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(xué)電位差能，是以化學(xué)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。主要存在與河海交接處。同時(shí)，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(xué)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(shí)，其和河水之間的化學(xué)電位差有相當(dāng)于240m水頭差的能量密度，從理論上講，如果這個(gè)壓力差能利用起來(lái)，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(dá)2340kw。從原理上

2、來(lái)說(shuō)，這種水位差可以利用半透膜在鹽水和淡水交接處實(shí)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(dá)30TW，可能利用的有2.6TW。我國(guó)的鹽差能估計(jì)為1.1108kw，主要集中在各大江河的出海處，同時(shí)，我國(guó)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(dāng)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(mǎn)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(jī)一發(fā)電機(jī)組等組成。其中

3、水壓塔與淡水問(wèn)由半透膜隔開(kāi)，而塔與海水之間通過(guò)水泵連通。 系統(tǒng)的工作過(guò)程：先由海水泵向水壓塔內(nèi)充入海水。這時(shí)，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(dāng)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(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)工作，除去海水泵等的動(dòng)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(qiáng)力滲透系統(tǒng) 強(qiáng)力滲壓系統(tǒng) ：強(qiáng)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(chēng)為前壩和后壩，并在兩水壩之間挖一個(gè)低于海平面約200米的水庫(kù)。前壩內(nèi)安裝水輪發(fā)電機(jī)組，使河水與低水庫(kù)

4、相連，而后壩底部則安裝半透膜滲流器，使低水庫(kù)與海水相通。（見(jiàn)下圖） 系統(tǒng)的工作過(guò)程：當(dāng)河水通過(guò)水輪機(jī)流進(jìn)低水庫(kù)時(shí)，沖擊水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。同時(shí)，低水庫(kù)的水通過(guò)半透膜流入海中，以保持低水庫(kù)與河水之間的水位差。強(qiáng)力滲透系統(tǒng)示意圖 實(shí)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(huì)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(gè)過(guò)程連續(xù)不斷地進(jìn)行，水池的水面會(huì)高出海平面240m。對(duì)于這樣的水頭，就需要很大的功率來(lái)泵取咸海水。這種方法的發(fā)電成本可高達(dá)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(yáng)離子兩種交換膜，陽(yáng)離子交換膜。只允許

5、陽(yáng)離子(主要是Na+離子)透過(guò)，陰離子交換膜只允許陰離子(主要是Cl-離子)通過(guò)。陽(yáng)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(duì)于NaC1溶液，Na+透過(guò)陽(yáng)離子交換膜向陽(yáng)極流動(dòng)，Cl-透過(guò)陰離子交換膜向陰極流動(dòng)，陽(yáng)極隔室的電中性溶液通過(guò)陽(yáng)極表面的氧化作用維持，陰極隔室的電中性溶液通過(guò)陰極表面的還原反應(yīng)維持，電子通過(guò)外部電路從陽(yáng)極傳人陰極形成電流。當(dāng)回路中接入外部負(fù)載時(shí)，這個(gè)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(gè)電池串聯(lián)起來(lái)，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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種過(guò)程會(huì)使渦輪機(jī)的工作狀態(tài)類(lèi)似于開(kāi)式海洋熱能轉(zhuǎn)換電站。這種方法所需要的機(jī)械裝置的成本也與開(kāi)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?yàn)樗牡?，而海洋熱能轉(zhuǎn)換電站卻生產(chǎn)淡水。15 世界上首個(gè)鹽差發(fā)電站已與2009年在挪威建成并投入使用，很多國(guó)家也陸續(xù)著手研究開(kāi)發(fā)這種新能源。鑒于其展現(xiàn)出越來(lái)越大的潛力，科學(xué)家們紛紛開(kāi)始更精確地計(jì)算該技術(shù)在現(xiàn)實(shí)條件下，到底能對(duì)未來(lái)能源需求作出多大貢獻(xiàn)。