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盐差能的应用设想

摘要：本文从盐差能的应用出发，设想出一种盐差能的应用方式，可以解决盐差

能应用中渗透膜使用的问，提出了一种不用渗透膜的盐差能应用方式，也是蒸

汽压差利用盐差能的拓展。

引言

盐差能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，是以化学能形态出现的海洋能。主要存在与河海交接处。同时，淡水丰富地

区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种

可再生能源。

一般海水含盐度为3.5%时，其和河水之间的化学电位差有相当于240m水头

差的能量密度，从理论上讲，如果这个压力差能利用起来，从河流流入海中的每

立方英尺的淡水可发0.65kw·h的电。如果用很有效的装置来提取世界上所有河

流的这种能量，那么可以获得约2.6TW的电力。更引人注目的是盐矿藏的潜力。

在死海，淡水与咸水间的渗透压力相当于5000m的水头。盐差能的研究结果表明，

其他形式的海洋能比盐差能更值得研究开发。

盐差能利用方式

（一）渗透压法

1、渗透压法发电原理

目前的海水发电方法主要为“渗透法”。所谓“渗透法”，就是使用增压方法，

加速海水渗透过程。在实验中，科学家用特殊薄膜在容器内把海水与纯水隔开后，

海水一侧对膜的压力会高于纯水这一侧。于是，一部分纯水就会透过薄膜漫出水

槽，并产生能够推动水电机运转的巨大动力，从而进行发电。

2、两种渗透压式盐差能转换方法

（1）水压塔渗透压系统

水压塔渗透压系统主要由水压塔、半透膜、海水泵、水轮机发电机组等组

成。其中水压塔与淡水间由半透膜隔开，而塔与海水之间通过水泵连通。系统的

工作过程：先由海水泵向水压塔内充入海水。这时，由于渗透压的作用，淡水从

半透膜向水压塔内渗透，使水压塔内水位上升。当塔内水位上升到一定高度后，

便从塔顶的水槽溢出，冲击水轮机旋转，带动发电机发电。为了使水压塔内的海

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水保持一定的盐度、必须用海水泵不断向塔内打入海水，以实现系统连续工作，

除去海水泵等的动力消耗，系统的总效率约为20％左右。

图1水压塔渗透系统简易示意图

我们已经看到，这种发电方式有非常明显的缺陷，为了使水压塔内的海水保

持一定的盐度、必须用海水泵不断向塔内打入海水，以实现系统连续工作，如此

一来，发电本身就需要一定的能量消耗。这会导致很高的发电成本，使得盐差能

发电没有实用价值。

（2）强力渗压系统

强力系统的能量转换方法是在河水与海水之间建两座水坝分别称为前坝和后

坝，并在两水坝之间挖一个低于海平面约200米的水库。前坝内安装水轮发电机

组，使河水与低水库相连，而后坝底部则安装半透膜渗流器，使低水库与海水相

通。（见下图）系统的工作过程：当河水通过水轮机流进低水库时，冲击水轮机

旋转并带动发电机发电。同时，低水库的水通过半透膜流入海中，以保持低水库

与河水之间的水位差。

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图2强力渗压系统示意图

以上两种发电方式都用到了渗透膜，盐差导致的渗透压是很高的，这就对渗

透膜提出了很高的要求，他必须具有很强的抗压能力，否则发电站无法修建，这

对材料科学来说是一个很大的挑战。当然，这就加大了通过渗透压能法利用盐差

能的难度。

2、反电渗析法

反电渗析电池装置的原理如下图所示。它采用阴离子和阳离子两种交换膜，

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阳离子交换膜。只允许阳离子(主要是Na离子)透过，阴离子交换膜