해양에너지의 이용은 일반적으로 온도차 에너지로 일컬어지는 열·조력·파력에너지와 염분농도차발전 등을 들 수 있으며, 이들은 현재 열에너지와 조력을 이용하는 기술 외에는 대부분 연구개발단계에 있다고 볼 수 있다.

해수 열에너지는 주로 두 가지 방법으로 활용이 가능하다. 첫째로 바다의 표면온도와 심해저 온도의 차를 이용하는 해양온도차발전(OTEC)이다. 이 시스템이 실용화 되기 위해서는 일반적으로 따듯한 표면수와 차가운 심해수 사이의 온도 차이가 20℃보다 커야하는 요구조건을 충족해야만 한다.

이러한 조건 때문에 OTEC의 가능성이 지역적으로 제한되어 있고, 주로 열대 깊은 바다에서 그 실용성이 높다. 우리나라 연해에서는 온도차가 작아 실용적이 희박한 것이 일반적인 분석이다.  두번째 방법은 히트펌프(heat pump)로 해수 열에너지를 이용하는 것이다. 히트펌프는 증기압축식 및 흡수식이 있으며, 하나의 시스템으로 겨울철 난방시에는 응축기의 배열, 여름철 냉방시는 증발기의 냉열을 이용해 냉난방 할 수 있는 열원기기이다.

해수는 동결온도가 -1.9℃로 낮기 때문에 하천수 보다 저온까지 열이용이 가능하다. 우리나라 해수면 온도분포를 보면, 겨울철의 경우 서귀포가 15.9℃로 가장 높으며 여름철의 경우 울산이 21.0℃로 가장 낮다. 또한 수온의 계절변화가 하천수에 비해 적다는 점 등에서 히트펌프의 열원으로 우수하다.

여름철 해수는 주위 공기보다 차고, 겨울철에는 따뜻하다. 일반적으로 여름철에는 해수온도가 공기보다 5℃ 정도 낮고 겨울철에는 10℃ 이상 공기보다 높다. 이러한 해수의 온도차에 의한 특성과 함께 물의 열전달계수가 공기에서의 열전달계수보다 높아 해수열원 히트펌프의 성적계수(COP)는 공기열원 히트펌프보다 높다.

이러한 특성 때문에 해수열원 열공급시스템은 1970년대 이후 세계가 관심을 갖게 되었으며 특히 북유럽의 스웨덴, 노르웨이, 핀란드 등에서는 지리적으로 추운 지역이어서 주로 지역 난방용으로 사용되고 있다.

스웨덴에서는 용량이 1MW 이상급인 히트펌프플랜트의 약 30% 정도가 해수열원 히트펌프이며, 1.5~2℃의 해수로 70~83℃로 승온해 사용하고 있다. 용량으로는 대용량(수백마력 이상)이 많고, 압축기로 초대형(10 MW 이상)에 다단터보형, 중형에 스크류식을 사용하고 있다. 

노르웨이 해안에는 멕시코 난류의 영향으로 난방기간에 4~7oC의 해수온도가 얻어진다. 이 해수를 열원으로 약 15 ㎢에 달하는 지역의 난방에 해수열원 히트펌프를 사용하고 있고, 시스템 COP가 3.2 정도의 좋은 결과를 보였다.

일본의 경우 열공급부문에서의 에너지이용 효율화를 도모하기 위해 해수온도차에너지를 이용한 지역냉난방시스템(DHC)의 도입이 도시지역을 중심으로 보급되고 있다.  그 중 대표적인 해수이용사례를 보면 일본의 후쿠오카 Seaide Momochi지구 열공급플랜트(1993년도 공급개시, 43.5ha 공급대상)이며, 플랜트 내에는 직접방식의 해수열원히트펌프(3000RT×3대)가 설치돼 있다.

또 하나는 오사카 남항 Cosmo Square지구 열공급플랜트(1994년공급개시, 21ha공급대상)이며 간접방식의 해수열원 히트펌프를 채용하고 있다. 한편 국내의 경우 2000년 여수의 양식장에서 해수열이용(용량 40RT)과, 2005년 해수열을 열원으로 하여 목욕탕에 공급되는 온수를 가온하는 시스템으로서 강원도 고성에 있는 콘도에 40RT급 2대가 설치된 사례가 있으며, 2008년에는 강원대 삼척캠퍼스 해양레즈스포츠센터에 30RT급이 설치, 운전된 사례가 있다.

해수 열에너지는 일반적으로 그 부존량이 무한하다고 볼 수 있다. 우리나라 인천광역시(영종도 포함), 부산광역시(가덕도 포함), 울산광역시, 강릉·군산·목포·서귀포시 등 7개 도시에서의 해수 열에너지 부존량은 2만7160Tcal/년 정도인데, 이는 우리나라 가정 및 상업용 냉난방, 급탕에너지소비량의 약 10%에 해당하는 막대한 양이다. 이들 지역의 평균 부존량은 유효해안선 1km 당 7180 Gcal/월로 이는 해안선 1km당 대략 5000여 세대의 아파트를 난방할 수 있는 열량이다.   

따라서 해수 열에너지는 전술한 바와 같이 냉난방, 급탕열원으로서 우수한 장점을 가지고 있으므로, 우리나라처럼 삼면이 바다를 접하고 있는 환경에서 해안의 인구밀집 도시 등에서의 이용가능성은 매우 크다고 볼 수 있다. 단위건물의 냉난방, 급탕열원 외에도 지역냉난방, 공장열원, 온실, 수산양식장 열원, 해수탕열원, 도로융설용 열원 등 다용도로 활용 가능하다.

그러나 해수이용 냉난방플랜트의 보급에 있어서 예상되는 최대의 과제는 경제성이다. 미활용 해수온도차에너지의 이용촉진을 기하기 위해서는 일본처럼 세제, 융자, 보조 등 해수이용열공급사업에 대한 제도 마련이 절실히 필요하다. 이와 함께 해수이용시 항만의 경우, 항만법에 의해 항만시설관계자로부터 취수시설 등 공사와 점유허가를 득해야 하며, 공유수면인 경우 공유수면관리법에 의해 점용·사용허가를 득해야 한다.

또한 해당지역에 어업권이 있을 경우 수산업법에 의해 당해 어업조합과 협의가 필요하며, 이 외에도 배관부설에 따른 도로법에서의 도로점용 허가 등 법적 규제사항이 있다.  해수열에너지의 이용이 이들의 법, 제도상 불가한 것은 아니지만, 현실적으로 인허가시 사무수속과 각 부처간 조정으로 상당한 시간이 요구되는 실정이다. 따라서 해수에너지 이용을 추진할 경우 각 부처간 상호이해, 협조와 함께 법적으로 인허가 사무의 원활한 추진이 요구된다.