科普|萬萬沒想到!鹽也可以用來發電!

2020-12-04 全國能源信息平臺

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近年來,人們的環保意識越來越強,

對太陽能、風能、潮汐能等

可再生資源耳熟能詳。

鹽也能用來發電,

聽過的人恐怕不多。

利用海水鹽差能發電

生活在海上的人可能十分厭煩苦鹹的海水,但事實上海水本身有很大的能量,能夠發電。將能量轉換能夠為人們造福。

在大江大河的入海口,也就是江河水與海水相交融的地方,江河水是淡水而海水是鹹水,淡水和鹹水相互擴散,直到兩者的含鹽濃度相等為止。在海水與淡水相混合的過程中,同時釋放出許多能量。含鹽濃度高的海水以較大的滲透壓力向淡水擴散,同時淡水以較小的滲透壓力向海水擴散。這種滲透壓力差所產生的能量,稱為「海水鹽濃度差能」,也叫「海水鹽差能」。

實驗表明,在許多江河入海口處的海水滲透壓力差,大致相當於240米高的水位落差。當前世界上水壩高於240米的大水電站非常非常的少。有的江河入海口處海水的滲透壓力大得令人覺得不可思議。例如在約旦河流入死海的匯合處,海水鹽差能量就讓人無法想像。由於死海的鹽水濃度幾乎達到飽和狀態,其滲透壓力達到50500千帕(約合500個大氣壓),相當於5000米高的水位落差。這是多麼大的能量!有極大的利用價值。

海水鹽差的能量,是由於太陽輻射熱使海水蒸發後其濃度增加的結果。在水循環過程中,被蒸發出來的大量水蒸汽又變成雲彩和雨滴而重新返回到海洋中,同時釋放出許多的能量。科學家們預算,全世界的海洋一年的蒸發量相當於其水位降低1.3米,即每秒蒸發1.2×107立方米的水量。如果以2124帕(約合21個大氣壓)的海水鹽差進行計算,那麼全世界海水鹽差的能量資源高達30億千瓦。

怎樣開發利用這些海水鹽差能量呢?科學家們想到了利用「濃差電池」的化學原理,就是通過電化學的方法把鹽差能轉換成電能。海水濃差電池的工作原理,就是在由多孔質隔膜(離子交換膜)隔開的兩個容器中,分別地裝入海水和淡水,並分別插入電極,便可在兩極之間產生0.1伏左右的電壓。只要把電路接通,就能夠產生電流。

根據這種試驗裝置的原理,只要有大量的淡水與海水相混合,就能夠釋放出巨大的能量來。試驗表明,江河入海口處是利用海水鹽差能量最理想的場所。由於,在江河入海口處,含鹽極少的江河水一直源源不斷地流向大海,而海水本身含有較多的鹽分,所以海水與江河水之間的形成鹽濃度差,只要將兩個別電極分別地插進海水和江河水裡,並將兩個電極用導線連接起來,電流就會源源不斷。

開發海水鹽差能獲得巨大的能量,所以世界有很多國家的科學家都在致力研究這種能量的開發。

現在,比較成熟的鹽差能發電的能源轉換方式有兩種

一種是滲透壓式鹽差能發電系統。當兩種含鹽度不同的海水被一層只能通過水分而不能通過鹽分的半透膜分隔開來的時候,通過這個膜會產生一個壓力梯度,兩邊的海水就會產生一種滲透壓,從而促使水從濃度低的一側通過半透膜向濃度高的一側滲透,使濃度高的一側的水位升高,直到半透膜兩側的鹽濃度相同為止。滲透壓鹽差能發電系統便是利用這種水位上的落差進行發電。

另外一種是蒸汽式鹽差能發電系統。在相同的溫度下,淡水比海水蒸發快,因此海水一邊的蒸汽壓力要比淡水一邊低得多。於是在空室裡面,水蒸氣會很快從淡水上方流向海水上方,只要裝上渦輪機,就能利用該鹽度差能進行發電。

