鹽差能

鹽差能

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電位差能,是以化學能形態出現的海洋能,是海洋能中能量密度最大的能量密度最大的一種可再生能源。

概述

鹽差能鹽差能

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電位差能,是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。主要存在與河海交接處。同時,淡水豐富地區的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。

據估計,世界各河口區的鹽差能達30TW,可能利用的有2.6TW。中國的鹽差能約為1.1×10^8kw,主要集中在各大江河的出海處,同時,中國青海省等地還有不少內陸鹽湖可以利用。鹽差能的研究以美國、以色列的研究為先,中國、瑞典和日本等也開展了一些研究。但總體上,對鹽差能這種新能源的研究還處於實驗室實驗水平,離示範套用還有較長的距離。

形成原因

在淡水與海水之間有著很大的滲透壓力差,一般海水含鹽度為3.5%時,其和河水之間的化學電位差有相當於240m水頭差的能量密度,從理論上講,如果這個壓力差能利用起來,從河流流入海中的每立方英尺的淡水可發0.65kw·h的電。一條流量為1m3 /S的河流的發電輸出功率可達2340kw。從原理上來說,這種水位差可以利用半透膜在鹽水和淡水交接處實現。如果在這一過程中鹽度不降低的話,產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電機提取能量。如果用很有效的裝置來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,淡水與鹹水間的滲透壓力相當於5000m的水頭,而鹽穹中的大量乾鹽擁有更密集的能量。

套用研究

研究過程

在20世紀70年代至80年代,各國開展了許多調查研究,以色列和美國的科學家對水壓塔和強力滲透系統均進行了實驗研究,中國西安冶金建築學院也於1985年對水壓塔系統進行了試驗研究。上水箱高出滲透器約10m,用30kg乾鹽可以工作8-14h,發電功率為0.9-1.2w。此外,在美還進行了滲析電池的研究。

Statkraft公司從1997年開始研究鹽差能利用裝置,2003年建成世界上第一個專門研究鹽差能的實驗室,2008年設計並建設一座功率為2~4kW的鹽差能發電站。

研究結果

已研究出來的最好的鹽差能實用開發系統非常昂貴。這種系統利用反電解工藝(事實上是鹽電池)來從鹹水中提取能量。根據1978年的一篇報告測算,投資成本約為50000美元/kw。也可利用反滲透方法使水位升高,然後讓水流經渦輪機,這種方法的發電成本可高達10~14美元/kw·h。 還有一種技術可行的方法是根據淡水和鹹水具有不同蒸氣壓力的原理研究出來的:使水蒸發並在鹽水中冷凝,利用蒸氣氣流使渦輪機轉動。這種過程會使渦輪機的工作狀態類似於開式海洋熱能轉換電站。這種方法所需要的機械裝置的成本也與開式海洋熱能轉換電站幾乎相等。但是,這種方法在戰略上不可取,因為它消耗淡水,而海洋熱能轉換電站卻生產淡水。   

利用原理

鹽差能發電原理鹽差能發電原理
在兩種不同濃度的鹽溶液中間置一滲透膜,低濃度的溶液就會向濃度高的溶液滲透。這一過程一直要持續到膜兩側鹽濃度相等為止。根據這一原理,可以人為地從淡水水面引一股淡水與深入海面幾十米的海水混合,在混合處將產生相當大的滲透壓力差,該壓力差將足以帶動水輪機發電。據測定,一般海水含鹽濃度為3.5%時,所產生的滲透壓力相當於25個標準大氣壓,而且濃度越大,滲透壓力越大,例如在死海其滲透壓力甚至相當於5000m的水頭。

利用方式

鹽差能的利用方式主要是發電。滲透壓式鹽差能發電系統的關鍵技術是半透膜技術和膜與海水界面間的流體交換技術。

滲透壓式鹽差能轉換方法主要有水壓塔滲壓系統和強力滲壓系統兩種,其開發的技術關鍵是膜技術。

發電套用

工作原理

其工作原理是將不同鹽濃度海水之間的化學電位差能轉換成水的勢能,再驅動水輪機發電。在此過程中最重要的系統就是滲透壓系統,其主要由水壓塔、半透膜(半透膜——是一種只給某種分子或離子擴散進出的薄膜,對不同質點的通過具有選擇性的薄膜)、海水泵等組成,其中水壓塔與淡水間用半透膜隔開,水壓塔與海水之間用海水泵連通。系統工作過程是:先由海水泵向水壓塔內充入海水。同時,由於滲透壓力的作用淡水從半透膜向水壓塔內滲透,使水壓塔內水位升高。當水位上升到一定高度後,便從塔頂的水槽溢出,衝擊水輪機鏇轉,帶動發電機組發電。為使水壓塔內的海水保持一定的鹽度,必須用海水泵不斷向塔內充入海水,以保持系統連續工作。扣除海水等的動力消耗,系統的總效率約為20%。

技術分類

1、滲透壓法

2、蒸汽壓法

3、反電滲析電池法

中國鹽差能特點

1.地理分布不均。長江口及其以南的大江河口沿岸的資源量占全國總量的92.5%,理論總功率達1.156×108kW,其中東海沿海占69%,理論功率為0.86×108kW;

2.沿海大城市附近資源最富集,特別是上海和廣東附近的資源量分別占全國的59.2%和20%;

3.資源量具有明顯的季節變化和年際變化。一般汛期4-5個月的資源量占全年的60%以上,長江占70%以上,珠江占75%以上;

4.山東半島以北的江河冬季均有1-3個月的冰封期,不利於全年開發利用。

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