盐差能利用
水压塔系统进行试验研究
中国开发利用海洋能,始于20世纪50年代中期。起初着重研究开发利用潮汐能资源,建设潮汐发电站。70年代以后,出现了建立潮汐电站的第二个高潮,同时开始进行波浪能和潮流能的利用研究。近年来又着手海水温差能和盐度差能开发原理和发电技术的研究。中国的海洋能开发利用研究,特别是潮汐能和波浪能发电技术已接近世界先进水平。
简介
中国开发利用海洋能,始于20世纪50年代中期。起初着重研究开发利用潮汐能资源,建设潮汐发电站。70年代以后,出现了建立潮汐电站的第二个高潮,同时开始进行波浪能和潮流能的利用研究。近年来又着手海水温差能和盐度差能开发原理和发电技术的研究。中国的海洋能开发利用研究,特别是潮汐能和波浪能发电技术已接近世界先进水平。
我国盐差能利用
中国对利用海水盐差能发电技术的研究起步较晚。1985年西安冶金建筑学院尝试对水压塔系统进行试验研究。上水箱高出渗透器约10m,用30kg干盐可以工作8~14h,发电功率为0.9~1.2W。
海洋能与风能、太阳能一样,都是一种可再生的新能源,洁净、无污染,取之不尽、用之不竭,一次投人永久受益。利用它们发电,既可减少环境污染,又可节约常规能源,改善能源结构,确保社会经济的可持续发展。同时,大规模开发利用海洋能资源,还有着重大的国家安全需求。全球一次性能源正在日益减少,煤、油价格逐年上升已是不争的事实而前些年发生的大规模海湾战争,说到底也是能源和资源之争。回顾我国在解决能源缺口问题上所走的火电发展之路,以及将来很有可能会走的核电之路,而最终的出路则会是大规模开发利用我国丰富的海洋能资源。
21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用,而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性、可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析,海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用波浪能将逐步发展成为行业。近期主要是固定式,但大规模利用要发展漂浮式可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展,并将与海洋开发综合实施,建立海上独立生存空间和工业基地潮流能也将在局部地区得到规模化应用(国家发展和改革委员会,2007:李允武,2008)。
从21世纪的观点和需求看,温差能利用应放到相当重要的位置,与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间,并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展,解决人类生存和发展的资源问题。
中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一,发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置,解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样,可以发展机群,以一定的单机容量发展标准化设备,从而达到工业化生产以降低成本的目的。
综上所述,中国的海洋能利用,近期应重点发展百千瓦级的波浪、海流能机组及设备的产业化;结合工程项目发展万千瓦级潮汐电站加强对温差能综合利用的技术研究,中、长期可以考虑的是,万千瓦级温差能综合海上生存空间系统,中大型海洋生物牧场。必须强调的是,海洋能的利用是和能源、海洋、国防和国土开发都紧密相关的领域,应当以发展和全局的观点来考虑。
技术原理
渗透压能法
渗透压能法装置一般设在河流入海口处,其 结构原理如图1所示。
淡水和海水经过预处理后分别进入装置的膜组件中的淡水室和浓水室,由于半透膜两侧的渗透压差,80%~90%的淡水向浓水渗透,从而使高压浓水体积增大。通过这个渗透过程,盐差能转化为压力势能。在浓水室,体积增加后的浓水有1/3直接推动涡轮发电,另外2/3的浓水经过压力回收装置排出。在这个过程中,海水泵不断注入海水以保持浓度不被稀释,从而维持稳定的渗透压。Aaberg设计的这个装置的渗透压可达1.1~1.5 MPa,相当于100~145 m水头,1 m3/s的淡水流量 能产生1 MW的电能。
渗析电池法
渗析电池法也称浓淡电池法,这种电池采用阴离子渗透膜(只允许阴离子通过)和阳离子渗透膜(只允许阳离子通过)。这两种膜交替放置,中间的间隔处交替充以淡水和盐水。在以浓度为百万分之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80 mV。如果把多个这类电池串联起来,可以得到串联电压,形成电流。
蒸汽压能法
在同一温度下,盐水的蒸汽压比淡水的蒸汽压小,它们之间产生一个蒸汽压差,蒸汽压差推动气流运动,蒸汽压能法便是利用气流推动风扇涡轮发电。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。
优缺点
渗透压能法和反电渗析法的核心是渗透膜。采用这两种方法发电的成本都很高,设备投资大;能量转化效率低,能量密度小。应该通过以 下3个方面解决这些问题。
(1)提高单位膜面积的发电功率。渗透压能法要研制透水率高的渗透膜,提高膜的工作性能;反电渗析法要研制高选择性的离子渗透膜,还要有效降低装置的内电阻,降低短路电流和寄生电流等附带的能量损失。
(2)降低膜的制造成本。昂贵的膜材料是设备投资费用高的直接原因,尤其是反电渗析法需要耗费大量的膜材料。如果能廉价地制备膜件,一定能极大地推动渗透压能法和反电渗析法的发展。
(3)延长膜的使用寿命。一方面是提高膜的抗污染性能,另一方面是进行预处理和定期的清洗。蒸汽压能法发展缓慢。这种方法使用的装置太过庞大、昂贵。它的最大优势是不需要使用渗透膜,这样避免了与渗透膜有关的问题,但随着膜成本的降低和膜性能的提高,它的这一优势也逐渐丧失。
参考资料
最新修订时间:2024-02-25 21:02
目录
概述
简介
我国盐差能利用
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