Мировой океан является естественным аккумулятором солнечной энергии. В тропических морях верхний слой воды толщиной несколько метров имеет температуру 25…30 °С. На глубине 1000 м температура воды не превышает 5 °С. Во многих районах мирового океана существует устойчивая разность температур поверхностных и глубинных слоев.
Преобразование тепловой энергии, запасенной океаном, в механическую, а затем в электрическую требует создания тепловой машины, которая использует перепад температур между прогретыми поверхностными и охлажденными глубинными слоями. Приближенно степень преобразования тепловой энергии можно оценить термическим КПД цикла Карно.
ht=(Т1–Т2)/Т1 = ΔТ/Т1, (7.1)
где Т1 – температура нагретой воды, К; Т2 – температура холодной воды, К.
Для перепадов температур ΔТ от 15 до 26 °С термический КПД будет составлять 5…9 %. Реальный КПД будет значительно ниже [11].
Чтобы определить запасы тепловой энергии нужно знать распределение температур на поверхности океана, толщину прогретого слоя, глубину залегания слоя холодных вод, скорости перемещения водных масс.
Первая приближенная оценка запасов тепловой энергии океана основывалась на следующем. В среднем по Мировому океану разность температур между поверхностью и глубинами примерно в 400 м составляет 12 °С, лишь в некоторых районах достигая 20 °С. Считая в среднем, что разность температур в 12 °С сохраняется на всей свободной от льда поверхности около 3∙1014 м2 в слое толщиной 100 м, общую тепловую энергию океана в любой момент времени можно определить по формуле:
W=VρcpΔT, (7.2)
где V – объем воды, м3; ρ – плотность воды, кг/м3; ср – удельная массовая теплоемкость, кДж/кг∙К.
Таким образом, величина запасенной энергии W=15∙1020 кДж. Для более точных оценок требуется знание картины распределения температур.
Существует также потенциальный ресурс тепловой энергии океана, связанный с разностью температур между поверхностными слоями воды и приповерхностными слоями воздуха. Он представляет особый интерес для Арктики. Там практически 8 месяцев в году температура воздуха ниже –20° С, а температура воды подо льдом +2…+3 °С. Как показывают расчеты при такой разнице температур 1 м3 морской воды, пропущенной за 1 секунду через преобразователь энергии, дает возможность получить около 10 кВт мощности при КПД установки 5 %.