連携して施設を運営できます。

好ましい立地としては、狭い棚（火山島）、急峻な（15～20 度）沖合斜面、比較的滑らかな海底などがあります。これらの立地では、取水管の長さが最小限に抑えられます。陸上プラントは、嵐からより保護される海岸からかなり内陸に建設することも、パイプが短くなる海岸に建設することもできます。いずれの場合も、建設と運用が容易なため、コストを削減できます。

陸上または沿岸の施設でも、海洋養殖や冷水農業をサポートできます。陸上にタンクやラグーンを建設すれば、作業員がミニチュアの海洋環境を監視および制御できます。海洋養殖の製品は、標準的な輸送手段で市場に届けられます。

陸上施設の欠点の 1 つは、砕波帯での波の乱れです。 OTEC の排水管は、嵐や長期間の荒波の際に極度のストレスを受けないように保護溝内に設置する必要があります。 また、冷水と温水の混合排水は、適切な深さまで到達するまで数百メートル沖合まで運ぶ必要がある場合があり、建設とメンテナンスに追加の費用がかかります。

OTEC システムが波の荒い海域で運用する際に生じる問題や費用を回避する方法の 1 つは、水深 10 ～ 30 メートルの沖合に建設することです (Ocean Thermal Corporation 1984)。このタイプのプラントでは、取水管と排水管が短く (したがってコストも安い)、波の荒い海域の危険を回避できます。ただし、プラント自体は防波堤や耐浸食性基礎などの海洋環境からの保護が必要であり、プラントの出力は陸上に送電する必要があります。^[54]

波の荒い波を避けるため、また冷水資源に近づくために、OTEC プラントは最大 100 メートル (330 フィート) の深さの大陸棚に設置することができます。棚に設置されたプラントは、現場まで曳航され、海底に固定されます。このタイプの構造は、すでに沖合石油掘削装置で使用されています。深海での OTEC プラントの運用は複雑であるため、陸上のアプローチよりも高価になる可能性があります。問題には、外洋条件によるストレスや製品の配送の難しさなどがあります。強い海流や大きな波に対処するには、エンジニアリングと建設の費用がかかります。プラットフォームは、安定した基盤を維持するために大規模な杭打ちを必要とします。電力供給には、陸上まで届く長い海底ケーブルが必要になる場合があります。これらの理由から、棚に設置されたプラントは魅力的ではありません。^{[54] [出典が必要]}

浮体式OTEC施設は沖合で稼働する。大規模なシステムには最適である可能性もあるが、浮体式施設にはいくつかの難しさがある。非常に深い水域に施設を係留することが難しいため、電力供給が複雑になる。浮体式プラットフォームに接続されたケーブルは、特に嵐の際には損傷を受けやすい。1000メートルを超える深さにあるケーブルは、保守や修理が困難である。海底と施設を結ぶライザーケーブルは、絡まりにくいように構築する必要がある。^[54]

棚置き型プラントと同様に、浮体式プラントも連続運転のために安定した基盤を必要とする。大嵐や荒波により垂直に吊り下げられた冷水パイプが破損し、温水取水も中断される可能性がある。こうした問題を防ぐために、柔軟なポリエチレン製のパイプをプラットフォームの底部に取り付け、ジョイントやカラーでジンバル固定することができる。嵐による被害を防ぐために、パイプをプラントから切り離す必要があるかもしれない。温水パイプの代わりに、表面水を直接プラットフォームに引き込むこともできるが、荒波による激しい動きで取水口が損傷したり中断されたりしないようにする必要がある。^[54]

浮体式発電所を電力供給ケーブルに接続するには、発電所を比較的静止した状態に保つ必要があります。係留は許容できる方法ですが、現在の係留技術は約2,000メートル（6,600フィート）の深さまでしか利用できません。さらに浅い深さでも、係留コストが法外に高くなる可能性があります。^[55]

OTEC 施設は多かれ少なかれ固定された地上プラットフォームであるため、その正確な位置と法的地位は海洋法に関する国際連合条約(UNCLOS) の影響を受ける可能性があります。この条約は沿岸国に陸地から 12 海里と 200 海里 (22 キロメートルと 370 キロメートル) のさまざまな法的権限のゾーンを与えており、潜在的な紛争や規制障壁を生み出しています。OTEC プラントおよび類似の構造物はこの条約の下で人工島と見なされ、独立した法的地位は与えられません。OTEC プラントは、漁業や国際海底機構が管理する海底採掘事業に対する脅威または潜在的なパートナーとして認識される可能性があります。

