1、海洋鹽度差發電技術的概述三種主要的發電方案三種鹽差發電方法的比較海洋鹽差發電實現的技術問題國內外鹽差發電的研究我國鹽差能資源特點海洋鹽度差發電技術參考文獻 海洋地球最寶貴的資源之一！以其博大的胸懷給人類帶來了無窮的寶藏。大家都知道海洋中的水都不是淡水，海水里含有豐富的鹽類！地球上的水分為兩大類：淡水和咸水。全世界水的總儲量為152.6平方千米，其中97.2為分布在大洋和淺海中的咸水。在陸地水中，2.15為位于兩極的冰蓋和高山的冰川中的儲水，余下的0.65才是可供人類直接利用的淡水。海洋的咸水中含有各種礦物和大量的食鹽，每一平方千米的海水里即含有3600萬噸食鹽。隨著科學技術的發展，人們掌握了鹽

2、差發電技術！而海洋的鹽資源是非常豐富的。這就可以為人類提供大量的電能。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。主要存在于河海交匯處。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。海洋鹽差能發電的設想是年由美國人首先提出的。鹽差能發電的原理是：當兩種不同鹽度的海水被一層只能通過水分而不能通過鹽分的半透膜相分離的時候，兩邊的海水就會產生一種滲透壓，促使水從濃度低的一側通過這層膜向濃度高的一則滲透，使濃度高的一側水位升高，直到膜兩側的含鹽濃度相等。通常，海水和河水之間的化學電位差具有相當于240 m高水位的落差所產生的能量，利用這一水位差就可以

3、直接由水輪發電機發電。鹽差能發電的基本方式是，將不同鹽濃度的海水之間或海水與淡水之間的化學電位差能轉換成水的勢能，再利用水輪機發電。具體主要有滲透壓式、蒸汽壓式和機械一化學式等，其中滲透壓式方案最受重視。將一層半滲透膜放在不同鹽度的兩種海水之間，通過這個膜會產生一個壓力梯度，迫使水從鹽度低的一側通過膜向鹽度高的一側滲透，從而稀釋高鹽度的水，直到膜兩側水的鹽度相等為止。此壓力稱為滲透壓，它與海水的鹽濃度及溫度有關。目前，日本、美國、瑞典等沿海發達國家做了許多積極探索，已經提出多種鹽差發電方案，可分為滲透壓法、滲析電池法和蒸汽壓法。水壓塔滲透壓系統強力滲壓系統 目前的海水發電方法主要為“滲透法”。

4、所謂“滲透法”，就是使用增壓方法，加速海水滲透過程。在演示實驗中，科學家用特殊薄膜在容器內把海水與純水隔開后，海水一側對膜的壓力會高于純水這一側。于是，一部分純水就會透過薄膜漫出水槽，并產生能夠推動水電機運轉的巨大動力，從而進行發電。目前，有些科學家使用帶電的薄膜，以加速淡水向海水的滲透過程。為了延長薄膜的使用壽命，研究人員還必須即時切換電薄膜的正負電極位置。如果在河流的入海口使用一種大型單向滲透薄膜，將河水與海水分開的話，就能獲得巨大的海水滲透壓，推動巨型渦輪機發電。研究人員建議，利用海水進行發電的滲透壓發電站，可以建造在河流的入海口等地點。另外，滲透壓發電廠還能建在任何一個淡水資源和咸水資

5、源共存的地區，甚至是在某些地區的地下。滲透壓式鹽差能發電系統的關鍵技術是膜技術和膜與海水介面間的流體交換技術。日前，世界上第一座滲透發電站在挪威建成投產。挪威可再生能源公司斯塔克拉夫特（Statkraft）已經在奧斯陸峽灣建造了一座標準的滲透發電站。設計者計劃用5年的時間，使得該發電站發出來的電力可以滿足一個小鎮的照明和取暖需求。系統組成：壓塔滲透壓系統主要由水壓塔、半透膜、海水泵、水輪機一發電機組等組成。其中水壓塔與淡水問由半透膜隔開，而塔與海水之間通過水泵連通。系統的工作過程：先由海水泵向水壓塔內充入海水。這時，由于滲透壓的作用，淡水從半透膜向水壓塔內滲透，使水壓塔內水位上升。當塔內水位上

