《海洋新能源-海水鹽差能發(fā)電》

1、 4/4海洋新能源-海水鹽差能發(fā)電 題目海洋新能源海水鹽差能發(fā)電課程名稱(chēng)海洋裝備集成 姓名學(xué)號(hào)高李煒3119901013 年級(jí)專(zhuān)業(yè)11級(jí)海洋工程與技術(shù) 所在學(xué)院海洋學(xué)院 海洋新能源海水鹽差能發(fā)電 一，前言 隨著石油能源的不斷消耗，越來(lái)越多的人關(guān)注起了可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用。其實(shí)海洋心能源因?yàn)槠鋬?chǔ)藏的數(shù)量龐大，稱(chēng)為了關(guān)注的熱點(diǎn)。海洋新能源不僅包括我們熟知的潮汐能，波浪能，洋流能，溫差能等可再生能源，還有我們不太熟悉的鹽差能。 從2008年Statkraft公司在挪 威的Buskerud建造了第一座鹽差能發(fā) 電站開(kāi)始，其他各個(gè)國(guó)家也開(kāi)始建造 起了自己的鹽差能發(fā)電站，其功效也 被越來(lái)越多的人認(rèn)可。（

2、圖為挪威鹽差 能發(fā)電機(jī)） 二，鹽差能簡(jiǎn)介 1784年Jean Antoine Nollet發(fā)現(xiàn)灌滿酒的豬膀胱放 在水里就會(huì)脹大最后脹裂。從 那時(shí)開(kāi)始人們就慢慢開(kāi)始意識(shí) 到了鹽差能的存在了，只是那 時(shí)候更多的研究室滲透壓的大 小，而沒(méi)有轉(zhuǎn)換為對(duì)鹽差能的 研究。 目前，鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學(xué)電位差能，是以化學(xué)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。主要存在于河海交接處。同時(shí)，淡水豐富地區(qū)的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。利用大海與陸地河口交界水域的鹽度差所潛藏的巨大能量一直 是科學(xué)家的理想。（圖為黃河入?？冢?在淡水與海水之間有著很大的

3、滲透壓力差，一般海水含鹽度為3.5%，其和河水之間的化學(xué)電位差有相當(dāng)于240m水頭差的能量密度，從理論上講，如果這個(gè)壓力差能利用起來(lái)，從河流流入海中的每立方英尺的淡水可發(fā)0.65kwh的電。一條流量為1m3/S的河流的發(fā)電輸出功率可達(dá)2340kw。從原理上來(lái)說(shuō)，這種水位差可以利用半透膜在鹽水和淡水交接處實(shí)現(xiàn)。如果在這一過(guò)程中鹽度不降低的話，產(chǎn)生的滲透壓力足可以將鹽水水面提高240m，利用這一水位差就可以直接由水輪發(fā)電機(jī)提取能量。如果用很有效的裝置來(lái)提取世界上所有河流的這種能量，那么可以獲得約2.6TW的電力。更引人注目的是鹽礦藏的潛力。在死海，淡水與咸水間的滲透壓力相當(dāng)于5000m的水頭，而鹽

4、穹中的大量干鹽擁有更密集的能量。 三，鹽差能的發(fā)電 目前提取鹽差能主要有三種方法：滲透壓能法（PRO）利用淡水與鹽水之間的滲透壓力差為動(dòng)力，推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電；反電滲析法（RED）用陰陽(yáng)離子滲透膜將濃，淡鹽水隔開(kāi)，利用陰陽(yáng)離子的定向滲透在整個(gè)溶液產(chǎn)生的電流；蒸汽壓能法（VPD）利用淡水與鹽水之間蒸汽壓差為動(dòng)力，推動(dòng)風(fēng)扇發(fā)電。（一）滲透壓能法（PRO） (1)強(qiáng)力滲壓發(fā)電 在河水與海水之間建兩座水壩， 壩間挖一個(gè)低于海平面的水庫(kù)。前壩 內(nèi)安裝水輪發(fā)電機(jī)組，使河水與水庫(kù) 相連；后壩底部安裝半透膜滲流器， 使水庫(kù)與海水相通。 水庫(kù)的水通過(guò)半透膜不斷流入海水中，水庫(kù)水位不斷下降，這樣河水就可以利用它與水庫(kù)

5、的水位差沖擊水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 技術(shù)難點(diǎn)：在低于海平面的深坑建造電站；能夠抵抗腐蝕的半透膜。發(fā)展的前景不大。 （2）水壓塔滲壓發(fā)電 水壓塔與淡水間用半透膜隔 開(kāi)。先由海水泵向水壓塔內(nèi)充入海 水，運(yùn)行時(shí)淡水從半透膜向水壓塔 內(nèi)滲透，使水壓塔內(nèi)水位不斷上 升，從塔頂水槽溢出，海水(經(jīng)管 道)沖擊水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī) 發(fā)電。 在運(yùn)行過(guò)程中，為了使水壓塔 內(nèi)的海水保持鹽度，海水泵不斷向塔內(nèi)打入海水。發(fā)出的電能，有一部分要消耗在裝置本身，如海水補(bǔ)充泵所消耗的能量、半透膜洗滌所消耗的能量。 濃差發(fā)電要投入實(shí)際使用，尚需要解決許多困難。例如大面積的半透膜，和長(zhǎng)距離的攔水壩，投資驚人，半透膜要承