OTECシステムはまだ広く導入されていないため、コストの見積もりは不確かです。ハワイ大学による2010年の研究では、OTECの電気コストは、1.4MWのプラントでは1キロワット時（kWh）あたり94.0セント、10MWのプラントでは1kWhあたり44.0セント、100MWのプラントでは1kWhあたり18.0セントと推定されています。^[56]国際エネルギー機関の組織である海洋エネルギーシステムによる2015年のレポートでは、100MWのプラントで1kWhあたり約20.0セントと推定されています。^[57]別の研究では、発電コストは1kWhあたり7.0セントと低く見積もられています。^[58]他のエネルギー源と比較して、ラザードによる2019年の研究では、補助金なしの電力コストは、公益事業規模の太陽光発電では1kWhあたり3.2～4​​.2セント、風力発電では1kWhあたり2.8～5.4セントと推定されています。^[59]

IRENAが2014年に発表した報告書は、OTEC技術の商業利用はさまざまな方法で拡大できると主張している。「...小規模OTECプラントは、小規模コミュニティ（住民5,000〜50,000人）の電力生産に対応するように構築できますが、経済的に実行可能になるためには、真水や冷却などの貴重な副産物の生産が必要になります。」大規模なOTECプラントには、はるかに高い諸経費と設置コストがかかります。^[60]

考慮すべき有益な要素としては、OTECには廃棄物や燃料消費がない、利用可能な地域^[要出典]（多くの場合、赤道から20°以内）^{[61] 、}石油依存の地政学的影響、波力エネルギー、潮力エネルギー、メタンハイドレートなどの代替海洋エネルギーとの互換性、海水の補足的利用などが挙げられる。^[62]

検討中の OTEC プロジェクトには、インド洋のイギリス海外領土ディエゴガルシア島にある米海軍基地向けの小規模プラントも含まれています。オーシャン サーマル エナジー コーポレーション (旧 OCEES インターナショナル社) は、米国海軍と共同で、現在のディーゼル発電機に代わる 13 MW の OTEC プラントの設計に取り組んでいます。この OTEC プラントは、1 日あたり125 万ガロン^{[明確化が必要]の飲料水も供給します。このプロジェクトは現在[いつ? ]米軍契約方針の変更を待っています。OTE は、}グアムに 10 MW の OTEC プラントを建設することを提案しています。

オーシャン・サーマル・エナジー・コーポレーション（OTE）は現在、^米領バージン諸島に2つの10MW OTECプラント、バハマに5～10MW OTEC施設を設置する計画がある。OTEはまた、バハマのリゾート向けに世界最大の海水空調（SWAC）プラントを設計しており、冷水深層水を空調手段として利用する。^{[ 63]} 2015年半ば、95％完成したプロジェクトは、リゾートが財政および所有権の問題を解決する間、一時的に保留された。^[64] 2016年8月22日、バハマ政府は、バハマ・リゾートを完成させる新しい契約が締結されたと発表した。^[29] 2016年9月27日、バハマのペリー・クリスティ首相は、バハマの建設が再開され、リゾートは2017年3月にオープンする予定であると発表した。^[65]

これは保留中であり、再開されない可能性があります。^[66]

ロッキード・マーティンの代替エネルギー開発チームは、マカイ・オーシャン・エンジニアリング^[67]と提携して 、10MWのクローズドサイクルOTECパイロットシステムの最終設計段階を完了し、 2012年から2013年の間にハワイで運用開始する予定である。このシステムは、近い将来に100MWの商用システムに拡張できるように設計された。2010年11月、米国海軍施設エンジニアリング司令部（NAVFAC）は、ロッキード・マーティンに、プラントの重要なシステムコンポーネントと設計を開発するための440万ドルの契約修正を授与した。これは、2009年の810万ドルの契約と、2008年と2010年3月の総額100万ドルを超える2つのエネルギー省助成金に追加されたものである。 ^[68] 小規模ながら稼働中の海洋温度差発電（OTEC）プラントが2015年8月にハワイで開設された。^[69]

2013年4月13日、ロッキードは海南島の計画中のリゾートに電力を供給するために、中国南部の沖合に10メガワットの発電所を建設するためにレインウッドグループと契約を結んだ。^[70]この規模の発電所は数千世帯に電力を供給することになる。^{[71] [72]レインウッドグループは2011年にオーパスオフショアを買収し、レインウッド海洋エンジニアリング部門を形成し、}深海掘削の開発にも取り組んでいる。^[73]

現在、継続的に稼働している唯一のOTECシステムは、日本の沖縄県にあります。政府の支援、地域社会の支援、佐賀大学による先進的な研究が、請負業者であるIHIプラント建設株式会社、横河電機株式会社、および株式会社ゼネシスにとって、このプロジェクトを成功させる鍵となりました。久米島では、新しいパイプラインを必要とする1MWの施設を開発するための作業が行われています。2014年7月、50人以上の会員が世界海洋資源エネルギー協会（GOSEA）を設立しました。これは、久米島モデルの開発を促進し、より大規模な深海水パイプラインと1MWのOTEC施設の設置に向けて取り組むために設立された国際組織です。^[74]現在のOTECプロジェクトに関与している企業は、他の利害関係者とともに、オフショアOTECシステムの計画も策定しています。^[75] - 詳細については、上記の「現在稼働中のOTECプラント」を参照してください。