6、升到一定高度后，便從塔頂的水槽溢出，沖擊水輪機旋轉，帶動發電機發電。為了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打入海水，以實現系統連續工作，除去海水泵等的動力消耗，系統的總效率約為20左右。 系統構成：強力系統的能量轉換方法是在河水與海水之間建兩座水壩分別稱為前壩和后壩，并在兩水壩之間挖一個低于海平面約200米的水庫。前壩內安裝水輪發電機組，使河水與低水庫相連，而后壩底部則安裝半透膜滲流器，使低水庫與海水相通。系統的工作過程：當河水通過水輪機流進低水庫時，沖擊水輪機旋轉并帶動發電機發電。同時，低水庫的水通過半透膜流入海中，以保持低水庫與河水之間的水位差。理論上這一水位差可以達到

7、240m。但實際上要在比此壓差小很多時，才能使淡水順利通過透水而不透鹽的半透膜直接排人海中。此外，薄膜必須用大量海水不斷地沖洗才能將滲透過薄膜的淡水帶走，以保持膜在海水側的水的鹽度，使發電過程可以連續。1. 反電滲析電池法原理利用陰、陽離子交換膜選擇性地透過Cl-、Na +，在兩電極板形成電勢差，并在外部產生電流。2. 反電滲析電池試驗裝置反電滲析電池裝置的原理如下圖所示。它采用陰離子和陽離子兩種交換膜，陽離子交換膜。只允許陽離子(主要是Na+離子)透過，陰離子交換膜只允許陰離子(主要是Cl-離子)通過。陽離子滲透膜和陰離子滲透膜交替放置，中間的間隔交替充以淡水和鹽水。對于NaC1溶液，Na+

8、透過陽離子交換膜向陽極流動，Cl-透過陰離子交換膜向陰極流動，陽極隔室的電中性溶液通過陽極表面的氧化作用維持，陰極隔室的電中性溶液通過陰極表面的還原反應維持，電子通過外部電路從陽極傳人陰極形成電流。當回路中接入外部負載時，這個電流和電壓差可以產生電能。通常為了減少電極的腐蝕，把多個電池串聯起來，可以形成更高的電壓。在同樣的溫度下，淡水比海水蒸發的更快，所以淡水一邊的氣壓要比海水一邊高得多，于是，在空室內，水蒸氣會很快從淡水上方流向海水上方，裝上渦輪，就可以利用鹽度差能進行工作。這種方法的產生源于20世紀初，法國工程師克勞德建造了一臺利用深海冷水和表海熱水的貯熱池之間的蒸汽壓差發電的裝置。后來，

9、研究人員還發現如果用淡水間的蒸汽壓差，將更具發展的可能性。這樣，類似于風力發電，就可以利用兩邊不同的壓差來發電，但又有所不同。利用蒸汽壓發電有相對來比較高效率這個重要優點，受熱力學第二定律的限制海洋熱能轉換系統在轉換過程中必有熵增，效率一般為4%6%。而鹽度差發電裝置是天然的循環 不用加熱加壓，不受卡洛效率的限制，效率比海洋熱能轉換系統高得多。蒸汽壓力機械最大的優點是它不需要使用滲透膜，水表面本身就起滲透膜的作用，在滲透膜的研究還在初級階段這個大背景下，這種方法會有大發展。1. 滲透壓法在技術上實現的可能性比較大！而且，海水滲透壓發電法是一種非常環保的發電方式。因為海水滲透壓是一種從自然物理過

10、程中獲得的能源，不會產生任何污染環境的“副產品”，更不會排放出二氧化碳。此外，由于海洋與河流是現成的資源，所以海水滲透壓的收集成本相對較低，比較容易獲得。而且海水發電也不會像風力發電和太陽能發電一樣，受到天氣因素的制約。但關鍵技術是半滲透膜工藝水平。目前生產的半透膜，是由海水提取純水的逆滲透膜，而用于發電的是正滲透膜。有關正滲透膜的研究在加緊進行中。日本曾經在實驗中采用過一種滲透膜，在直徑131mm的圓筒容器內裝設10萬條空心纖維，構成半滲透膜，將海水所具有的濃度差能的8.6成功地轉化為電能，并在歷時10小時的實驗中，發出了比設備運轉耗電多1瓦的輸出，在世界范圍的同類試驗中，首次實現發電量超過