用鹽發電實際上是利用海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的水體之間的化學電位差能來進行的。鹽差能是海洋能中能量最大的一種可再生能源。通常,海水(鹽度35%)和河水之間的化學電位差具有相當於240米高水位的落差所產生的能量。不同含鹽度的兩部分水相遇,滲透壓會使水溫通常上升0.1攝氏度。據大致測算,在世界水域內由此產生的能量,相當於供給全世界20%的用電需求。

利用熔鹽太陽能發電

在敦煌,熔鹽塔式光熱電站 教授級高級工程師 黃文博:「這巨大的物體就是鏡子,專業名稱叫『定日鏡』。40多萬這樣的小鏡子,組成一個大型的鏡場,把陽光反射到中間的點,也就是吸熱塔。」

吸熱的材料用的是硝酸鈉與硝酸鉀,它的儲能的能力比較高,而且成本比較低。專家解釋說,原來發電所用的並不是我們熟悉的食鹽,而是一種由60%硝酸鈉與40%硝酸鉀的工業鹽混合而成的二元鹽。

在熔鹽塔式光熱電站內液態的硝酸鈉、硝酸鉀一共有3萬噸,儲藏在高溫熔鹽罐、低溫熔鹽罐內。原來數量龐大的鹽就在我們的眼前隱藏著呢,那麼這些鹽究竟是怎麼用來發電的呢?

黃文博解釋道:「吸完熱的熔鹽儲存在熱罐裡面,熱罐裡面的儲能相當於一個火電站裡面的煤倉。把熱鹽通過泵打出來,到了一個換熱器,跟水進行換熱,然後產生高溫高壓的蒸汽去推動汽輪機來進行發電。」

熔鹽吸收定日鏡反射的熱能後可升溫至565℃,然後再與水進行換熱,產生高溫高壓的蒸汽推動汽輪機做功,並帶動發電機產生電能。

目前,這個熔鹽塔式光熱電站一年的發電量可達到3.9億度,相當於近20萬戶普通家庭一年的用電量,分擔了敦煌市的用電壓力。

而在美國,位於美國加利福尼亞州巴斯圖市的熔鹽太陽能發電站。中心的聚熱塔周圍圓形排列著1818面反射鏡組成的壯觀列陣。這些反射鏡全部為7×7米見方,由電腦自動控制反射角度,以保證日光始終聚焦於塔臺頂端的熔鹽上。

熔鹽太陽能電站可能是未來又一種利用食鹽來產生能源的全新太陽能技術。熔鹽太陽能電站,說得簡單些就是利用鹽和一定手段貯存太陽能熱量,並將這種熱量轉化為能量的裝置。加裝儲熱系統的是一個「發電塔」,有點像水箱,高高翹起,四周圍繞著數以百計的能夠追蹤太陽的反射鏡。這些反射鏡由兩根傾斜的軸支撐,一根軸負責調整其在一天中跟隨太陽的轉動,另一根負責調整其一年中都能跟隨太陽轉動。塔中和下面的箱子裡是成千上萬立方米的熔鹽,這些熔鹽可以被反射鏡聚集的太陽光加熱到很高的溫度,熱量被儲存在熔鹽中。需要的時候,熱量從熔鹽中釋放出來轉化為蒸汽,用來推動汽輪機發電,完成太陽能——熱能——動能——電能一系列能量轉化過程。

目前,熔鹽太陽能電站所使用的鹽類主要以硝酸鹽、碳酸鹽等工業鹽類為主,食鹽仍在實驗,尚未進入實用階段。如果能解決好熱轉換性能,溶液粘度、高溫分解等關鍵技術環節的問題,食鹽勢必以極低廉的製造成本和簡便的提取技術成為未來熔鹽太陽能電站的首選材料。

(來源:科普中國、央視財經是真的嗎)

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