2014年3月5日、海洋熱エネルギー公社（OTEC）^[76]と米国領バージン諸島（USVI）の第30議会は、陸上海洋熱エネルギー変換（OTEC）再生可能エネルギー発電所と海水空調（SWAC）施設を設置することの実現可能性とUSVIへの潜在的利益を評価するための調査を進めるための覚書に署名した。^[77] USVIの調査で評価される利益には、OTECによって生成されるベースロード（24時間365日）のクリーン電力だけでなく、豊富な新鮮な飲料水、省エネ空調、持続可能な水産養殖と海洋養殖、セントトーマス島とセントクロイ島の農業強化プロジェクトなど、OTECとSWACに関連するさまざまな関連製品が含まれる。^[78]

2016年7月18日、OTEの適格施設申請がヴァージン諸島公共サービス委員会によって承認されました。^[33] OTEはまた、このプロジェクトに関連する契約交渉を開始する許可も得ました。^[34]

韓国の船舶海洋工学研究所（KRISO）は、1MWの洋上OTEC設計についてビューローベリタスから原則承認を受けた。キリバス共和国の沖合6kmに建設されるこのプロジェクトのタイムラインは示されていない。^[79]

アクオ・エナジーとDCNSは、2014年7月8日にNER300資金を授与された^[80]。NEMO（マルティニークおよび海外向け新エネルギー）プロジェクトは、2020年に完成予定の10.7MWの純洋上施設となる予定である。^[81]開発を支援するための賞金は合計7200万ユーロに上った。^[82]

2018年2月16日、グローバルOTECリソーシズは、ホテルやリゾート向けに特別に設計された150kWの発電所をモルディブに建設する計画^{[83]を発表しました。 [84]}「これらのリゾートはすべてディーゼル発電機から電力を供給しています。さらに、個々のリゾートの中には、需要を満たすために1日あたり7,000リットルのディーゼルを消費するものもあり、これは年間6,000トン以上のCO2に相当します_」とディレクターのダン・グレッチは述べています。^[85] EUは助成金を授与し、グローバルOTECリソーシズは残りの助成金のためにクラウドファンディングキャンペーンを開始しました。^[83]

OTEC は発電以外にも用途があります。

淡水化水は、表面凝縮器を使用して蒸発した海水を飲料水に変えて、オープンサイクルまたはハイブリッドサイクルプラントで生産できます。システム分析によると、2メガワットのプラントは1日あたり約4,300立方メートル（150,000立方フィート）の淡水化水を生産できます。^[86]リチャード・ベイリーが特許を取得した別のシステムでは、変動する露点温度と相関して表面凝縮器を通る深海水の流れを調整することで凝縮水を生成します。^[87]この凝縮システムは、増分エネルギーを使用せず、可動部品もありません。

佐賀大学は2015年3月22日、久米島にフラッシュ式淡水化実証施設を開設した。^[88]海洋エネルギー研究所のこのサテライト施設では、沖縄海洋温度差発電実証施設の深層水と未処理の表層海水を使用して淡水化水を製造する。密閉系から真空ポンプで空気を抜き取る。未処理の海水をフラッシュチャンバーに送り込むと沸騰し、純粋な蒸気が上昇し、塩分と残りの海水が除去される。蒸気は、熱交換器で冷たい深層水と液体に戻される。^[89]淡水化水は水素製造や飲料水（ミネラルを加えた場合）に使用できる。

1993年に設立されたNELHA工場は、1日平均7,000ガロンの真水を生産しました。KOYO USAは、この新たな経済的機会を活用するために2002年に設立されました。KOYOは、ハワイのNELHA工場で生産された水をボトルに詰めています。毎日100万本のボトル入り水を生産する能力を持つKOYOは、現在、売上高1億4,000万ドルを誇るハワイ最大の輸出業者です。[81]

OTEC システムによって得られる 41 °F (5 °C) の冷たい海水は、発電所付近の産業や住宅に大量の冷房を提供する機会を創出します。この水は冷水コイルで使用して、建物の空調に使用できます。直径 1 フィート (0.30 m) のパイプは、1 分間に 4,700 ガロンの水を供給できると推定されています。43 °F (6 °C) の水は、大規模な建物に十分な空調を提供できます。1 キロワット時あたり 5 ～ 10 セントで販売されている電気空調の代わりに、年間 8,000 時間稼働すると、年間 200,000 ～ 400,000 ドルの光熱費を節約できます。^[90]

