关于盐差能发电的研究报告.docx

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关于盐差能发电的研究报告

关于盐差能发电的研究报告

前言：

当今时代能源紧缺，海洋能的开发是当下的热点。

海洋能不仅包括我们熟知的潮汐能，波浪能，洋流能，温差能等可再生能源，还有我们不太熟悉的盐差能。

现阶段，潮汐能的开发已初具规模，部分国家已经有了具有实用价值的潮汐发电站，如法国的朗斯电站。

而对于盐差能这种我们不太熟悉的能源，目前人们对它还处于探索阶段，笔者对此查阅了相关资料，进行了一番研究。

盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。

主要存在于河海交接处。

同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。

盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。

利用大海与陆地河口交界水域的盐度差所潜藏的巨大能量一直是科学家的理想。

在淡水与海水之间有着很大的渗透压力差，一般海水含盐度为3.5%，其和河水之间的化学电位差有相当于240m水头差的能量密度，从理论上讲，如果这个压力差能利用起来，从河流流入海中的每立方英尺的淡水可发0.65kw·h的电。

一条流量为1m3/S的河流的发电输出功率可达2340kw。

从原理上来说，这种水位差可以利用半透膜在盐水和淡水交接处实现。

如果在这一过程中盐度不降低的话，产生的渗透压力足可以将盐水水面提高240m，利用这一水位差就可以直接由水轮发电机提取能量。

如果用很有效的装置来提取世界上所有河流的这种能量，那么可以获得约2.6TW的电力。

更引人注目的是盐矿藏的潜力。

在死海，淡水与咸水间的渗透压力相当于5000m的水头，而盐穹中的大量干盐拥有更密集的能量。

（引自百科）

在此，笔者做了一番思考，如果能利用死海和一般海的盐度差发电，当然不考虑别的因素，这将会产生非常可观的电能。

黄河河口

如果我们能利用全球1/10汇入大海的河水发电，则可以满足5.2亿人的电能需求，而不排放任何二氧化碳。

我国盐差能资源的特点

1．地理分布不均。

长江口及其以南的大江河口沿岸的资源量占全国总量的92.5%，理论总功率达1.156×10^8kW，其中东海沿海占69%，理论功率为0.86×10^8kW。

2．沿海大城市附近资源最富集，特别是上海和广东附近的资源量分别占全国的59.2%和20%。

3．资源量具有明显的季节变化和年际变化。

一般汛期4-5个月的资源量占全年的60%以上，长江占70%以上，珠江占75%以上。

4．山东半岛以北的江河冬季均有1-3个月的冰封期，不利于全年开发利用。

（资料来自地理百科）

死海景观

从以上的资料我们看到海洋盐差能的蕴藏量是比较可观的，而且利用它几乎不带来任何污染，所以盐差能是一种很清洁的能源。

如果能够有效开发它的话，这将对我们目前的能源紧张和环境污染的严峻形势有很大的缓解，即使由于各种技术上的原因没能有效开发它，这对我们提高认识新能源，开发新能源的能力也是很有用的，所以我们有必要适当投入人力物力进行相关研究。

下面我们来看如何将盐差能转化成电能。

关于盐差能的利用，目前主要有三种可行的办法，渗透压能法、反电渗析法和蒸汽压能法。

其中渗透压能法又包含了两种系统，水压塔渗透系统和强力渗透系统。

一渗透压能法

1.渗透压法发电原理

目前的海水发电方法主要为“渗透法”。

所谓“渗透法”，就是使用增压方法，加速海水渗透过程。

在实验中，科学家用特殊薄膜在容器内把海水与纯水隔开后，海水一侧对膜的压力会高于纯水这一侧。

于是，一部分纯水就会透过薄膜漫出水槽，并产生能够推动水电机运转的巨大动力，从而进行发电。

目前，有些科学家使用带电的薄膜，以加速淡水向海水的渗透过程。

为了延长薄膜的使用寿命，研究人员还必须即时切换电薄膜的正负电极位置。

如果在河流的入海口使用一种大型单向渗透薄膜，将河水与海水分开的话，就能获得巨大的海水渗透压，推动巨型涡轮机发电。

研究人员建议，利用海水进行发电的渗透压发电站，可以建造在河流的入海口等地点。

另外，渗透压发电厂还能建在任何一个淡水资源和咸水资源共存的地区，甚至是在某些地区的地下。

2.两种渗透压式盐差能转换方法

（1）水压塔渗透压系统

水压塔渗透压系统主要由水压塔、半透膜、海水泵、水轮机----发电机组等组成。

其中水压塔与淡水间由半透膜隔开，而塔与海水之间通过水泵连通。

系统的工作过程：

先由海水泵向水压塔内充入海水。

这时，由于渗透压的作用，淡水从半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内水位上升。

当塔内水位上升到一定高度后，便从塔顶的水槽溢出，冲击水轮机旋转，带动发电机发电。

为了使水压塔内的海水保持一定的盐度、必须用海水泵不断向塔内打入海水，以实现系统连续工作，除去海水泵等的动力消耗，系统的总效率约为20％左右。

水压塔渗透系统简易示意图

我们已经看到，这种发电方式有非常明显的缺陷，为了使水压塔内的海水保持一定的盐度、必须用海水泵不断向塔内打入海水，以实现系统连续工作，如此一来，发电本身就需要一定的能量消耗。