11、耗電量，因此實際上已成功地產生了動力。2. 反電滲析電池這種電池利用的是由帶電薄膜分隔的鹽濃度不同的溶液間形成的電位差。膜技術是反電滲析的核心，它要求膜有高選擇透過性和高電導率。在濃度為850%的海水和淡水作為膜兩側的溶液的情況下，界面產生的電位差約為80毫伏。這個電壓隨相鄰電池的鹽濃度比成對數變化。如果把多個這類電池串聯起來，可以形成更高的電壓。這種電池采用了兩種膜，即陰離子滲透膜和陽離子滲透膜。例如，用1000只電池串聯可得80伏的電壓。而且在這種情況下，由于只在電池組兩端才需要電極，所以電極溶解腐蝕的問題就大大減少了。這種電池的終端單元內部是海水，所以在終端電極處會產生氯氣和氫氣。這兩類

12、氣體都是有價值的，可以幫助償付設備投資。3 利用蒸汽壓發電有一個重要優點，OTEC（海洋熱能轉換）的效率一般為4-6，而鹽度差發電裝置則不受卡諾效率的限制，效率要高得多；而且根據有關試驗結論，蒸汽壓發電中，每平方米熱交換器表面積(銅)的功率密度約為10瓦，比反電滲析的功率密度大10倍以上，且比滲析膜單位面積的價格便宜很多。蒸汽壓力機械最吸引人的性能是它不需要使用滲透膜，水表面本身就起滲透膜的作用。因而大多數諸如退化、價格昂貴以及水的預處理和與滲透膜有關的問題都不復存在了，但它適合在低緯度地區發展。結論：待解決問題：1，提高單位膜的發電功率；2，降低膜制造成本；3，延長膜使用壽命1. 因海水鹽差

13、能發電裝置在設計、制造和運行發電等技術和經濟方面所面臨的困難，所以研究進展十分緩慢，僅有以色列建成一座150千瓦的鹽差能發電試驗裝置，要想實現規模化、商業化生產還相差很遠。2. 在滲透發電技術中，薄膜的制造是重中之重。合格的薄膜，必須具有滲水性好、經久耐用待性，并能最大限度地阻止鹽分通過。理論上這一水位差可以達到240m。但實際上要在比此壓差小很多時，才能使淡水順利通過透水而不透鹽的半透膜直接排人海中。此外，薄膜必須用大量海水不斷地沖洗才能將滲透過薄膜的淡水帶走，以保持膜在海水側的水的鹽度，使發電過程可以連續。3. 在兩種鹽度不同溶液混合時，產生的熱量很小，只使溫度提高不到半攝氏度，比自然混合

14、的實際結果還要小，所以廢水將和在自然條件下一樣被排走，對環境的有害影響極小。但有一系列問題需要解決，例如河水帶來的泥砂的處理以及如何防止海洋動物可能被海水進水口吸入等。如果把滲透膜放置在海水中，腐蝕、生物積垢和泥沙淤積等都將是棘手的問題，需要設法過濾海水和河水，甚至需要進行水的預處理以防止積垢和腐蝕，提高滲透膜的效率，使電壓有所提高，這些都要作進一步的研究。 自60年代，特別是70年代中期以來，世界許多發達工業國家，如美國、日本、英國、法國、俄羅斯、加拿大和挪威等對海洋能利用都非常重視，投入了相當多的財力和人力進行研究。在對諸項海洋能源的研究中，對鹽差能的探索相對要晚一些，規模也不大。最早是1

15、973年由以色列科學家洛布(Loeb）提出并展開實驗工作；以后，美國、瑞典、日本等國相繼開始了這方面的研究，并制成實驗發電裝置。我國于1979年也開始這方面的研究，1981年發表第一篇科研論文，1985年7月14日在西安采用半滲透膜，研制成干涸鹽湖鹽差發電實驗室置，半透膜面積為14m2。試驗中溶劑(淡水)向溶液(濃鹽水)滲透，溶液水柱升高10m，水輪機發電機組電功率為0.9-1.2瓦。西安冶金建筑學院于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30公斤干鹽可以工作814小時，發電功率為0.91.2W。顯然我國鹽差能發電研究尚處在初期階段。從全球情況來看，鹽差能發電的研究

16、都還處于不成熟的規模較小的實驗室研究階段，但隨著對能源的越來越迫切的需求和各國政府及科研力量的重視，鹽差能發電的研究將越來越深入，鹽差能及其它海洋能的開發利用必將出現一個嶄新的局面。2號線是全球的鹽度分布，可以看出在30度左右是最高的。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1.156108kW，其中東海沿海占69%，理論功率為0.86108kW。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，不利于全年開發利