ボラボラ島にあるインターコンチネンタルリゾート＆タラソスパでは、建物の空調にSWACシステムを採用しています。^[91] このシステムは海水を熱交換器に通し、閉ループシステムで淡水を冷却します。この淡水は建物に送り込まれ、直接空気を冷却します。

2010年、コペンハーゲン・エナジーはデンマークのコペンハーゲンに地域冷房プラントを開設した。このプラントは商業ビルや工業ビルに冷たい海水を供給し、電力消費を80パーセント削減した。^[92] オーシャン・サーマル・エナジー・コーポレーション（OTE）はバハマのリゾート向けに9800トンのSDCシステムを設計した。

OTEC 技術は、冷土壌農業を支えています。冷たい海水が地下のパイプを流れると、周囲の土壌が冷やされます。冷たい土壌の根と暖かい空気中の葉の温度差により、温帯気候で​​進化した植物を亜熱帯で育てることができます。ジョン P. クレイブン博士、ジャック デビッドソン博士、リチャード ベイリーはこのプロセスの特許を取得し、ハワイ自然エネルギー研究所 (NELHA) の研究施設で実証しました。^[93]研究施設は、このシステムを使用して 100 種類以上の作物を栽培できることを実証しました。その多くは、ハワイやケアホレ ポイントでは通常生育できません。^[要出典]

日本はまた、2000年から久米島の沖縄海洋深層水研究所で海洋深層水の農業利用を研究している。久米島の施設では、地中のパイプを通る熱交換器で海洋深層水で冷却した通常の水を使用して土壌を冷却している。彼らの技術は、冬野菜であるホウレンソウを一年中商業的に生産するなど、島のコミュニティにとって重要な資源を開発しました。久米島町は2014年にOTEC実証施設の隣に海洋深層水農業施設の拡張を完了しました。新しい施設は、より大規模な冷土壌農業の経済的実用性を研究するためのものです。^[94]

養殖は最もよく知られている副産物です。深海から大量の水を汲み上げるための費用とエネルギーのコストを削減できるからです。深海水には、生物の消費により表層水では枯渇している必須栄養素が高濃度で含まれています。この人工湧昇は、世界最大の海洋生態系と地球上で最も密度の高い生命を養い、支える自然の湧昇を模倣したものです。

栄養豊富な深海水では、サケやロブスターなどの冷水動物が繁殖します。健康補助食品であるスピルリナなどの微細藻類も栽培できます。深海水と表層水を組み合わせることで、最適な温度の水を供給することができます。

OTECで揚水されたプールでは、サケ、ロブスター、アワビ、マス、カキ、ハマグリなどの外来種を養殖することができます。これにより、近隣の市場に供給できる新鮮な魚介類の種類が増えます。このような低コストの冷蔵は、温暖な熱帯地域では急速に劣化する収穫した魚の品質を維持するために使用できます。ハワイのコナでは、NELHAと協力している養殖会社が年間約4,000万ドルを生み出しており、これはハワイのGDPのかなりの部分を占めています。^[95]

OTECの電気を使って電気分解することで水素を生産することができます。効率を上げるために電解質化合物を加えた蒸気は、水素生産のための比較的純粋な媒体です。OTECは、大量の水素を生産するように拡張することができます。主な課題は、他のエネルギー源や燃料と比較したコストです。^[96]

海には塩やその他の形で溶解した57種類の微量元素が含まれています。過去には、ほとんどの経済分析で、微量元素の海洋採掘は採算が取れないと結論付けられていましたが、これは水を汲み上げるのに必要なエネルギーが理由の1つです。採掘は一般的に、マグネシウムなど高濃度で存在し、簡単に抽出できる鉱物を対象としています。OTECプラントが水を供給しているため、コストは抽出のみです。^[97] 日本人はウラン抽出の可能性を調査し、他の技術（特に材料科学）の発展により見通しが改善されていることを発見しました。^[98]

海洋温度勾配は、降雨量を増やし、熱帯地方の夏の高温を和らげるために利用でき、人類と動植物に多大な利益をもたらします。^{[要出典]ある地域で}海面温度が比較的高い場合、近くの陸地に優勢な大気圧と比較して気圧の低い地域が形成され、陸地から海洋に向かう風を引き起こします。海洋に向かう風は乾燥していて暖かいため、陸地に向かう湿った風に比べて陸地での降雨量には貢献しません。陸地で十分な降雨量と快適な夏の気温（35℃以下）を得るには、海洋から陸地に向かう湿った風が好ましいです。海域で選択的に人工湧昇によって高圧ゾーンを作成することは、通常のモンスーンの全球風を陸地に向かって逸らしたり誘導したりするためにも使用できます。栄養分に富んだ深層海洋水を人工的に表面に湧昇させることは、熱帯および温帯気候の地域での漁業の成長も促進します。^{[99]また、}藻類の成長が促進されることで海洋による炭素隔離が強化され、降雪量の増加により氷河の質量が増加し、海面上昇や地球温暖化のプロセスが緩和される。^[要出典]熱帯低気圧は、海の暖かい表層水からエネルギーを得て激化することから、高気圧帯を通過できない。

