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,是海洋能中能量密度最大的能量密度最大的一种可再生能源。
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,是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。主要存在与河海交接处。同时,淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。
据估计,世界各河口区的盐差能达30TW,可能利用的有2.6TW。中国的盐差能约为1.1×10^8kw,主要集中在各大江河的出海处,同时,中国青海省等地还有不少内陆盐湖可以利用。盐差能的研究以美国、以色列的研究为先,中国、瑞典和日本等也开展了一些研究。但总体上,对盐差能这种新能源的研究还处于实验室实验水平,离示范应用还有较长的距离。[1]
在20世纪70年代至80年代,各国开展了许多调查研究,以色列和美国的科学家对水压塔和强力渗透系统均进行了实验研究,中国西安冶金建筑学院也于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30kg干盐可以工作8-14h,发电功率为0.9-1.2w。此外,在美还进行了渗析电池的研究。
Statkraft公司从1997年开始研究盐差能利用装置,2003年建成世界上第一个专门研究盐差能的实验室,2008年设计并建设一座功率为2~4kW的盐差能发电站。[2]
研究结果已研究出来的最好的盐差能实用开发系统非常昂贵。这种系统利用反电解工艺(事实上是盐电池)来从咸水中提取能量。根据1978年的一篇报告测算,投资成本约为50000美元/kw。也可利用反渗透方法使水位升高,然后让水流经涡轮机,这种方法的发电成本可高达10~14美元/kw·h。 还有一种技术可行的方法是根据淡水和咸水具有不同蒸气压力的原理研究出来的:使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取,因为它消耗淡水,而海洋热能转换电站却生产淡水。 [3]
在两种不同浓度的盐溶液中间置一渗透膜,低浓度的溶液就会向浓度高的溶液渗透。这一过程一直要持续到膜两侧盐浓度相等为止。根据这一原理,可以人为地从淡水水面引一股淡水与深入海面几十米的海水混合,在混合处将产生相当大的渗透压力差,该压力差将足以带动水轮机发电。据测定,一般海水含盐浓度为3.5%时,所产生的渗透压力相当于25个标准大气压,而且浓度越大,渗透压力越大,例如在死海其渗透压力甚至相当于5000m的水头。[4]盐差能的利用方式主要是发电。渗透压式盐差能发电系统的关键技术是半透膜技术和膜与海水界面间的流体交换技术。
渗透压式盐差能转换方法主要有水压塔渗压系统和强力渗压系统两种,其开发的技术关键是膜技术。[3]
工作原理其工作原理是将不同盐浓度海水之间的化学电位差能转换成水的势能,再驱动水轮机发电。在此过程中最重要的系统就是渗透压系统,其主要由水压塔、半透膜(半透膜——是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜,对不同质点的通过具有选择性的薄膜)、海水泵等组成,其中水压塔与淡水间用半透膜隔开,水压塔与海水之间用海水泵连通。系统工作过程是:先由海水泵向水压塔内充入海水。同时,由于渗透压力的作用淡水从半透膜向水压塔内渗透,使水压塔内水位升高。当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,带动发电机组发电。为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充入海水,以保持系统连续工作。扣除海水泵等的动力消耗,系统的总效率约为20%。
技术分类1、渗透压法
2、蒸汽压法
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1.156×108kW,其中东海沿海占69%,理论功率为0.86×108kW;
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。
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