這座海水溫差電站雖然發出了電,但卻存在一個突出的問題:就是冷水抽水泵消耗的功率太大,以至於電站發出的全部電力還不能滿足抽水泵的需要,所以電站不僅不能向外供電,還得從外部為電站供電。自然,這樣的電站沒有實用價值。後來,遭到海浪襲擊,電站被摧毀了。實踐使克勞德認識到,用長管子通到海底去抽取海水的做法行不通。
1934年,克勞德又搞出一個新設計,取名叫“浮標式溫差發電站”。他把發電機安裝在一條叫“突尼斯”號的駁船上,駁船用錨固定在巴西的一處海邊。抽水管垂直放入海中,它的上端是一個浮標,下端係著重物以保持管子垂直。令人遺憾的是,懸在海中的管子受到海浪的衝擊搖來擺去,最終斷裂開了。克勞德一氣之下,把整個設備沉到了海底。
為了擺脫海浪的幹擾,後來克勞德又想到幹脆在海底挖一條隧道,把管子放進隧道,結果也沒有成功。1948年,法國人在非洲象牙海岸首都阿比讓附近海邊又建立了一座溫差發電站,並在抽水管質量上作了改進。由於這個電站仍采用克勞德的方式,因此有效利用率不大。盡管克勞德的種種努力都未取得理想的結果,但他的嚐試給後人留下了有益的經驗。
由於海洋熱能轉換技術複雜,設備成本昂貴,加之當時陸地火力發電供需不存在問題,海洋熱能發電研究被擱置起來。直到20世紀60年代,世界出現“能源危機”時,海洋熱能開發利用又引起了人們的重視。
1964年,美國的安德森父子在總結前人成功與失敗的經驗教訓之後,提出了海水溫差發電的新方案。他們父子的新方案有兩點突破性改進:一是把整個發電設備安裝在一個巨大的浮體上,使之浮於海中,這樣就可以大大縮短冷水取水管的長度;二是不再直接以海水為工作介質而采用低沸點的液態丙烷、氨、氟裏昂等物質作為閉路係統中的工作介質。這樣,可使用小的高壓渦輪氣體發電機,而不必采用克勞德使用的那種龐大的低壓蒸汽渦輪機了。安德森父子的這種工作方式叫“閉路循環方式”。
目前對海洋熱能的開發利用尚未進入大規模實用階段,還有一些技術問題、經濟問題、對環境的影響等問題,有待於進一步研究解決。但是,海洋熱能發電,在技術上畢竟取得了重大突破,其前景是令人樂觀的!
鹹水與淡水交彙出電能
人類在利用海水曬鹽的同時,發現海水和淡水相交彙的地方,蘊含著一種神奇的能量,於是一個新的設想出現了:利用海洋鹽度差能發電。
海洋鹽度差產生的能量,是人們從滲透作用中計算出來的。我們知道,滲透作用,就是指允許液體從一層具有選擇性的半滲透性薄膜中通過的過程。人們作了一個試驗,在水槽裏放入一個半透明膜,一邊放鹽水,一邊注淡水。海水中的鹽離子被半透明膜“封鎖”過不來,隻對淡水放行。這樣,淡水就通過半透明膜往鹽水裏滲透,如果再建一座水塔的話,那麼在滲透壓的作用下,水位就能升高到250米,即大約25個大氣壓,海水和淡水的滲透壓才能平衡。這高高在上的水從250米的高度衝瀉下來,那力量就相當大了,足以衝得水輪機呼呼轉動起來發電。
滲透壓的大小和海水中含鹽度有關。一般的海水含鹽35%。這樣濃度的海水,能形成25個大氣壓,即能把水抬高到250米。陸地上江河,日夜不停地向海裏流淌著淡水,可以想見,在江河入海口的地方,蘊含著多麼巨大的鹽度差能量啊!根據聯合國教科文組織1981年的出版物估計,世界上鹽度差能約為30億千瓦。
利用海洋鹽度差能發電的設想,是1939年由美國人提出的。1954年,美國建造並試驗了一套根據電位差原理運行的裝置,最大輸出功率為15毫瓦。1975年以色列人建造並試驗了一套滲透法裝置。日本科學技術廳從1978年開始進行鹽度差能發電的研究,目前又在試製模型設備、高壓泵、半透明膜、耐壓容器等,不久將進行發電試驗。
利用鹽度差能發電較早的設想是利用滲透膜兩側海水和淡水之間的水位差驅動水輪機發電。這種發電方法,存在一些問題:由於海水和淡水之間的滲透壓較大,使水壓塔中的水柱高達250米,這就使水壓塔下麵的半透明膜承受很大的壓力,容易被壓壞,影響使用壽命。另外,由於淡水中的水分子源源不斷地向水壓塔滲透,會使海水鹽度降低,引起水柱高度下降,從而直接影響輸出功率。再者,在河口建造一座200多米高的水塔,也決非易事。
為了克服這些問題,RS諾曼博士在原有設計的基礎上,增加了一個海水泵。他把水輪機與水泵聯係起來,海水依然從導管中流出,但導管的高度卻相當於海水與淡水滲透壓差的一半還低,約10~11兆帕。這樣,就能延長半透明膜的壽命。同時,海水泵把海水打入,使海水維持一定的鹽度,不致於使水的滲透壓差降低。
此後,美國國家健康學院的約翰·韋因斯坦和內政部的弗蘭克·雷茲兩位科學家,抓住鹽能換能器發電過程中出現的氯離子和鈉離子運動的現象,設計出一種濃度差電池,也叫反向滲析電池。為了更充分利用電能,這種電池在海水通道兩側,分別設置了陰離子交換膜和陽離子交換膜。這樣,氯離子通過陰離子交換膜向一個方向流動,鈉離子通過陽離子交換膜向另一個方向流動,使電勢雙倍增強。另外,為了得到足以供外部用戶使用的電力,就把許多個電池串聯使用。
鹽度差能,是一種神奇的能量,人們對它的認識較晚,對它的特點和規律的認識還不太清楚,需要從基礎理論上作些探討。另外,實現濃度差能開發利用的關鍵材料是半透明膜,目前半透明膜的研製質量還不過關。所以,離大規模開發鹽度差能,還有一道道難關。但是,鹽度差能量又是充足和強大的,這必將吸引人們去認識、去開發利用。會燃燒的“石脂水”——石油