深海の巨大な浮体式風力タービン発電所で発電した電力を使用した人工的な手段により、冷たい深海水 (<10 °C) が海面領域に汲み上げられ、海面温度 (> 26 °C) が抑えられます。海水面温度が低いと、局所的な周囲圧力が高まり、陸に向かう大気の風が生成されます。冷たい海水を湧き上げるために、固定式の油圧駆動プロペラ (直径約 50 m) が500 ～ 1000 m の深海底に配置され、柔軟なドラフト チューブが海面まで伸びています。ドラフト チューブは、下側が海底に固定され、上側が海面の浮き桟橋に固定されています。冷たい水が海面に汲み上げられると、柔軟なドラフト チューブの内圧が外圧よりも高くなるため、柔軟なドラフト チューブは潰れません。中東、北東アフリカ、インド亜大陸、オーストラリアは、それぞれペルシャ湾、紅海、インド洋、太平洋から深層水を海面に汲み上げることで、夏季の暑く乾燥した天候、また不規則な降雨量にも悩まされる気候から解放されることができる。^[要出典]

OTECを厳密に扱うと、20℃の温度差で、同じ水量の流れで34メートルの落差を持つ水力発電所と同量のエネルギーが得られることが明らかになっています。^[要出典] 温度差が低いということは、有効な量の熱を取り出すためには非常に大量の水が必要になることを意味します。100MWの発電所では、1分間に約1200万ガロン（44,400トン）の水を汲み上げることが期待されます。^{[100]ちなみに、ポンプは毎分41,700トンの}戦艦ビスマルク の重量よりも重い水の質量を移動させる必要があります。そのため、OTECシステムでは、ポンプによるエネルギー生産の寄生的な負担が大きく、ロッキード社の設計では、49.8MWの正味発電量ごとに19.55MWのポンプコストが消費されています。熱交換器を使用するOTECシステムでは、この量の水を処理するために、従来の火力発電所で使用されるものと比較して巨大な熱交換器が必要であり、^[101]全体的な効率に影響を与えるため、最も重要なコンポーネントの1つになります。100MWのOTEC発電所には、それぞれが20フィートの輸送コンテナよりも大きい200個の熱交換器が必要であり、これが最も高価なコンポーネントになります。^[102]

海洋（地球表面の70%を覆い、透明度指数は0.5、平均エネルギー保持率は15%）が受ける総日射量は、 5.45×10 ¹⁸ MJ/年 × 0.7 × 0.5 × 0.15 = 2.87×10 ¹⁷ MJ/年です。

ランベール・ブーゲの法則を使って水による太陽エネルギーの吸収量を定量化する ことができる。

${\displaystyle -{\frac {dI(y)}{dy}}=\mu I}$

ここで、yは水深、Iは強度、μは吸収係数である。上記の微分方程式を解くと、

${\displaystyle I(y)=I_{0}\exp(-\mu y)\,}$

吸収係数μ は、非常に透明な淡水では 0.05 m ⁻¹から、非常に塩分濃度の高い水では 0.5 m ^{−1の範囲になります。}

強度は深さyとともに指数関数的に低下するため、熱吸収は上層に集中します。熱帯地方では通常、表面温度は 25 °C (77 °F) を超えますが、1 キロメートル (0.62 マイル) では温度は約 5～10 °C (41～50 °F) です。表面の水は暖かい (したがって軽い) ため、熱対流はありません。温度勾配が小さいため、伝導による熱伝達は温度を均等にするには低すぎます。したがって、海洋は実質的に無限の熱源であると同時に、実質的に無限のヒートシンクでもあります。^{[説明が必要]}

この温度差は緯度と季節によって異なり、熱帯、亜熱帯、赤道海域で最大になります。そのため、熱帯地方は一般に OTEC に最適な場所です。

この方式では、約 27 °C (81 °F) の温かい表面水が、飽和圧力よりわずかに低い圧力で蒸発器に入り、蒸発します。

${\displaystyle H_{1}=H_{f}\,}$

ここで、H _{f は}入口温度T _{1における液体の水の}エンタルピーです。

この一時的に過熱された水は、加熱面が接触している従来のボイラーのプール沸騰とは対照的に、体積沸騰を起こします。したがって、水は部分的に蒸気に変わり、2 相平衡が保たれます。蒸発器内の圧力が飽和圧力T ₂に維持されていると仮定します。

