《海洋新能源--海水盐差能发电》
题目海洋新能源——海水盐差能发电课程名称海洋装备集成
姓名学号高李炜3119901013
年级专业11级海洋工程与技术
所在学院海洋学院
海洋新能源——海水盐差能发电
一，前言
随着石油能源的不断消耗，越来越多的人关注起了可再生能源的开发和利用。其实海洋心能源因为其储藏的数量庞大，称为了关注的热点。海洋新能源不仅包括我们熟知的潮汐能，波浪能，洋流能，温差能等可再生能源，还有我们不太熟悉的盐差能。
从2008年Statkraft公司在挪
威的Buskerud建造了第一座盐差能发
电站开始，其他各个国家也开始建造
起了自己的盐差能发电站，其功效也
被越来越多的人认可。（图为挪威盐差
能发电机）
二，盐差能简介
1784年Jean Antoine
Nollet发现灌满酒的猪膀胱放
在水里就会胀大最后胀裂。从
那时开始人们就慢慢开始意识
到了盐差能的存在了，只是那
时候更多的研究室渗透压的大
小，而没有转换为对盐差能的
研究。
目前，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。主要存在于河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。利用大海与陆地河口交界水域的盐度差所潜藏的巨大能量一直
是科学家的理想。（图为黄河入海口）
在淡水与海水之间有着很大的渗透压力差，一般海水含盐度为3.5%，其和河水之间的化学电位差有相当于240m水头差的能量密度，从理论上讲，如果这个压力差能利用起来，从河流流入海中的每立方英尺的淡水可发0.65kw·h的电。一条流量为1m3/S的河流的发电输出功率可达2340kw。从原理上来说，这种水位差可以利用半透膜在盐水和淡水交接处实现。如果在这一过程中盐度不降低的话，产生的渗透压力足可以将盐水水面提高240m，利用这一水位差就可以直接由水轮发电机提取能量。如果用很有效的装置来提取世界上所有河流的这种能量，那么可以获得约2.6TW的电力。更引人注目的是盐矿藏的潜力。在死海，淡水与咸水间的渗透压力相当于5000m的水头，而盐穹中的大量干盐拥有更密集的能量。
三，盐差能的发电
目前提取盐差能主要有三种方法：渗透压能法（PRO）——利用淡水与盐水之间的渗透压力差为动力，推动水轮机发电；反电渗析法（RED）——用阴阳离子渗透膜将浓，淡盐水隔开，利用阴阳离子的定向渗透在整个溶液产生的电流；蒸汽压能法（VPD）——利用淡水与盐水之间蒸汽压差为动力，推动风扇发电。（一）渗透压能法（PRO）
(1)强力渗压发电
在河水与海水之间建两座水坝，
坝间挖一个低于海平面的水库。前坝
内安装水轮发电机组，使河水与水库
相连；后坝底部安装半透膜渗流器，
使水库与海水相通。
水库的水通过半透膜不断流入海水中，水库水位不断下降，这样河水就可以利用它与水库的水位差冲击水轮机旋转，并带动发电机发电。
技术难点：在低于海平面的深坑建造电站；能够抵抗腐蚀的半透膜。发展的前景不大。
（2）水压塔渗压发电
水压塔与淡水间用半透膜隔
开。先由海水泵向水压塔内充入海
水，运行时淡水从半透膜向水压塔
内渗透，使水压塔内水位不断上
升，从塔顶水槽溢出，海水(经管
道)冲击水轮机旋转，带动发电机
发电。
在运行过程中，为了使水压塔
内的海水保持盐度，海水泵不断向塔内打入海水。发出的电能，有一部分要消耗在装置本身，如海水补充泵所消耗的能量、半透膜洗涤所消耗的能量。
