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海水盐差能

2018-07-29 15:50:00

海水盐差能(英文:Osmotic powersalinity gradient power)或盐差能Ocean Salinity Energy)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。在海水和江河水相交汇处容易产生咸淡水。据估算,地球上存在着26亿千瓦可利用的盐差能,其能量甚至比温差能还要大。淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。

在实验室环境下,该技术已经被证实。荷兰的逆电析法(RED)和挪威的压力迟滞渗透膜法(PRO)正将此能源用作商业用途。但膜的昂贵成本是一个障碍。而现在研发出一个新型较为便宜的膜,利用电改性的聚乙烯塑料,它适合于潜在的商业用途。[1]其他的方法已经提出,目前正在开发。主要有双电层电容器技术[2]和蒸汽压力差方法。[3]

挪威国家电力公司英语Statkraft已经兴建全球第一间渗透压发电厂(Statkraft osmotic power prototype in Hurum),容量为4千瓦,于2009年11月24日在挪威托夫特丹麦语Tofte (Hurum)落成。[4][5][6]这个厂使用聚酰亚胺(Polyimide)膜,并能够产生1W/m² 的能量密度。

目录

  • 1 发电原理
    • 1.1 渗透式
    • 1.2 蒸汽压力差
    • 1.3 电析方法
    • 1.4 太阳能盐水池
  • 2 潜在的环境问题
  • 3 参见
  • 4 参考资料

发电原理

压力迟滞反渗透

当把两种浓度不同的盐溶液倒在同一容器中时,那么浓溶液中的盐类离子就会自发地向稀溶液中扩散,直到两者浓度相等为止。所以,盐差能发电,就是利用两种含盐浓度不同的海水的化学电位差能,并将其转换为有效电能。

科学家经过周密的计算后发现在17°C时,如果有1摩尔盐类从浓溶液中扩散到稀溶液中去,就会释放出5500焦的能量来。

其基本方式是将不同盐浓度的海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—化学式等,其中渗透压式方案最受重视。

渗透式

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。

目前提出的渗透压式盐差能转换方法主要有水压塔渗压系统和强力渗压系统两种。

蒸汽压力差

电析方法

太阳能盐水池

此方法不利用渗透式,而是吸收阳光到达盐水池塘底部的热量。以淡水和盐水之间的密度差异和自然对流的影响,其中日晒造成的“热对流现象”阻止热上升,而达到吸热和储热的效果。

太阳能盐水池,在理论上也可以用来产生渗透功率。如果从太阳能热蒸发来创建一个盐度梯度,并利用此盐度梯度的势能,从而直接使用上述前三种方法之一,如电析方法。

潜在的环境问题

海水与河水的水质及盐度不同。不同的水生生物有其相对应的耐受盐度,淡水、咸淡水或者是海水。海水盐差能主要的排放物为不同盐度溶液的混合水. 而经常排放大量的低盐度水会造成周遭海域盐度的波动。 虽然在河口及大海的交界处,盐度波动属于自然现象,剧烈的盐度波动仍有降低生物多样性的隐忧。[7] 根据多数环境保育人士的建议,在建设海洋能发电厂时应考虑对生态环境的冲击。

对环境较小冲击的方法之一是把稀释后的混合水排放至海洋中层(即非表层或底层海洋的区域)。

因为逆电析法(RED)和压力迟滞渗透膜法(PRO)都需要使用大量的海水及河水,入水处的选择及规划格外受到重视。除了需符合法规,也需要经过环境影响评估会议等程序。

参见

  • 逆渗透
  • 半透膜
  • 海洋能
  • 可持续能源
  • 可再生能源
  • 逸度(Fugacity)

参考资料

  1. ^ History of osmotic power (PDF) at archive.org
  2. ^ D. Brogioli, Extracting renewable energy from a salinity difference using a capacitor, Phys. Rev. Lett. 103 058501-1-4 (2009).
  3. ^ M. Olsson, G. L. Wick and J. D. Isaacs, Salinity Gradient Power: utilizing vapour pressure differences, Science 206 452--454 (1979)
  4. ^ John Gartner. World's First Osmotic Power Plant Opens. Reuters. 2009-11-24 [2011-04-25]. 
  5. ^ November 24, 2009, cnet.com: Norway opens world's first osmotic power plant
  6. ^ 30 November 2009, itnsource.com: NORWAY: World's first osmotic power plant opens in Tofte
  7. ^ Montague, C., Ley, J. A Possible Effect of Salinity Fluctuation on Abundance of Benthic Vegetation and Associated Fauna in Northeastern Florida Bay. Estuaries and Coasts. 1993. Springer New York. Vol.15 No. 4. Pg. 703-717
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