${\displaystyle H_{2}=H_{1}=H_{f}+x_{2}H_{fg}\,}$

ここで、x _{2 は蒸発する水の質量分率です。単位}タービン質量流量あたりの温水質量流量は 1/ x ₂です。

蒸発器内の低圧は真空ポンプによって維持され、溶解した非凝縮性ガスも蒸発器から除去されます。蒸発器には、蒸気品質(蒸気含有量) が非常に低い水と蒸気の混合物が含まれています。蒸気は飽和蒸気として水から分離されます。残りの水は飽和し、オープン サイクルで海に排出されます。蒸気は低圧/高比容積の作動流体です。特殊な低圧タービンで膨張します。

${\displaystyle H_{3}=H_{g}\,}$

ここで、H _{g は}T ₂に対応する。理想的な等エントロピー（可逆断熱）タービンの場合、

${\displaystyle s_{5,s}=s_{3}=s_{f}+x_{5,s}s_{fg}\,}$

上記の式はタービンの排気口の温度T ₅ . x _{5 に対応し、s は}状態 5 における蒸気の質量分率です。

T ₅におけるエンタルピーは、

${\displaystyle H_{5,s}=H_{f}+x_{5,s}H_{fg}\,}$

このエンタルピーは低くなります。断熱可逆タービン仕事 = H ₃ - H _{5, s} 。

実際のタービン仕事W _T = ( H ₃ - H _{5, s} ) xポリトロープ効率

${\displaystyle H_{5}=H_{3}-\ \mathrm {実際} \ \mathrm {仕事} }$

凝縮器の温度と圧力は低くなります。タービンの排気は海に排出されるため、直接接触型凝縮器を使用して排気と冷水を混合し、ほぼ飽和した水を作ります。その水は海に排出されます。

H ₆ = H _f、T ₅。T _{7 は}、蒸気含有量が無視できるほど小さいため、冷たい海水と混合された排気の温度です。

${\displaystyle H_{7}\approx H_{f}\,\ at\ T_{7}\,}$

各段階間の温度差には、暖かい表面水と作動蒸気との温度差、排気蒸気と冷却水との温度差、凝縮器に到達する冷却水と深層水との温度差などがあります。これらは、全体的な温度差を減少させる 外部の不可逆性を表しています。

単位タービン質量流量あたりの冷水流量、

${\displaystyle {\dot {m_{c}={\frac {H_{5}-\ H_{6}}{H_{6}-\ H_{7}}}}}\,}$

タービン質量流量、${\displaystyle {\dot {M_{T}}}={\frac {\mathrm {タービン} \ \mathrm {仕事} \ \mathrm {必要} }{W_{T}}}}$

温水質量流量、${\displaystyle {\dot {M_{w}}}={\dot {M_{T}{\dot {m_{w}}}}}\,}$

冷水質量流量${\displaystyle {\dot {{\dot {M_{c}}}={\dot {M_{T}m_{C}}}}}\,}$

1960 年代に Sea Solar Power, Inc. の J. Hilbert Anderson 氏によって開発が始まったこのサイクルでは、Q _{H は}蒸発器内で温かい海水から作動流体に伝達される熱です。作動流体は、露点に近いガスとして蒸発器から排出されます。

高圧高温のガスはタービン内で膨張し、タービン仕事W _{T を}生み出します。作動流体はタービン出口でわずかに過熱され、タービンは可逆的な断熱膨張に基づいて通常 90% の効率を持ちます。

タービン出口から、作動流体は凝縮器に入り、ここで熱-Q _{C を}冷たい海水に放出します。次に、凝縮液はサイクル内で最高圧力まで圧縮され、凝縮液ポンプ仕事W _{C が}必要になります。したがって、アンダーソン閉サイクルは、アンダーソン サイクルでは作動流体が数度以上過熱されることがない点を除いて、従来の発電所の蒸気サイクルに似たランキン型サイクルです。粘性効果により、作動流体の圧力は蒸発器と凝縮器の両方で低下します。この圧力低下は、使用する熱交換器の種類によって異なり、最終的な設計計算で考慮する必要がありますが、解析を簡略化するためにここでは無視します。したがって、ここで計算される寄生凝縮液ポンプ仕事W _Cは、熱交換器の圧力低下を含めた場合よりも低くなります。OTEC プラントで必要な主な追加寄生エネルギーは、冷水ポンプ仕事W _CTと温水ポンプ仕事W _HTです。その他のすべての寄生エネルギー要件をW _Aで表すと、OTECプラントからの正味の仕事W _NPは

${\displaystyle W_{NP}=W_{T}-W_{C}-W_{CT}-W_{HT}-W_{A}\,}$

作動流体が経験する熱力学サイクルは、寄生エネルギー要件を詳細に考慮することなく分析することができる。熱力学の第一法則から、システムとしての作動流体のエネルギーバランスは

