新能源概論-PPT6-鹽差能發(fā)電技術(shù)-何博

1、鹽差能發(fā)電 12能源何博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(tài)出現(xiàn)的海洋能。主要存在與河海交接處。同時，淡水豐富地區(qū)的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。利用大海與陸地河口交界水域的鹽度差所潛藏的巨大能量一直是科學家的理想。鹽差能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于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(fā)0.65kwh的電。一條流量為1m3/S的河流的發(fā)電輸出功率可達2340kw。從原理上

2、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(xiàn)。 世界海水大致的鹽度分布世界海水大致的鹽度分布世界各河口區(qū)的鹽差能達30TW，可能利用的有2.6TW。我國的鹽差能估計為1.1108kw，主要集中在各大江河的出海處，同時，我國青海省等地還有不少內(nèi)陸鹽湖可以利用。在死海，淡水與咸水間的滲透壓力相當于5000m的水頭，而鹽穹中的大量干鹽擁有更密集的能量。 如果鹽差能發(fā)電站能利用全球1/10匯入大海的河水發(fā)電，則可以滿足5.2億人的電能需求，而不排放任何二氧化碳。鹽差能發(fā)電的三種方式 8水壓塔滲透系統(tǒng) 水壓塔滲透壓系統(tǒng) ：水壓塔滲透壓系統(tǒng)主要由水壓塔、半透膜、海水泵、水輪機一發(fā)電機組等組成。其中

3、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(tǒng)的工作過程：先由海水泵向水壓塔內(nèi)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(nèi)滲透，使水壓塔內(nèi)水位上升。當塔內(nèi)水位上升到一定高度后，便從塔頂?shù)乃垡绯觯瑳_擊水輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。為了使水壓塔內(nèi)的海水保持一定的鹽度、必須用海水泵不斷向塔內(nèi)打入海水，以實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)工作，除去海水泵等的動力消耗，系統(tǒng)的總效率約為20左右。 滲透壓能法水位升高強力滲透系統(tǒng) 強力滲壓系統(tǒng) ：強力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)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(nèi)安裝水輪發(fā)電機組，使河水與低水庫

4、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。（見下圖） 系統(tǒng)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(zhuǎn)并帶動發(fā)電機發(fā)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。強力滲透系統(tǒng)示意圖 實際上使用水壓塔滲透系統(tǒng)利用鹽差能的難度很大，淡水是會沖淡鹽水的，因此，為了保持鹽度梯度，還需要不斷地向水池中加入鹽水。如果這個過程連續(xù)不斷地進行，水池的水面會高出海平面240m。對于這樣的水頭，就需要很大的功率來泵取咸海水。這種方法的發(fā)電成本可高達1014美元/kwh反電滲析法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

5、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+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(yīng)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(chǎn)生電能。通常為了減少電極的腐蝕，把多個電池串聯(lián)起來，可以形成更高的電壓。蒸汽壓能法 根據(jù)淡水和咸水具有不同蒸氣壓力的原理，水蒸發(fā)并在鹽水中冷凝，利用蒸氣氣流使渦輪機轉(zhuǎn)動。這種過程會使渦輪機的工作狀態(tài)類似于開式海洋熱能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電站幾乎相等。但是，這種方法在戰(zhàn)略上不可取，因為它消耗淡水，而海洋熱能轉(zhuǎn)換電站卻生產(chǎn)淡水。15 世界上首個鹽差發(fā)電站已與2009年在挪威建成并投入使用，很多國家也陸續(xù)著手研究開發(fā)這種新能源。鑒于其展現(xiàn)出越來越大的潛力，科學家們紛紛開始更精確地計算該技術(shù)在現(xiàn)實條件下，到底能對未來能源需求作出多大貢獻。