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反电渗析技术在盐差能发电中的实验研究

盐差能发电文献综述

1.1盐差能简介

二氧化碳是全球变暖的主要原因，而（新兴）绿色能源的应用能够在一定程

度上抵消这类不利的影响。盐差能是指海水与淡水之间或两种含盐度不同的溶液

之间存在的化学电位差能，是以化学形态存在的能源。其中基于膜的盐差能（SGP）

发电技术能够将盐溶液的渗透能转换成机械能或电能。全球各大河流的入海口蕴

含着大量的盐差能，并且这种能量是可再生的绿色能源。目前全球入海口所存在

[1,2]

的盐差能达到了2.4-2.6TW，而2011年全球电能总消耗为2.3TW。我国黄河

的入海口流量为13800m3/s，其中存在的盐差能相当于我国最大火力发电厂总装

机功率的三倍。而黄河的入海口流量仅占全国主要江河入海径流量的28%。如果

能够将我国河流入海口所形成的盐差能很好的利用起来，将会大大改善目前国家

所面临的能源问题。所以开发可再生的盐差能资源对我们国家经济的可持续发展

具有重要的意义。

1.2盐差能发电方法与现状

不可再生能源，如化石燃料，长期以来在使用过程中对环境造成了极大的破

坏，严重影响着我们的空气和水资源的质量。目前大气、水资源的污染以及全球

变暖等问题日益突出，所以急需开发一种环境友好的可持续能源。近年来，由于

盐差能具有无污染、可再生的特点，而获得了大家的广泛关注。盐度梯度功率

（SGP）是从不同盐浓度（例如，海水与河水）两水流的可逆混合而收集的能量。

SGP为全球第二大的潜在海洋型能源，具有2.4-2.6TW的全球电力生产潜力。

1）渗透压法发电[4,5]

众所周知，低浓度液体会自然地向高浓度液体渗透，在这一过程中会产生一

定的压力。而“压力阻尼渗透”(PRO)技术正是利用了两种不同盐度溶液之间的盐

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反电渗析技术在盐差能发电中的实验研究

度梯度进行发电的，在PRO进行发电的过程中，淡水会通过半透膜向盐水侧进

行渗透，这种过程中产生的压力可以推动涡轮机进行发电。

实验表明，在许多江河入海口处的海水渗透压力差大得惊人，甚至可相当于

240米高的水位落差。这是极大的能量，也有极大的利用价值。在利用海水盐差

能进行发电的过程中没有任何燃料的添加，同时也无垃圾产生、无二氧化碳排放，

可以说是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源。在这方面，美国耶鲁大学

的MenachemElimelech和NgaiYinYip新近研究结果表明，如果PRO发电站能

够利用全球1/10汇入大海的河水发电，则可以满足5.2亿人的电能需求，而不排

放任何二氧化碳。相比之下，如果是使用火电站产生等量的电能，每年将排放超

过10亿吨温室气体。

盐差能发电是在1939年首先被提出来的，1954年，由R.E.Pattle首次引入

渗透能和盐度梯度的概念。而后，这一概念由SidneyLoeb于1973年进一步提出

利用盐度梯度来发电，如图2-1所示。1978年，SidneyLoeb和美国太阳能公司

在维吉尼亚州沃伦市做了大量的试验研究，当时估算采用这种PRO的装置，发

电成本将高达0.3～0.4美元/kWh，而且发电过程中缺乏高效的半透膜。以后，美

国、瑞典、日本等国相继开始了这方面的研究，并制成了实验型的PRO发电装

置。中国于1979年开始这方面的研究，1981年发表第一篇研究论文，1985年7

月14日在西安采用半渗透膜研制成首台干涸盐湖盐度差实验室发电装置并发电，

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半渗透膜面积为14m，试验中淡水侧通过半透膜向浓盐水侧渗透，溶液水柱升

高近10m的高度，当时水轮机发电机组的电功率范围为0.9～1.2W。从各国浓

度差发电的研究中可以看出，首先开发并用于发电的浓度差能，是高浓度盐水与

淡水之间的高品位能源。

图1-1最早由SidneyLoeb提出的PRO原型[6]

Fig.1-1Initi