${\displaystyle W_{N}=Q_{H}-Q_{C}\,}$

ここで、W _N = W _T + W _{C は}熱力学サイクルの正味仕事量です。熱交換器内で作動流体の圧力降下がない理想的なケースでは、

${\displaystyle Q_{H}=\int _{H}T_{H}ds\,}$

そして

${\displaystyle Q_{C}=\int _{C}T_{C}ds\,}$

すると、正味の熱力学的サイクル仕事は

${\displaystyle W_{N}=\int _{H}T_{H}ds-\int _{C}T_{C}ds\,}$

過冷却された液体が蒸発器に入ります。温かい海水との熱交換により蒸発が起こり、通常は過熱された蒸気が蒸発器から出ます。この蒸気がタービンを駆動し、2 相混合物が凝縮器に入ります。通常、過冷却された液体が凝縮器から出、最後にこの液体が蒸発器に送られてサイクルが完了します。

深海の冷たい高圧層に溶解した二酸化炭素は表面に運ばれ、水が温まるにつれて放出されます。^{[引用が必要]}

深海水と浅瀬の水が混ざると、栄養分が引き上げられ、浅瀬の生物が利用できるようになります。これは商業的に重要な種の養殖には有利かもしれませんが、発電所周辺の生態系のバランスを崩す可能性もあります。

OTECプラントは、温暖な表層海水と冷えた深層海水の大量の流れを利用して、一定の再生可能電力を生成します。深層海水は酸素が欠乏しており、一般的に浅い海水よりも20～40倍も栄養分（硝酸塩と亜硝酸塩）が豊富です。これらのプルームが混ざると、周囲の海水よりもわずかに密度が高くなります。^[103] OTECの大規模な物理的環境テストは行われていませんが、OTECプラントの効果をシミュレートするためのコンピュータモデルが開発されています。

2010年に、1基または数基の100メガワットのOTECプラントの物理的な海洋学的影響をシミュレートするコンピュータモデルが開発された。このモデルは、OTECプラントが連続運転できるよう構成でき、その結果生じる温度と栄養分の変動が自然に発生するレベル内になることを示唆している。これまでの研究では、OTECフローを水深70メートルより下方に排出することで、希釈は適切で栄養分の濃縮は十分に少なくなり、100メガワットのOTECプラントを継続的に持続可能な方法で運転できることが示唆されている。^[104]

OTEC の排出による栄養素は、光合成層に大量に蓄積すると、潜在的に生物活動の増加を引き起こす可能性があります。^[104] 2011 年には、100 メガワットの OTEC プラントからのプルームに対する生物学的反応をシミュレートするために、流体力学コンピュータ モデルに生物学的要素が追加されました。モデル化されたすべてのケース (水深 70 メートル以上の排出) で、海面上部 40 メートルに不自然な変動は発生していません。^[103] 110 - 70 メートルの深さの層でのピコプランクトンの反応は約 10 - 25% 増加しており、これは自然に発生する変動の範囲内です。ナノプランクトンの反応はごくわずかです。珪藻類 (マイクロプランクトン) の生産性の向上はわずかです。ベースライン OTEC プラントの植物プランクトンがわずかに増加していることから、高次の生化学的影響は非常に小さいことが示唆されます。^[103]

1981年に米国NOAAが作成した最終環境影響評価書（EIS）は入手可能だが^[105]、現在の海洋学および工学の基準に合わせる必要がある。OTECに関連する10の化学海洋学パラメータに焦点を当て、環境ベースライン監視の最良の方法を提案するための研究が行われている。^[106]最近では、NOAAが2010年と2012年にOTECワークショップを開催し、物理的、化学的、生物学的影響とリスクを評価し、情報のギャップやニーズを特定することを目指している。^{[107] [108]}

Tethysデータベースは、 OTECの潜在的な環境影響に関する科学文献と一般情報へのアクセスを提供します。^[109]

典型的な OTEC 境界条件で動作する直接接触型熱交換器の性能は、クロード サイクルにとって重要です。初期のクロード サイクル設計の多くは、その性能がよくわかっていたため、表面コンデンサを使用していました。しかし、直接接触型コンデンサには大きな欠点があります。取水管で冷水が上昇するにつれて、圧力が低下し、ガスが発生し始めます。大量のガスが溶解して出てくる場合は、直接接触型熱交換器の前にガストラップを設置することが正当化される場合があります。温水取水管内の条件をシミュレートした実験では、溶解したガスの約 30% が管の上部 8.5 メートル (28 フィート) で発生することが示されました。海水の事前脱気^[110]とコンデンサーからの非凝縮性ガスの排出との間のトレードオフは、ガス発生ダイナミクス、脱気器の効率、ヘッド損失、ベント コンプレッサーの効率、および寄生電力に依存します。実験結果では、垂直スパウト コンデンサーは、下降ジェット タイプよりも約 30% 優れた性能を発揮します。