浓差发电要投入实际使用，尚需要解决许多困难。例如大面积的半透膜，和长距离的拦水坝，投资惊人，半透膜要承受2MPa的渗透压，也难以制造。
（3）压力延滞渗透发电
压力泵先把海水压缩再
送入压力室。运行时淡水透过
半透膜渗透到压力室同海水混
合。混合后的海水和淡水与海
水比具有较高的压力，可以在
流入大海的过程中推动涡轮机
做功。
有公司预计2015年渗透能发电可投入商业，并可生物能、潮汐能相竞争。
（二）反电渗析法（RED）
浓差电池，也叫反电渗析法，一般需要两种不同的半透膜，一种只允许带正电荷的钠离子自由进出，一种则只允许带负电荷的氯离子自由出入。这两种膜交替放置，中间的间隔处交替充以淡水和盐水。在浓度为百万分之850的淡水和海水作为膜两侧的溶液的情况下，界面由于浓度差而产生的电位差约为80mV。如果把多个这类电池串联起来，可以得到串联电池，形成电流（如图所示）。
反电渗析法中，电压随相邻电池
的盐浓度比成对数变化，整个电池组
的电压受温度，溶液电阻和电极的影
响，它有一个参数优化设计的问题。
淡水室的离子浓度低，整个电池组的
电压就大，但是离子浓度太低会使淡
水的电阻增大；膜之间的间隔越小电
阻值越小，但是间隔太小又会增加水
流的摩擦#增加水泵的功率。（研究表明膜之间最佳距离为0.1~1mm）该系统需要采用面积大而昂贵的交换膜，发电成本很高。不过使用寿命长，而且即使膜破裂了也不会给整个电池带来严重影响。
另外，这种电池在发电过程中电极上会产生Cl2和H2，可以补偿装置的成本。
（三）蒸汽压能法（VPD）
同样温度下淡水比海水蒸发得快，
因此海水一边的饱和蒸汽压力要比淡水
一边低得多，在一个空室内蒸汽会很快
从淡水上方流向海水上方并不断被海水
吸收，这样只要装上汽轮机就可以发电
了。在这个过程中，淡水不断地蒸发吸
热使得温度降低#蒸汽压也随之降低，同
时水蒸气不断在盐水里凝结放热使盐水
温度升高，使其蒸汽压升高，破坏了蒸
汽的流动。通过热交换器（铜）将热能不断地从盐水传递到淡水，使淡水和盐水保持相同的温度，这样就能保持蒸汽恒定的流动。
M.Olsson做了一个蒸汽压能法的模型,如图所示。它是一个圆筒状的结构，两端分别是淡水和盐水，中间是双螺旋结构的热交换器，轴心是涡轮风扇。整个圆筒不断地旋转，使淡水和盐水在热交换器的表面流动，加快热交换的速度和蒸汽蒸发及吸收的速度。温度是影响蒸汽压能法能效的重要因素，温度越高，蒸
发越强烈，单位面积的热交换器发电功率就越高，因此蒸汽压能法更适于在低纬度热带地区发展。
蒸汽压发电的最显著的优点是不需要半透膜，这样就不存在膜的腐蚀、高成本和水的预处理等问题。但是发电过程中需要消耗大量淡水，应用受到限制
四，总结
盐差能发电是一项新兴的绿色能源，对环境是零排放，零污染，蕴藏范围广（河流入海口），能量密度大，工作时间长（全年可达7000h）。在现在污染严重，能源形势紧张的背景下有重要的意义。
目前世界上虽然还没有具有实用价值的盐差发电站，整体上讲还处于试验的初级阶段，但是随着高效，耐久，廉价渗透膜的研制，盐差能发电的成本将会不断降低，功效和功率密度将不断提高，相信在不久的将来盐差能发电会得到大力的发展。
五，参考文献
【1】《新能源与分布式发电技术》，第五章，朱永强编著，北京大学出版社。【2】《盐差能发电技术的研究进展》，刘伯羽，李少红，王刚，《可再生能源》第28卷第2期2010年4月。
【3】《盐差能：大规模应用还需时日》，国家电监会魏青山，中国社科院研究生院王成仁，《中国海洋报》2010年10月29日第004版