鹽差能利用

中國開發利用海洋能，始於20世紀50年代中期。起初著重研究開發利用潮汐能資源，建設潮汐發電站。70年代以後，出現了建立潮汐電站的第二個高潮，同時開始進行波浪能和潮流能的利用研究。近年來又著手海水溫差能和鹽度差能開發原理和發電技術的研究。中國的海洋能開發利用研究，特別是潮汐能和波浪能發電技術已接近世界先進水平。

基本介紹

• 中文名：鹽差能利用
• 清潔能源：潔淨、無污染，取之不盡
• 我國資源：海流能量資源密度最高的國家之一
• 涉及領域：能源、海洋、國防和國土開發
• 套用：水壓塔系統進行試驗研究

簡介

中國開發利用海洋能，始於20世紀50年代中期。起初著重研究開發利用潮汐能資源，建設潮汐發電站。70年代以後，出現了建立潮汐電站的第二個高潮，同時開始進行波浪能和潮流能的利用研究。近年來又著手海水溫差能和鹽度差能開發原理和發電技術的研究。中國的海洋能開發利用研究，特別是潮汐能和波浪能發電技術已接近世界先進水平。

我國鹽差能利用

中國對利用海水鹽差能發電技術的研究起步較晚。1985年西安冶金建築學院嘗試對水壓塔系統進行試驗研究。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。

海洋能與風能、太陽能一樣，都是一種可再生的新能源，潔淨、無污染，取之不盡、用之不竭，一次投人永久受益。利用它們發電，既可減少環境污染，又可節約常規能源，改善能源結構，確保社會經濟的可持續發展。同時，大規模開發利用海洋能資源，還有著重大的國家安全需求。全球一次性能源正在日益減少，煤、油價格逐年上升已是不爭的事實而前些年發生的大規模海灣戰爭，說到底也是能源和資源之爭。回顧我國在解決能源缺口問題上所走的火電發展之路，以及將來很有可能會走的核電之路，而最終的出路則會是大規模開發利用我國豐富的海洋能資源。

21世紀海洋將在為人類提供生存空間、食品、礦物、能源及水資源等方面發揮重要作用，而海洋能源也將扮演重要角色。從技術及經濟上的可行性、可持續發展的能源資源以及地球環境的生態平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作為成熟的技術將得到更大規模的利用波浪能將逐步發展成為行業。近期主要是固定式，但大規模利用要發展漂浮式可作為戰略能源的海洋溫差能將得到更進一步的發展，並將與海洋開發綜合實施，建立海上獨立生存空間和工業基地潮流能也將在局部地區得到規模化套用(國家發展和改革委員會，2007：李允武，2008)。

從21世紀的觀點和需求看，溫差能利用應放到相當重要的位置，與能源利用、海洋高技術和國防科技綜合考慮。海洋溫差能的利用可以提供可持續發展的能源、淡水、生存空間，並可以和海洋採礦與海洋養殖業共同發展，解決人類生存和發展的資源問題。

中國是世界上海流能量資源密度最高的國家之一，發展海流能有良好的資源優勢。海流能也應先建設百千瓦級的示範裝置，解決機組的水下安裝、維護和海洋環境中的生存問題。海流能和風能一樣，可以發展機群，以一定的單機容量發展標準化設備，從而達到工業化生產以降低成本的目的。

綜上所述，中國的海洋能利用，近期應重點發展百千瓦級的波浪、海流能機組及設備的產業化；結合工程項目發展萬千瓦級潮汐電站加強對溫差能綜合利用的技術研究，中、長期可以考慮的是，萬千瓦級溫差能綜合海上生存空間系統，中大型海洋生物牧場。必須強調的是，海洋能的利用是和能源、海洋、國防和國土開發都緊密相關的領域，應當以發展和全局的觀點來考慮。

技術原理

滲透壓能法

滲透壓能法裝置一般設在河流入海口處，其 結構原理如圖1所示。

圖1

淡水和海水經過預處理後分別進入裝置的膜組件中的淡水室和濃水室，由於半透膜兩側的滲透壓差，80%~90%的淡水向濃水滲透，從而使高壓濃水體積增大。通過這個滲透過程，鹽差能轉化為壓力勢能。在濃水室，體積增加後的濃水有1/3直接推動渦輪發電，另外2/3的濃水經過壓力回收裝置排出。在這個過程中，海水泵不斷注入海水以保持濃度不被稀釋，從而維持穩定的滲透壓。Aaberg設計的這個裝置的滲透壓可達1.1~1.5 MPa，相當於100~145 m水頭，1 m/s的淡水流量 能產生1 MW的電能。

滲析電池法

滲析電池法也稱濃淡電池法，這種電池採用陰離子滲透膜(只允許陰離子通過)和陽離子滲透膜(只允許陽離子通過)。這兩種膜交替放置，中間的間隔處交替充以淡水和鹽水。在以濃度為百萬分之850的淡水和海水作為膜兩側的溶液的情況下，界面由於濃度差而產生的電位差約為80 mV。如果把多個這類電池串聯起來，可以得到串聯電壓，形成電流。

蒸汽壓能法

在同一溫度下，鹽水的蒸汽壓比淡水的蒸汽壓小，它們之間產生一個蒸汽壓差，蒸汽壓差推動氣流運動，蒸汽壓能法便是利用氣流推動風扇渦輪發電。在這個過程中，淡水不斷地蒸發吸熱使得溫度降低，蒸汽壓也隨之降低，同時水蒸氣不斷在鹽水裡凝結放熱使鹽水溫度升高，使其蒸汽壓升高，破壞了蒸汽的流動。通過熱交換器(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，這樣就能保持蒸汽恆定的流動。

優缺點

滲透壓能法和反電滲析法的核心是滲透膜。採用這兩種方法發電的成本都很高，設備投資大;能量轉化效率低，能量密度小。應該通過以 下3個方面解決這些問題。

(1)提高單位膜面積的發電功率。滲透壓能法要研製透水率高的滲透膜，提高膜的工作性能;反電滲析法要研製高選擇性的離子滲透膜，還要有效降低裝置的內電阻，降低短路電流和寄生電流等附帶的能量損失。

(2)降低膜的製造成本。昂貴的膜材料是設備投資費用高的直接原因，尤其是反電滲析法需要耗費大量的膜材料。如果能廉價地製備膜件，一定能極大地推動滲透壓能法和反電滲析法的發展。

(3)延長膜的使用壽命。一方面是提高膜的抗污染性能，另一方面是進行預處理和定期的清洗。蒸汽壓能法發展緩慢。這種方法使用的裝置太過龐大、昂貴。它的最大優勢是不需要使用滲透膜，這樣避免了與滲透膜有關的問題，但隨著膜成本的降低和膜性能的提高，它的這一優勢也逐漸喪失。