海洋温度差発電
Claudサイクルに関して特に重要な技術的な問題として、典型的なOTEC境界条件で動作する、直接接触する熱交換器の性能がある。初期のClaudサイクルの設計は、性能が良く理解されていたため表面凝縮器を用いた。しかし、直接接触する凝縮器には、大きな利点がある。温海水が取水パイプを上昇する際、気化する点まで圧力が低下する。この方法により大量のガスが発生すると、直接接触の熱交換器の前にガストラップを設計することが十分意味のあることになる。温海水取り入れ口における状態をシミュレートした実験によると、溶解した気体の30%は取り入れ管の上部8.5mで気化する。海水をあらかじめ脱気しておくことと、すべての圧縮機から発生する非圧縮性ガスを取り除くという方式の違いによるトレードオフは、ガス発生の物理学、脱気装置の効率や、損失水頭 (head loss)、排気圧縮器の効率や寄生的な損失に依存する。実験結果によると垂直方向に噴き上げる形式の圧縮機は、下降ジェットのタイプより30%程度高い性能を発揮する。
H 7 ≈ H f a t T 7 {\displaystyle H_{7}\approx H_{f}\,\ at\ T_{7}\,}
段階により温度に違いがある。表層の温水と作動蒸気の温度差、排気蒸気と冷却水の温度差、凝縮器に到達した冷却水と深層水の温度差である。これらは全体的な温度差を減少させる外的な不可逆性を示す。
単位タービン流量(質量)あたりの冷却水の流量は、
m c = H 5 − H 6 H 6 − H 7 ̇ {\displaystyle {\dot {m_{c}={\frac {H_{5}-\ H_{6}}{H_{6}-\ H_{7}}}}}\,}
タービンの流量(質量) M T ̇ = t u r b i n e w o r k r e q u i r e d W T {\displaystyle {\dot {M_{T}}}={\frac {\mathrm {turbine} \ \mathrm {work} \ \mathrm {required} }{W_{T}}}}
温水の流量(質量) M w ̇ = M T m w ̇ ̇ {\displaystyle {\dot {M_{w}}}={\dot {M_{T}{\dot {m_{w}}}}}\,}
冷水の流量(質量) M c ̇ = M T m C ̇ ̇ {\displaystyle {\dot {{\dot {M_{c}}}={\dot {M_{T}m_{C}}}}}\,}
オープンサイクルは媒体として熱帯の海洋表層水を用いる。温かい表層水を低圧沸騰器に入れ水を気化させた蒸気によって低圧発電タービンを回す。塩分を低圧沸騰器に残しているので、タービンを回した蒸気を冷たい深層水で凝縮すると純水を得ることが出来る。タービンを回す媒体が密閉されず次々と供給される循環のため、オープンサイクル(開いた循環)と呼ばれる。
1984年、太陽エネルギー研究所(現:国立再生可能エネルギー研究所)はオープンサイクルで温かい海水を低圧蒸気に変換するための垂直噴出蒸発器を開発し、エネルギー変換効率は97%を達成した (注: 垂直噴出式蒸発器を用いたOTECシステムの全体効率は今尚わずか数%である)。1993年3月にハワイ、ケアホールポイントのオープンサイクルプラントで50,000ワットの正味電力を作り出し1982年に日本の研究が打ち立てた40kWの記録を破った。
海水には57種の微量元素が塩やその他の形で溶存しており、OTECはそれらを採鉱する中間拠点となりえる。
貴重な海水溶存物質の採鉱は採算が取れないとされている。これは海水を汲み上げるために莫大なエネルギーが必要であり、また、海水から鉱物を分離抽出するためにも多大なコストが掛かるためである。歴史的には金の抽出が考えられたが、採算の取れる見込みが無く実現しなかった。OTECならば副産物として膨大な海水が既に得られているため、抽出過程のコストさえ下がれば採算が取れる可能性がある。
日本では、波力発電を使って海水に溶存するウランを取り出す方法が研究された。この結果、諸分野(特に材料工学)の成果によって実現の可能性が出てきた。