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        海洋盐度差能发电技术

        发布时间: 2014-07-01 14:04:22   作者:无   来源:

         

        第一部分:概述
        第二部分:技术原理
        第三部分:国内应用和发展
        第四部分:国外应用和发展
        第五部分:大玩家彩票网址经典案例
        第六部分:参考文献
         
        概述
        1.定义和作用
        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。主要存在与河海交汇处。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。
        海洋盐差能发电的设想是1939年由美国人首先提出的。盐差能发电的原理是:当两种不同盐度的海水被一层只能通过水分而不能通过盐分的半透膜相分离的时候,两边的海水就会产生一种渗透压,促使水从浓度低的一侧通过这层膜向浓度高的一则渗透,使浓度高的一侧水位升高,直到膜两侧的含盐浓度相等。通常,海水和河水之间的化学电位差具有相当于240 m高水位的落差所产生的能量,利用这一水位差就可以直接由水轮发电机发电。盐差能发电的基本方式是,将不同盐浓度的海水之间或海水与淡水之间的化学电位差能转换成水的势能,再利用水轮机发电。具体主要有渗透压式、蒸汽压式和机械一化学式等,其中渗透压式方案最受重视。将一层半渗透膜放在不同盐度的两种海水之间,通过这个膜会产生一个压力梯度,迫使水从盐度低的一侧通过膜向盐度高的一侧渗透,从而稀释高盐度的水,直到膜两侧水的盐度相等为止。此压力称为渗透压,它与海水的盐浓度及温度有关。
         
        技术原理
        目前,日本、美国、瑞典等沿海发达国家做了许多积极探索,已经提出多种盐差发电方案,可分为渗透压法、渗析电池法和蒸汽压法。
        1.渗透压法
        渗透压法能量转换的原理是:海水、淡水之间在河海交界处存在着非常大的盐度差,在两种水质之间,用一种半透膜将它们隔开来,由于膜的存在,盐不能膜扩散,盐度差的能量只能通过另一种形式释放,也就是在膜两端产生一个压力梯度,把淡水通过半透膜压向海水一侧渗透,使海水侧盐的浓度下降,直到两侧水的浓度相等。此时海水侧由于大量淡水的涌入,高度将超过淡水侧,这个高度的水压即称为渗透压。盐差发电就是利用这种渗透现象,把海水侧的水位提高,就如同水电站的水位一般,可用来发电。
        2.渗析电池法
        渗透压法用水轮机来发电将化学能通过机械能转换为电能,而渗析电池法则可直接由化学能转化为电能。渗析电池法也称为浓淡电池法,利用由带电薄膜分隔的盐浓度不同的溶液间形成的电位差,浓度为0.085%的淡水和海水作为膜两侧的溶液,在淡咸界面上就能产生约为80mV的电位差,如果把多个这类电池像普通电池一样串联起来,就可以形成很高的电压。除了水分子能通过而盐离子不能通过的渗透膜外,还有允许阴离子通过的阴离子渗透膜和允许阳离子透过阳离子渗透膜。这种电池就采用了后两种膜,即阴离子渗透膜允许CL-离子通过,阳离子渗透膜允许Na+离子通过。这种方案有两个优点:一是由于电极只在电池组两端,所以基本上不用考虑电极溶解腐蚀的问题;二是这种电池的终端单元内不是海水,由电解化学原理,在终端电极处会产生氯气和氢气这两类副产品,实现不用外加能量的电解,产生额外的经济效益。
        3.蒸汽压法
        在同样的温度下,淡水比海水蒸发的更快,所以淡水一边的气压要比海水一边高得多,于是,在空室内,水蒸气会很快从淡水上方流向海水上方,装上涡轮,就可以利用盐度差能进行工作。
        这种方法的产生源于20世纪初,法国工程师克劳德建造了一台利用深海冷水和表海热水的贮热池之间的蒸汽压差发电的装置。后来,研究人员还发现如果用淡水间的蒸汽压差,将更具发展的可能性。这样,类似于风力发电,就可以利用两边不同的压差来发电,但又有所不同。利用蒸汽压发电有效率相对来比较高这个重要优点,受热力学第二定律的限制海洋热能转换系统在转换过程中必有熵增,效率一般为4%~6%。而盐度差发电装置是天然的循环,不用加热加压,不受卡洛效率的限制,效率比海洋热能转换系统高得多。蒸汽压力机械最大的优点是它不需要使用渗透膜,水表面本身就起渗透膜的作用,在渗透膜的研究还在初级阶段这个大背景下,这种方法会有大发展。
         
        国内发展和应用现状
        据王传岜利用中国江河入海水量资料计算,我国沿岸盐差能资源主要分布在长江及其以南,有大江河人海的各省市沿岸。理论储量约为358×1015 kJ,理论功率约为114亿kW。其中,长江口和珠江口的盐差能合计占全国的8124%。
        1989年,广州能源所建造了两座容量分别为10 w60 w的实验台。目前这项研究仍处在基础理论研究阶段,尚未开展能量转换技术的实验。
         
        国外发展和应用现状
        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。在本世纪70年代,各国开展了许多调查研究,以寻求提取盐差能的方法。实际上开发利用盐度差能资源的难度很大,上面引用的简单例子中的淡水是会冲淡盐水的,因此,为了保持盐度梯度,还需要不断地向水池中加入盐水。如果这个过程连续不断地进行,水池的水面会高出海平面240m。对于这样的水头,就需要很大的功率来泵取咸海水。目前已研究出来的最好的盐差能实用开发系统非常昂贵。这种系统利用反电解工艺(事实上是盐电池)来从咸水中提取能量。根据1978年的一篇报告测算,投资成本约为50000美元/kw。也可利用反渗透方法使水位升高,然后让水流经涡轮机,这种方法的发电成本可高达1014美元/kwh
        还有一种技术可行的方法是根据淡水和咸水具有不同蒸气压力的原理研究出来的:使水蒸发并在盐水中冷凝,利用蒸气气流使涡轮机转动。这种过程会使涡轮机的工作状态类似于开式海洋热能转换电站。这种方法所需要的机械装置的成本也与开式海洋热能转换电站几乎相等。但是,这种方法在战略上不可取,因为它消耗淡水,而海洋热能转换电站却生产淡水。盐差能的研究结果表明,其他形式的海洋能比盐差能更值得研究开发。
        据估计世界各河口区的盐差能达30TW,可能利用的有2.6TW。我国的盐差能估计为11X108kW,主要集中在各大江河的出海处。同时,我国青海省等地还有不少内陆盐湖可以利用。
         
        供应商信息
        Statkraft公司
         
        参考文献
        [1]赵世明,刘富铀,张俊海,张智慧,白杨,张榕.我国海洋能开发利用发展战略研究的基本思路[J].海洋技术.27(3).
        [2]任建莉,钟英杰,张雪梅,徐璋.海洋波能发电的现状与前景[J].浙江工业大学学报.
        [3]高祥帆,游亚戈.海洋能源利用进展.第十一届中国海岸工程学术讨论会暨2003年海峡两岸港口及海岸开发
        [4]张峰,游亚戈,吴必军,李甫杰.中国海洋能专利研究.可再生能源
        [5]蒋秋飚,鲍献文,韩雪霜.我国海洋能研究与开发述评.海洋开发与管理.
        [6]邓隐北,熊雯.海洋能的开发与利用.
        [7]李全林.新能源与可再生能源[M].东南大学出版社.