对可持续能源的追求与联合国的可持续发展目标紧密相关，特别是目标7，该目标倡导普及负担得起且可持续的现代能源[1]。全球能源消耗一直在稳步增长，预计到2040年，全球能源需求将增加近30%[2]。如果这种持续增长依赖化石燃料，可能会加剧环境问题，尤其是气候变化。作为回应，人们转向了可再生能源。
传统能源对全球气候变化有显著影响，因为它们会释放大量温室气体（GHGs）。自21世纪初以来，温室气体排放量持续稳步上升，年增长率约为2%或更高[3]。
目前依赖有限且有害能源的能源状况凸显了向更可持续选项转型的紧迫性。在各种可再生能源技术中，海洋热能转换（OTEC）因其源自海洋而成为创新的象征和希望。广阔的海洋覆盖了3.61亿平方公里的海域，为海洋热能转换技术提供了广阔的应用空间，尤其是在热带沿海地区[4]。全球OTEC能源的潜力巨大，估计年发电量约为44,000太瓦时（TWh）[5]。然而，目前这种能源的利用仍然非常有限，主要依赖于实验性设施。海洋热能转换（OTEC）是一项有前景的可再生能源技术，其起源可以追溯到19世纪末，当时法国物理学家D'Arsonval首次提出了利用海水温差发电的概念[6]。基于D'Arsonval提出的闭合循环OTEC概念，Heydt等人详细研究了使用氨等纯工作流体的朗肯循环OTEC系统的历史发展和工程特性[7]。在此基础上，Ahmadi等人将闭合循环朗肯框架应用于现代OTEC系统，并在温暖的海水条件下进行了详细的热力学和多目标优化分析[8]。
1930年，D'Arsonval的学生Georges Claude在古巴进行了首次引人注目的OTEC实验，使用开放循环系统产生了22千瓦的电力[9]，但由于天气条件面临许多挑战。后续的OTEC项目也遇到了类似的问题，例如1935年在巴西的项目因波浪和资金问题而被放弃[10]。
尽管早期遇到了挫折，OTEC技术仍在不断发展。1964年，Anderson提出了一个适用于海洋的闭合循环OTEC系统[11]。1979年在夏威夷启动的Mini-OTEC项目成功产生了50千瓦的净电力，尽管由于泵送需求，实际电力有所减少[12]。
多年来，OTEC技术在全球范围内得到了推广。1981年，东京电力公司在瑙鲁共和国建造了一个100千瓦的试点OTEC发电厂，使用Freon R-22作为工作流体[13]。1993年，夏威夷的NELHA OTEC设施开发了一个210千瓦的开放循环OTEC发电厂，但仍面临泵和涡轮机损耗的问题[14]。
国际合作也在OTEC的发展中发挥了作用。2000年，印度和日本合作开发了一个使用氨的1兆瓦闭合朗肯循环OTEC项目[15]。2013年，日本的冲绳OTEC示范设施启动了一个100千瓦的闭合循环OTEC发电厂[16]。洛克希德·马丁公司与Makai Ocean Engineering合作，在夏威夷实现了10兆瓦OTEC发电厂的突破性进展，这是目前运行中的最大OTEC发电厂[17]。
混合OTEC系统结合了闭合循环和开放循环设计的元素，以提高效率和生产力。这些系统通常采用多种类型的热交换器来优化热传递和能量转换[18]。Sam等人对开放循环OTEC系统的直接接触蒸发器和冷凝器性能进行了实验研究，展示了使用下降湍流射流和薄膜的高热传递效率[19]。Uehara专注于钛壳板热交换器的开发和测试，报告了使用氨和R-22作为工作流体的蒸发器和冷凝器的高整体热传递系数[20]。在系统层面，概念性的OTEC发电厂设计评估了闭合循环、开放循环和混合循环配置中热交换器技术的选择和集成[21]。
OTEC技术的一个值得注意的发展是Kalina循环，它引入了水和氨的混合物作为工作流体[22]。这一创新提高了系统的热效率。同样，Uehara循环是一种结合闭合循环和开放循环原理的混合系统，也使用氨作为工作流体，从而提高了系统效率。
在马来西亚，OTEC与国家能源政策之间的契合体现在多项重要政策举措中。2008年推出的《国家可再生能源政策和行动计划》标志着马来西亚在可再生能源利用方面的显著进步[24]。OTEC与这一政策高度契合，因为它是最清洁的能源之一。2017年的《绿色技术总体规划》将绿色技术定位为可持续经济增长的驱动力[25]，而OTEC作为最清洁的能源之一，也与此政策一致。2021年的《马来西亚可再生能源路线图》旨在到2035年加速减少马来西亚电力行业的碳排放[26]。采用OTEC将有助于实现这一目标，因为它相比传统能源产生的温室气体（GHG）排放量要少得多。
尽管马来西亚是OTEC的理想地点，但该国缺乏基于本地相关数据的全面OTEC研究。为了评估OTEC的可扩展性、基础设施需求及其与当前能源基础设施的整合，需要进行以行业为重点的实证研究。本研究的目的是通过应用Python中的现代数据分析技术，并利用高精度数据构建机器学习算法，提供实时数据，从而为马来西亚沿海地区建模一个优化的OTEC系统。
尽管近年来OTEC研究受到了关注，但现有文献中的研究大多集中在OTEC系统的特定组成部分上，没有提供综合的、数据驱动的、深度解析的可行性评估。Hu等人（2024年）对R717及相关工作流体混合物在闭合循环OTEC系统中的热力学性能进行了评估，为循环优化提供了有价值的见解，但他们依赖于固定的温度输入，而不是空间和时间上解析的海洋数据[27]。同样，巴巴多斯OTEC评估[28]和加勒比海热资源映射[29]研究侧重于识别具有强热梯度剖面的区域，但没有结合基于机器学习的预测、深度性能比较或大规模工厂建模。Kailua-Kona可行性评估强调了特定夏威夷地点的环境和基础设施限制，但没有将分析扩展到多深度热制度或长期热预测[30]。来自更广泛文献的熵经济研究提供了重要的系统级成本-性能见解，但它们在理想化的单深度热条件下评估OTEC，并未嵌入数据驱动的预测或不确定性量化[31]。绿色氢-OTEC工作虽然提出了一种重要的最终用途途径，但主要基于概念性能源平衡来评估氢生产，没有考虑深度解析的热特性或马来西亚特定地点的筛选[32]。
基于这些早期工作的局限性，本研究提出了一个针对马来西亚水域的全面OTEC可行性框架。本研究的新颖之处有四点：（i）它结合了高分辨率的HYCOM+NCODA海洋再分析数据和机器学习预测（N-BEATS），生成500-1000米深度冷水层的长期、特定深度的温度预测；（ii）它进行了系统的深度评估，将机器学习生成的温差与完整的闭合循环朗肯工厂建模相结合，从而确定了持续发电的最佳水深；（iii）它使用真实的数据驱动热输入进行了150兆瓦工厂规模的技术经济评估，而不是静态或理想化的ΔT假设；（iv）它结合了敏感性分析和统计不确定性分析，以量化电力输出和经济性能的变异性，这在之前的文献中是缺失的。总体而言，这些贡献提供了第一个同时具有深度解析、机器学习增强、空间明确性和不确定性意识的马来西亚OTEC评估，从而扩展了以往OTEC研究的方法论范围。
