海洋盐差能发电
海洋—地球最宝贵的资源之一！以其博大的胸怀给人类带来了无穷的宝藏。大家都知道海洋中的水都不是淡水，海水里含有丰富的盐类！地球上的水分为两大类：淡水和咸水。全世界水的总储量为152.6平方千米，其中97.2％为分布在大洋和浅海中的咸水。在陆地水中，2.15％为位于两极的冰盖和高山的冰川中的储水，余下的0.65％才是可供人类直接利用的淡水。海洋的咸水中含有各种矿物和大量的食盐，每一平方千米的海水里即含有3600万吨食盐。随着科学技术的发展，人们掌握了盐差发电技术！而海洋的盐资源是非常丰富的。这就可以为人类提供大量的电能。目前海水盐差能发电技术主要有渗透压法、蒸汽压法和反电渗析电池法三种。
一渗透压法盐差能发电
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。在演示实验中，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。目前，有些科学家使用带电的薄膜，以加速淡水向海水的渗透过程。为了延长薄膜的使用寿命，研究人员还必须即时切换电薄膜的正负电极位置。如果在河流的入海口使用一种大型单向渗透薄膜，将河水与海水分开的话，就
能获得巨大的海水渗透压，推动巨型涡轮机发电。研究人员建议，利用海水进行发电的渗透压发电站，可以建造在河流的入海口等地点。另外，渗透压发电厂还能建在任何一个淡水资源和咸水资源共存的地区，甚至是在某些地区的地下。
2. 两种渗透压式盐差能转换方法
（1）水压塔渗透压系统
系统组成：压塔渗透压系统主要由水压塔、半透膜、海水泵、水轮机一发电机组等组成。其中水压塔与淡水问由半透膜隔开，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。
（2）强力渗压系统
系统构成：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。
二反电渗析电池法
1. 反电渗析电池法原理
利用阴、阳离子交换膜选择性地透过Cl-、Na +，在两电极板形成电势差，并在外部产生电流。
2. 反电渗析电池试验装置
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，阳离子交换膜。只允许阳离子(主要是Na+离子)透过，阴离子交换膜只允许阴离子(主要是Cl-离子)通过。阳离子渗透膜和阴离子渗透膜交替放置，中间的间隔交替充以淡水和盐水。对于NaC1溶液，Na+透过阳离子交换膜向阳极流动，Cl-透过阴离子交换膜向阴极流动，阳极隔室的电中性溶液通过阳极表面的氧化作用维持，阴极隔室的电中性溶液通过阴极表面的还原反
应维持，电子通过外部电路从阳极传人阴极形成电流。当回路中接入外部负载时，这个电
流和电压差可以产生电能。通常为了减少电极的腐蚀，把多个电池串联起来，可以形成更高的电压。
3. 电池电动势的理论计算
通过Na+所产生电动势E 为：
(式中：E为标准电池电动势；a为阳离子交换膜的选择透过率；R为气体常数，8．31J/(mol·K)；T为试验中溶液的温度；Z为化合价，对Na+ 、cl-来说Z=1；F为法拉第常数96485．3C／mol；a分别为稀溶液和浓溶液中Na+离子的反应活度。)
通过Cl-所产生的电动势E，为：
(式中：n阴为阴离子交换膜的选择透过率；n稀、a浓分别为稀溶液和浓溶液中Cl-离子的反应活度。)
假定稀溶液、浓溶液中Na+、C1-的活度与NaC1溶液的活度相等，则反电渗析电池装置产生的总电动势E为：
4. 电池内阻的理论计算
电池内阻包括电池内部的欧姆电阻与极化电阻两部分。电池内部的欧姆电阻主要包括电极的欧姆电阻、
面积最小的大洋电解液电阻、隔膜电阻和接触电阻。电池的极化电阻由电化学极化和浓差极化两部分组成，电池的极化电阻与装置中通过电流的大小成正比。由于本装置中电池对数较少，产生的电流很小，故不考虑极化电阻，并忽略电极的欧姆电阻。为使接触电阻最小，装置中外导线与电极之间采用螺母固定，所以也忽略了接触电阻的大小。则反电渗析电池装置的内阻为:
(式中：N为反电渗析电池装置中电池的对数；Raem为阴离子交换膜的电阻:Rcem为阳离子交换膜的电阻；Rc为浓溶液隔室的电阻；Rd为稀溶液隔室的电阻。)
5. 海水、淡水隔室的设计
反电渗析电池产生的电动势大小与所选用的离子交换膜的选择透过率、膜电位、试验中溶液的温度及稀浓溶液的活度有关系，而溶液的活度只与溶液的浓度、温度及溶液中溶剂的价态有关。故当离子交换膜的型号、稀浓溶液的浓度和温度确定时，反电渗析电池装置模型的电动势就确定了。所以，反电渗析电池产生的电动势与溶液隔室的大小无关，只与离子交换膜的型号、溶液浓度和温度有关。但是，在电动势确定的情况下，要使反电渗析电池能产生最大的电流，则需要使内阻达到最小值。假定装置中阴阳离子交换膜的使用面积为A，阴，阳离子交换膜的面电阻分别为Paem、Pcem浓溶液隔室的长度为Lc、稀溶液隔室的长度为Ld，浓稀溶液隔室的使用面积也为A，则阴、阳离子交换膜的电阻分别为：
而浓稀溶液隔室的电阻分别为：
(式中：Kc、Kd分别为浓、稀溶液的电导率。) 则试验装置的内阻Ri为:
当装置中只有一对浓差电池即N =1时，有:
化简上式就有：
对于一个理想的浓差电池，如果其短路电流很小的话，则该电池的电流为：
（式中：尺Ru为电池的外部负载电阻。）
三蒸汽压发电法
1. 蒸汽压发电原理
是利用相同温度下淡水比海水蒸发快而形成饱和蒸汽压力差，来驱动蒸汽机发电。
四三种盐差发电方法比较
1. 渗透压法在技术上实现的可能性比较大！而且，海水渗透压发电法是一种非常环保的发电方式。因为
海水渗透压是一种从自然物理过程中获得的能源，不会产生任何污染环境的“副产品”，更不会排放出二氧化碳。此外，由于海洋与河流是现成的资源，所以海水渗透压的收集成本相对较低，比较容易获得。而且海水发电也不会像风力发电和太阳能发电一样，受到天气因素的制约。但关键技术是半渗透膜工艺水平。目前生产的半透膜，是由海水提取纯水的逆渗透膜，而用于发电的是正渗透膜。有关正渗透膜的研究在加紧进行中。日本曾经在实验中采用过一种渗透膜，在直径131mm的圆筒容器内装设10万条空心纤维，构成半渗透膜，将海水所具有的浓度差能的8.6％成功地转化为电能，并在历时10小时的实验中，发出