温差能是指海洋表层海水和深层海水之间的温差储存的热能，利用这种热能可以实现热力循环并发电，此外，系统发电的同时还可生产淡水、提供空调冷源等。
温差热发电技术是一种利用高、低温热源之间的温差，采用低沸点工作流体作为循环工质，在朗肯循环(Rankine Cycle，RC)基础上，用高温热源加热并蒸发循环工质产生的蒸汽推动透平发电的技术，其主要组件包括蒸发器、冷凝器、涡轮机以及工作流体泵。
1.温差能发电系统的分类
海洋温差能热电转换(OTEC，Ocean Thermal Energy Conversion)主要依靠热力循环系统完成，其基本原理是利用海洋表面的温海水加热低沸点工质并使之汽化以驱动汽轮机发电。温差能发电系统按照工质和流程的不同可以分为开式朗肯循环(Open Rankine Cycle)、闭式朗肯循环(Closed Rankine Cycle)和混合式朗肯循环(Hybrid Rankine Cycle)三种方式。
(1)开式朗肯循环
开式循环采用表层温海水作为工质，当温海水进入真空室后，低压使之发生闪蒸，产生蒸汽；该蒸汽膨胀，驱动低压汽轮机转动，产生动力，驱动发电机发电。做功后的蒸汽经冷海水降温而冷凝，减小了汽轮机背后的压力(这是保证汽轮机工作的条件)，同时产生淡水。开始循环的优点在于产生电力的同时还产生淡水，缺点是用海水作为工质，沸点高，汽轮机工作压力低，导致汽轮机尺寸大，机械能损耗大，单位功率的材料占用大等。闭式循环以氨等低沸点物质作为工质，温海水通过热交换器加热工质使其蒸发，蒸发产生的不饱和蒸汽膨胀，驱动汽轮机产生动力，从而驱动发电机发电；做功后的蒸汽进入另一个热交换器，由冷海水降温而冷凝，减小了汽轮机背后的压力，冷凝后的工质泵送至蒸发器开始下一循环。
图1 开式朗肯循环
(2)闭式朗肯循环
闭式循环的优点是工质的沸点低，在温海水的温度下可以在较高的压力下蒸发，又可以在比较低的压力下冷凝，提高了汽轮机的压差，减小了汽轮机的尺寸，降低了机械损耗，提高了系统转换效率；缺点是不能像开式循环一样获得淡水。混合式循环系统与闭式循环系统相似，唯一不同的是蒸发器部分，混合式循环系统的温海水先经过一个闪蒸蒸发器，使其中一部分温海水转变为水蒸气，随即将蒸汽导入到第二个蒸发器。混合式循环系统保留了开式循环系统获取淡水的优点，让水蒸气通过换热器而不是大尺度的汽轮机，避免了大尺度汽轮机的机械损耗和高昂造价；并且采用闭式循环获取动力，效率高，机械损耗小。
图2 闭式朗肯循环
(3)混合式朗肯循环
混合式循环系统中同时含有开式循环和闭式循环，其中开式循环系统在温海水闪蒸产生不饱和水蒸气，该水蒸气穿过一个热交换器后冷凝，生成淡水；其另一侧是闭式循环系统的液态工质，该工质在水蒸气冷凝释放出来的潜热加热下发生汽化，产生不饱和蒸汽，驱动汽轮机，产生动力，该动力驱动发电机产生电力，做功后的该蒸汽进入另一热交换器，由冷海水降温而冷凝，减小了汽轮机背后的压力，冷凝后的工质泵送至蒸发器开始下一循环。闭式循环系统综合了开式循环和闭式循环的优点，其既保留了开式循环获取淡水的优点，让水蒸气通过热交换器而不是大尺度的汽轮机，避免了大尺度汽轮机的机械损耗和高昂造价；同时又采用闭式循环获取动力，效率高，机械损耗小。
图3 混合式朗肯循环
2.温差能发电系统的核心技术
海洋温差能发电装置的核心技术包括泵与涡轮机技术、平台技术、平台定位技术、热交换技术、冷水管技术、平台水管接口技术和水下电缆技术，下面对各项技术的发展现状进行简介。
(1)泵与涡轮机技术
