蓝色能源:利用江河与海水交汇发电

两个试点项目正在测试“盐差能”的潜力,这是一种可再生能源,依靠河口不同的盐度来发电。


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为了寻找污染环境和加剧气候变暖的化石燃料的替代品,人们的注意力转向了江河入海口。在这里,淡水和海水自然地形成盐度差异,欧洲的两个先驱项目将尝试利用这种现象来产生清洁能源。

“盐差能”的概念——也称为渗透能或盐度梯度能——已经被提出几十年了,现在,支持者们希望,技术已经足够先进,使其在经济上具有竞争力。

11月24日,世界首个大型渗透能原型设施预计将在挪威开始全面运行,该设施旨在开发一种名为压力延迟渗透的盐差能。“建造这个设施的主要原因是回答有关[渗透能]的重要问题,虽然我们已经做了很多理论研究,但我们需要实际经验,”挪威国家电力公司Statkraft的渗透能副总裁斯坦·埃里克·斯基尔哈根说,该公司建造了该电厂。 该原型设施将没有客户,尽管其产生的少量电力在技术上将被输送到电网。

Statkraft公司耗资约500万美元建造的原型工厂是由一家造纸厂改造而成,位于奥斯陆以南约60公里的海边村庄托夫特。 该工厂的压力延迟渗透装置将淡水和盐水分别置于半透膜的两侧,这种膜可以阻止盐颗粒通过,但允许水通过。 淡水侧的水自然流入盐水侧,产生相当于120米高水柱的压力。 这种加压水可用于驱动涡轮机发电。 Statkraft公司的目标是每平方米膜产生5瓦电力,而目前的容量约为3瓦。 如果成功,该公用事业公司希望在2015年左右为付费客户建造一座商业盐差能发电厂,目标成本为每千瓦时7至14美分(pdf)(按目前的欧元兑美元汇率计算),如果成本较低,将与煤炭和天然气价格具有竞争力。

在南部的荷兰,一家名为Wetsus的荷兰研究公司启动了自己的盐差能实验,以评估本质上是一种盐水-淡水电池的技术。

Wetsus公司与一家名为Redstack的衍生公司合作,正在研究一种被称为“蓝色能源”的盐差能版本。 Wetsus公司副科学主任格特·扬·欧文林克说,一个大约是美式大冰箱两倍大的中试规模装置已经在瓦登海边的哈林根投入运行。 该技术依赖于反向电渗析,其中一系列淡水和盐水流通过地下管道被分流到两种膜的相对两侧。 这些膜允许溶解在水中的钠离子或氯离子——盐的组成元素——进入分离的淡水流。 这会在膜之间建立电势,就像电池一样,这种电荷与铁反应形成电流。 Wetsus公司的研究员约斯特·维尔曼表示,该公司的目标是每平方米膜获得5瓦电力,与Statkraft公司的工艺结果相同。

Statkraft公司和Wetsus公司都不期望他们的初始实验能产生超过几千瓦的电力——只够烧开水。 相反,他们计划展示可能实现可扩展的、商业上可行的能源生产,并确定盐差能是否会危及源头河口水域的健康。 Statkraft公司估计,盐差能的全球发电潜力高达1700太瓦时,约占全球需求的10%。

盐差能之所以吸引人,有几个原因:首先,与利用太阳能或风能的可再生能源技术不同,盐差能系统不依赖于天气,并且可以提供像煤炭、天然气和核能所提供的基载(恒定、可预测的)电力。 “河水 24/7 不间断地流入大海,因此您拥有持续可用的能源,”斯基尔哈根说。 他还指出,除了微咸水外,没有其他排放物,而微咸水无论如何都会在河口中搅动。

与传统水电不同,盐差能发电厂不需要筑坝截断水道,并且与河床式涡轮机或用于同等潮汐能和波浪能的漂浮式发电机组相比,它可能需要更少的基础设施。 Statkraft公司的斯基尔哈根说,盐差能发电厂,包括其膜堆、涡轮机、清洁设施和办公室,实际上可以位于河边工业综合体的地下室,或者在河岸内地下建造,管道延伸到水道中——这对于将此类设施纳入已开发的、人口稠密的沿海地区来说是一个很大的优势。

膜的设计和性能仍然是Statkraft公司和Wetsus公司方法的最大障碍。 必须使膜更高效、更耐用,并更能抵抗微生物积聚,即所谓的生物污染。 通过过滤掉有机物和河流带来的碎屑来预处理泵入的水是有帮助的,但斯基尔哈根说,这个关键步骤会消耗能源,而且预计会很昂贵,他还补充说,现在要知道到底有多昂贵还为时过早。

因此,专家们对盐差能的前景仍然持谨慎态度。 芬兰赫尔辛基理工大学的机械工程师和热力学家阿里·塞帕拉说:“这两种方法都很有前景,当然值得研究,但这两种方法在商业化之前可能仍需要突破性创新。” 塞帕拉认为,在生产性能大大提高的膜方面,没有物理或化学方面的障碍,尽管他也指出,可能还会找到一种更好的、无膜方法来利用盐度差异发电。

另一个关键的不确定因素:盐差能发电厂对当地水生环境的影响。 耶鲁大学化学与环境工程学教授梅纳赫姆·埃利梅莱克说:“这是一个全新的工艺,尚未在这个规模上进行过测试。” “我怀疑根本不会有[环境]影响。” 然而,他补充说,如果生态足迹最小且膜技术取得进展,盐差能可能成为“重要的可再生能源选择”。

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