生の海水は熱交換器を通過する必要があるため、良好な熱伝導率を維持するように注意する必要があります。25〜50マイクロメートル（0.00098〜0.00197インチ）の薄い生物付着層は、熱交換器の性能を最大50％低下させる可能性があります。^[46] 1977年に行われた研究では、模擬熱交換器を10週間海水にさらしたところ、微生物付着のレベルは低かったものの、システムの熱伝導率は大幅に低下したという結論が出ました。^[111]付着レベルと熱伝達の低下の間に明らかな矛盾があるのは、熱交換器の表面で微生物が増殖して薄い水層が閉じ込められた結果です。^[111]

別の研究では、汚れは時間の経過とともに性能を低下させると結論付け、通常のブラッシングでは微生物層のほとんどを除去できるものの、時間が経つにつれて単純なブラッシングでは除去できないより硬い層が形成されることを明らかにした。 ^[46]この研究では、スポンジゴムボールをシステムに通した。ボール処理により汚れの速度は低下したものの、成長を完全に止めるには不十分であり、容量を回復するには時々ブラッシングが必要であると結論付けた。実験の後半では微生物がより速く再成長し（つまり、ブラッシングがより頻繁に必要になった）、以前の研究の結果を再現した。^[112]その後の洗浄後の成長速度の増加は、微生物コロニーに対する選択圧の結果であると思われる。^[112]

1日1時間の連続使用と断続的な自由付着期間、そしてその後の塩素処理期間（再び1日1時間）が研究された。塩素処理は微生物の増殖を遅らせたものの、止めることはできなかった。しかし、1リットルあたり0.1 mgの塩素処理レベルを1日1時間行うことは、プラントの長期運転に効果的であることが証明されるかもしれない。^[46] この研究では、微生物による付着は温水表面水熱交換器では問題となるが、冷水熱交換器では生物付着はほとんどまたは全くなく、無機付着は最小限にとどまるという結論に達した。^[46]

水温に加えて、微生物の付着は栄養分レベルにも左右され、栄養分が豊富な水では成長が速くなります。^[113]付着速度は熱交換器の製造に使用される材料にも左右されます。アルミニウム管は微生物の増殖を遅らせますが、パイプの内側に形成される酸化層は洗浄を複雑にし、効率の低下が大きくなります。 ^[112] 対照的に、チタン管は生物付着をより早く起こしますが、洗浄はアルミニウムよりも効果的です。^[112]

蒸発器、タービン、凝縮器は、大気圧の 3% ～ 1% の範囲の部分真空で動作します。動作を低下させたり停止させたりする可能性のある大気の漏れを防ぐために、システムは慎重に密閉する必要があります。閉サイクル OTEC では、低圧蒸気の比容積は加圧作動流体の比容積に比べて非常に大きくなります。蒸気速度が過度に高い値にならないように、コンポーネントの流路面積を大きくする必要があります。

排気コンプレッサーの寄生電力損失を削減する方法は次のとおりです。ほとんどの蒸気が噴流コンデンサーによって凝縮された後、非凝縮性ガス蒸気混合物が逆流領域を通過し、ガス蒸気反応が 5 倍に増加します。その結果、排気ポンプの電力要件が 80% 削減されます。

北極沿岸地域では、冬季に海水と外気の温度差が 40 °C (72 °F) にも達することがあります。密閉サイクルシステムでは、空気と水の温度差を利用できます。海水抽出パイプをなくすことで、このコンセプトに基づくシステムは OTEC よりも安価になる可能性があります。この技術は、沸点が -0.5 °C (31.1 °F) で水に溶けないことから、ブタンを寒剤として提案した H. Barjot によるものです。^[114]現実的な効率レベルを 4% と仮定すると、計算によると、気温が -22 °C (-8 °F) の場所で 2 °C (36 °F) の温度の 1 立方メートルの水で生成されるエネルギー量は、この 1 立方メートルの水を 4,000 フィート (1,200 m) の高さの水力発電所に流して生成されるエネルギー量に等しいことが示されています。^[115]

バルヨット極地発電所は、極地の島々に設置されるか、氷冠に取り付けられた遊泳用船やプラットフォームとして設計される。例えば、グラスゴーからわずか2,100km離れたグリーンランド東海岸の気象観測所ミグブカでは、年間6か月の冬季に月平均気温が−15℃（5℉）を下回っている。^[116]

1979年にSERIはゼーベック効果を利用して総変換効率2%の電力を生成することを提案した。^[117]

2014年、ラトガース大学の准教授であるLiping Liu氏は、従来の流体サイクルではなく固体熱電効果を利用したOTECシステムを構想した。 ^{[118] [119]}

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• ウィリアム H. エイブリー、チ・ウー (1994 年 3 月 17 日)。海洋からの再生可能エネルギー: OTEC ガイド。ジョンズ ホプキンス大学応用物理研究所科学工学シリーズ。オックスフォード、ニューヨーク: オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-507199-3。