温差能发电装置的运行完全依靠泵与涡轮机的运转。泵和涡轮机技术目前是成熟的，但是如果出现故障，就会让整个发电装置陷入瘫痪。因此，需要在工作机组附近准备一套备用机组；而且为了防止外来物体吸入涡轮机损害叶片，还需要安装探测器对设备进行监控。涡轮机常用材料是钢、碳钢以及铬。涡轮机的日常运转和维护已经比较完善，通常情况下安装的涡轮机的数量是根据额定功率的2倍来确定，这样可以定期对涡轮机进行维护又不影响发电装置的运行。涡轮机使用中不确定因素来自工质泄露对环境的影响，因此需要用传感器来进行环境检测。目前，泵与涡轮机的研究主要集中在泵与涡轮机的远程监控，以及用于开式循环并且可以在较低压力下运转的泵与涡轮机技术。
(2)平台技术
温差能发电装置主要分为岸基式和平台式两种。目前，平台装置类型有三种：半潜式、全潜式和船式。其中，半潜式平台在油气工业已有标准的建造程序，船式装置采用浮式生产储存卸货装置(FPSO)生产技术来建造。相比另外两种类型，全潜式平台的生产商较少。全潜式平台与冷水管的连接简单易行，但是需要在水下安装，所以平台安装困难，造价较高，且维护也相对困难。
(3)平台定位技术
随着海上油气工业的发展，平台定位技术也有了长足的发展，目前锚链定的水深已经到了3000m，随着计算机模拟技术的进步，现在可以建立模型精确地模拟和优化锚链系统，而利用GPS定位系统以及水下声纳技术，则可以将锚链准确地放到指定的位置。平台定位系统已经相对成熟，只需要针对特定的情况进行改进和优化即可。
(4)换热器技术
热交换器是海洋温差发电系统的关键设备，它对装置的效率、结构和经济性有直接的重要影响。热交换器性能的关键是它的型式和材料。钛的热传及防腐性能良好，但是价格过于昂贵。美国阿贡实验室的研究发现，在腐蚀暖海水环境下，改进后的钎焊铝换热器寿命可达30年以上。板式热交换器体积小，传热效果好、造价低，适合在闭式循环中采用。热交换器表面容易附着生物使表面换热系数降低，这对整个系统的经济影响很大。美国阿贡实验室发现，每天进行1小时的间断加氯，可有效控制生物附着。但这种方法对环境有一定影响，因此仍有待于寻找更合适的方法。
(5)深水冷水管技术
目前，冷水管的材料主要包括R-波力、高密度聚乙烯、波力纤维复合塑料和碳纤维化合物，并且通常采用拉挤成型技术将其加工成具有中空的“三明治结构管壁”的水管。冷水管是未来OTEC技术发展面临的极大挑战。因为海洋温差仅20℃，所以冷热海水的流量要非常大才能获得所希望的功率。而为了减小海水在管内流动的压头损失，管道直径必须非常大。据估计，商业规模的冷水管直径应在5m左右。冷水管必须足够长，以便其入口能到达深层。尤其是岸式系统要求冷水管长度达2000m，才可到达600-900m深度。冷水管必须有足够的强度，以保证30年的使用寿命。冷水管的保温性能也要好，以免冷海水温度升高影响热效率，这些问题现在还没完全解决。
(6)平台水管接口技术
目前平台水管接口技术主要有以下3种：软管连接、固定连接和万向节连接。固定连接的建造、日常运营和维护都比较简单；万向节连接的建造相对比较容易实施，但是在日常运营和维护时，需要进行定期的清理和润滑；相比前2种技术，软管连接的建造比较复杂也相对较难操作，且在日常维护的过程中需要对连接点做经常的修理。当铺设垂直管时，通常使用固定连接；当铺设水平管时，主要通过软管连接实现。固定连接和万向节连接最具有工程放大的可能性，而软管连接在冷水管直径较大时技术可行性较低。
(7)水下电缆技术
在海上石油工业和海上风电发展的带动下，水下电缆的研究已经有了较快的发展，用以建造适合海洋温差能发电装置使用的电缆技术(电缆建造、接合、终端的技术)已经成型。电缆的固定和布置虽然难度很高，但是已经被广泛研究，影响固定和布置电缆的难度及造价的主要移速为水深、海底地形、电缆的重量以及布置电缆的线路。电缆的维护需要对其上附着的海洋生物做定期的清理以及全面检查，并且要定期嵌入水下对海底变电站做维护。电缆发生故障后，在浅水区可以做修理，但当水深超过152m时，一旦出现故障就需要全面更换。