6、受2MPa的滲透壓，也難以制造。 （3）壓力延滯滲透發(fā)電 壓力泵先把海水壓縮再 送入壓力室。運(yùn)行時(shí)淡水透過(guò) 半透膜滲透到壓力室同海水混 合。混合后的海水和淡水與海 水比具有較高的壓力，可以在 流入大海的過(guò)程中推動(dòng)渦輪機(jī) 做功。 有公司預(yù)計(jì)2015年滲透能發(fā)電可投入商業(yè)，并可生物能、潮汐能相競(jìng)爭(zhēng)。 （二）反電滲析法（RED） 濃差電池，也叫反電滲析法，一般需要兩種不同的半透膜，一種只允許帶正電荷的鈉離子自由進(jìn)出，一種則只允許帶負(fù)電荷的氯離子自由出入。這兩種膜交替放置，中間的間隔處交替充以淡水和鹽水。在濃度為百萬(wàn)分之850的淡水和海水作為膜兩側(cè)的溶液的情況下，界面由于濃度差而產(chǎn)生的電位差約為80m

7、V。如果把多個(gè)這類(lèi)電池串聯(lián)起來(lái)，可以得到串聯(lián)電池，形成電流（如圖所示）。 反電滲析法中，電壓隨相鄰電池 的鹽濃度比成對(duì)數(shù)變化，整個(gè)電池組 的電壓受溫度，溶液電阻和電極的影 響，它有一個(gè)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題。 淡水室的離子濃度低，整個(gè)電池組的 電壓就大，但是離子濃度太低會(huì)使淡 水的電阻增大；膜之間的間隔越小電 阻值越小，但是間隔太小又會(huì)增加水 流的摩擦#增加水泵的功率。（研究表明膜之間最佳距離為0.11mm）該系統(tǒng)需要采用面積大而昂貴的交換膜，發(fā)電成本很高。不過(guò)使用壽命長(zhǎng)，而且即使膜破裂了也不會(huì)給整個(gè)電池帶來(lái)嚴(yán)重影響。 另外，這種電池在發(fā)電過(guò)程中電極上會(huì)產(chǎn)生Cl2和H2，可以補(bǔ)償裝置的成本。 （三

8、）蒸汽壓能法（VPD） 同樣溫度下淡水比海水蒸發(fā)得快， 因此海水一邊的飽和蒸汽壓力要比淡水 一邊低得多，在一個(gè)空室內(nèi)蒸汽會(huì)很快 從淡水上方流向海水上方并不斷被海水 吸收，這樣只要裝上汽輪機(jī)就可以發(fā)電 了。在這個(gè)過(guò)程中，淡水不斷地蒸發(fā)吸 熱使得溫度降低#蒸汽壓也隨之降低，同 時(shí)水蒸氣不斷在鹽水里凝結(jié)放熱使鹽水 溫度升高，使其蒸汽壓升高，破壞了蒸 汽的流動(dòng)。通過(guò)熱交換器（銅）將熱能不斷地從鹽水傳遞到淡水，使淡水和鹽水保持相同的溫度，這樣就能保持蒸汽恒定的流動(dòng)。 M.Olsson做了一個(gè)蒸汽壓能法的模型,如圖所示。它是一個(gè)圓筒狀的結(jié)構(gòu)，兩端分別是淡水和鹽水，中間是雙螺旋結(jié)構(gòu)的熱交換器，軸心是渦輪風(fēng)扇。整個(gè)圓筒不斷地旋轉(zhuǎn)，使淡水和鹽水在熱交換器的表面流動(dòng)，加快熱交換的速度和蒸汽蒸發(fā)及吸收的速度。溫度是影響蒸汽壓能法能效的重要因素，溫度越高，蒸 發(fā)越強(qiáng)烈，單位面積的熱交換器發(fā)電功率就越高，因此蒸汽壓能法更適于在低緯度熱帶地區(qū)發(fā)展。 蒸汽壓發(fā)電的最顯著的優(yōu)點(diǎn)是不需要半透膜，這樣就不存在膜的腐蝕、高成本和水的預(yù)處理等問(wèn)題。但是發(fā)電過(guò)程中需要消耗大量淡水，應(yīng)用受到限制 四，總結(jié) 鹽差能發(fā)電是一項(xiàng)新興的綠色能源，對(duì)環(huán)境是零排放，零污染，蘊(yùn)藏范圍廣（河流入海口），能量密度大，工作時(shí)間長(zhǎng)（全年可達(dá)7000