这会导致很高的发电成本，使得盐差能发电没有实用价值。

（2）强力渗压系统

强力系统的能量转换方法是在河水与海水之间建两座水坝分别称为前坝和后坝，并在两水坝之间挖一个低于海平面约200米的水库。

前坝内安装水轮发电机组，使河水与低水库相连，而后坝底部则安装半透膜渗流器，使低水库与海水相通。

（见下图）系统的工作过程：

当河水通过水轮机流进低水库时，冲击水轮机旋转并带动发电机发电。

同时，低水库的水通过半透膜流入海中，以保持低水库与河水之间的水位差。

强力渗压系统示意图

个人认为，这种发电方式优于前一种，它在利用盐差能的同时可以把河水的动能利用起来，这会大大增加发电的效益。

以上两种发电方式都用到了渗透膜，盐差导致的渗透压是很高的，这就对渗透膜提出了很高的要求，他必须具有很强的抗压能力，否则发电站无法修建，这对材料科学来说是一个很大的挑战。

当然，这就加大了通过渗透压能法利用盐差能的难度。

2.反电渗析法

反电渗析电池装置的原理如下图所示。

它采用阴离子和阳离子两种交换膜，阳离子交换膜。

只允许阳离子（主要是Na+离子）透过，阴离子交换膜只允许阴离子（主要是Cl-离子）通过。

阳离子渗透膜和阴离子渗透膜交替放置，中间的间隔交替充以淡水和盐水。

对于NaCl溶液，Na+透过阳离子交换膜向阳极流动，Cl-透过阴离子交换膜向阴极流动，阳极隔室的电中性溶液通过阳极表面的氧化作用维持，阴极隔室的电中性溶液通过阴极表面的还原反应维持，电子通过外部电路从阳极传人阴极形成电流。

当回路中接入外部负载时，这个电流和电压差可以产生电能。

通常为了减少电极的腐蚀，把多个电池串联起来，可以形成更高的电压。

反电渗析装置原理图

这种方法利用盐差能，其缺点也是很明显的。

我们知道原电池原理用于大规模发电的技术很不成熟，要在河口修建反电渗透系统难度可想而知。

3.蒸汽压能法

关于蒸汽压能法笔者对其原理不是很明白，故根据资料作一简单介绍。

根据淡水和咸水具有不同蒸气压力的原理，水蒸发并在盐水中冷凝，利用蒸气气流使涡轮机转动。

这种过程会使涡轮机的工作状态类似于开式海洋热能转换电站。

这种方法所需要的机械装置的成本也与开式海洋热能转换电站几乎相等。

但是，这种方法在战略上不可行是因为它消耗淡水，而海洋热能转换电站却生产淡水。

从以上资料我们已经可以看出，这三种方法的缺点都非常明显，要大规模应用，我们还有很长的路要走。

关于盐差能发电的现状，笔者也查阅了相关资料，现作一简单介绍。

世界上首个盐差能发电站已与2009年在挪威建成并投入使用，很多国家也陆续着手研究开发这种新能源。

设计者计划用5年的时间，使得该发电站发出来的电力可以满足一个小镇的照明和取暖需求。

这个发电站的主要目的很显然不是要解决当地的能源需求，而是对进一步开发盐差能做相关的试验和研究。

我国于1979年也开始这方面的研究，1981年发表第一篇科研论文，1985年7月14日在西安采用半渗透膜，研制成干涸盐湖盐差发电实验室装置，半透膜面积为14m2。

试验中溶剂（淡水）向溶液（浓盐水）渗透，溶液水柱升高10m，水轮机发电机组电功率为0.9-1.2瓦。

西安冶金建筑学院于1985年对水压塔系统进行了试验研究。

上水箱高出渗透器约10m，用30公斤干盐可以工作8—14小时，发电功率为0.9—1.2W。

显然我国盐差能发电研究尚处在初期阶段。

目前世界上还没有具有实用价值的盐差发电站，整体上讲还处于试验的初级阶段，甚至如此高的开发成本到底值不值得我们投入都还存在着争议。

不过笔者认为，无论如何，尝试着开发总是好的，这加深我们对新能源的认识。

相信随着对能源的越来越迫切的需求和各国政府及科研力量的重视，盐差能发电的研究将越来越深入，盐差能及其它海洋能的开发利用必将出现一个崭新的局面。

后记：

此报告是笔者查阅相关资料整理而成的，鉴于笔者当前的知识水平，没有能力做一些原创性的研究，只是有些地方加入了笔者自己的一些理解和思考，谢谢。

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