海洋鹽差與溫差能發電
在江河入海口,淡水與海水之間還存在著鮮為人知的鹽度差能。鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能。主要存在於河海交接處。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源,通常,海水(具有鹽度)和河水之間的化學電位差有相當於240米水頭差的能量密度。這種位差可以利用半滲透膜(水能通過,鹽不能通過)在鹽水和淡水交接處實現。利用這一水位差就可以直接由水輪發電機發電。
我國海域遼闊,海岸線漫長,入海的江河眾多,入海的徑流量巨大,在沿岸各江河入海口附近蘊藏著豐富的鹽差能資源。據統計,我國沿岸全部江河多年平均入海徑流量約為1.7×10的12次方~1.8×10的12次方立方米,各主要江河的年入海徑流量約為1.5×10的12次方~1.6×10的12次方立方米。據計算,我國沿岸鹽差能資源蘊藏量為3.9×10的15次方千焦,理論功率約為1.25×10的8次方千瓦。然而由於地理分布不均、資源量有明顯季節變化和年際變化以及部分地區存在冰封期的特點,我國對於海水鹽差能發電研究尚處於基礎研究階段。
海洋是一個太陽輻射熱能的巨大收集器和儲存器。
它的表層水溫度可達20℃~30℃,而深層海水的溫度則接近零攝氏度。科學家設想,用表層海水加熱沸點很低的液體,如液氨,利用液氨產生的蒸氣來驅動渦輪發電機進行發電,並用海底電纜把電輸送到需要的地方。同時,又用從深海抽上來的低溫海水冷卻氨蒸氣,使它還原為液態。如此循環反複利用海水的溫差,就可以持續發電。這種發電原理就是海洋溫差能發電。海洋溫差能發電方法的優點是不受天氣影響,輸出功率穩定。它在熱帶和亞熱帶海區最為適用。據有關專家研究論證認為,利用海水溫差建立輸出功率為10萬千瓦的發電廠是可能的。
首次提出利用海水溫差發電設想的是法國物理學家阿鬆瓦爾,1926年,阿鬆瓦爾的學生克勞德試驗成功海水溫差發電。1930年,克勞德在古巴海濱建造了世界上第一座海水溫差發電站,獲得了10千瓦的功率。
1979年,美國在夏威夷的一艘海軍駁船上安裝了一座海水溫差發電試驗台,發電功率53.6千瓦。1981年,日本在南太平洋的瑙魯島建成了一座100千瓦的海水溫差發電裝置,1990年又在鹿兒島建起了一座兆瓦級的同類電站。
利用海水溫差發電,對於開發海洋資源具有重大意義,如它可以為開采海底石油和多金屬結核等的設備提供電力,並可以從海底開采上來的礦物就地冶煉,省去運輸上的很多麻煩。可見,利用海水溫差發電的科學探索,為人類向海洋索取能源展示了美好的前景。
夏威夷的試驗
在夏威夷島冒納羅亞火山腳下的海岸上建有一座獨特的工廠,就是海水溫差試驗電站。在熱帶海洋裏,海麵的海水溫度在25℃以上,而在1000米深處,海水溫度隻有5℃,有20℃以上的溫差。25℃遠不能使常壓的水沸騰。可是用冰箱裏製冷的工質氨或氟裏昂當工質,密閉循環使用,這些氣體的沸點很低,25℃已可氣化,5℃時能凝結成液體,這樣就能利用海洋表麵與深處海水的溫差發電了。從海洋表麵和深處分別用水管抽取熱水和冷水,在熱交換器裏與工質進行熱量的交換。就是用海麵比較熱的水使工質氣化,用海底比較冷的水使工質冷凝,氣化的工質就能推動低壓渦輪機發電了。這座試驗電站能發出100千瓦的電,但它自己抽水用了所發出電量的一大半,實際送出的電並不多。日本在太平洋島國瑙魯也建立了一座海水溫差電站,也是100千瓦,供給缺乏能源資源的瑙魯電力。另外還有一種開式係統,不用低沸點液體當工質,而用海水本身當工質,抽真空使海水在25℃左右沸騰,推動渦輪機發電,再用冷水使水汽冷凝。
有人預言,因為溫差能穩定而且能量非常大,所以溫差發電站的潛力很大,將來會成為最先實用的海洋能發電產業。可是目前成本還太高,它本身消耗的電能相當多,隻有綜合利用,用抽上來的海底富營養冷水在熱帶養冷水魚、灌溉溫帶作物才有一定的經濟意義。我國台灣東岸花蓮縣太平洋邊的大陡壁是很理想的海水溫差發電站站址,西沙、南沙群島也有不少好的海水溫差發電站站址。
此外,國內外都研製了類似水田灌溉用的水車的水輪機,有些是立式的,有些是臥式的,用以轉換潮流能為電能。潮流能是有規律的能源,比較容易開發。當然湍急的潮流也給潮流發電設備的錨泊帶來很大困難。
至於鹽差能的利用,目前還處在紙上談兵的階段,隻有人在實驗室裏做了一些模擬試驗。
雖然海洋能的利用還處在開始階段,開發的規模很小,技術還不成熟,成本相當高,除了潮汐能發電外,都不夠可靠,可是海洋能是大自然給予人類的永久的巨大寶庫,是取之不盡的綠色能源,所以海洋能開發必定會在將來有較大的突破,是未來海洋產業。