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2008-10-11 10:34:20王澤斌
百科知識 2008年18期
王澤斌
北歐主要的電力公司之一挪威國家電力公司決定在挪威建立“世界上第一座滲透壓發(fā)電站”，預(yù)計2008年底竣工。對于可再生能源，太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)?、水電等人們都耳熟能詳，這個“滲透壓發(fā)電”又是個什么東西呢?沒有落差的水，如何發(fā)出電來呢?
讓我們先來了解一下“滲透壓”：假設(shè)有兩杯水，一杯淡水，一杯鹽水，底部用一根管子連通起來。淡水一邊沒有鹽，對于鹽水里的鹽離子來說，淡水那邊是無人居住的曠野，所以紛紛跑到那邊去“搶灘”。而對于水分子來說，雖然兩邊數(shù)量相當(dāng)，但是鹽水那邊的密度要小一些，所以更傾向于從淡水一側(cè)向鹽水一側(cè)游弋。于是，不需要任何外部壓力，水分子和鹽離子就產(chǎn)生了大規(guī)模遷徙，一直到兩杯水達(dá)到平衡為止。
而如果有“半透膜”這種物質(zhì)介入，將會出現(xiàn)十分有趣的結(jié)果。半透膜類似于門衛(wèi)或者關(guān)卡，能夠選擇性地攔截住一些物質(zhì)而讓另一些通過，如果我們把一層能夠攔住鹽離子的半透膜裝在鹽水和淡水之間，那么鹽離子就將無法進(jìn)入淡水那邊，但是水分子依然可以從淡水那邊溜到鹽水里。宏觀上看，就仿佛有一個壓力推動淡水往鹽水那邊跑一樣。這樣的一個壓力，就被稱為“滲透壓”。由于鹽水這邊只進(jìn)不出，淡水那邊只出不進(jìn)，鹽水一邊的水位逐漸升高而淡水那邊逐漸降低，結(jié)果產(chǎn)生了水位差來抵抗?jié)B透壓的作用。到最后這個水位差足夠大，完全抵消了滲透壓的時候，通過半透膜兩邊的水分子達(dá)到平衡。這時候的水壓差也就可以用來計算鹽水的滲透壓。如果在鹽水的一側(cè)外加一個高于其滲透壓的壓力，不難想象，鹽水一側(cè)的水分子就紛紛游離到純水一側(cè)，而鹽離子卻只能留下，這種現(xiàn)象被稱為“反滲透”，已經(jīng)大量應(yīng)用于海水淡化和廢水處理了。
荷蘭的范德霍夫推導(dǎo)出了一個公式來計算任何溶液的滲透壓，他的公式計算結(jié)果與實驗測量高度一致。海水通常含有3％左右的鹽，這個濃度的滲透壓大致相當(dāng)于300米的水位差。也就是說，如果在淡水和海水之間放置半透膜，那么其間的水壓則相當(dāng)于二百幾十米的大壩。
曾經(jīng)有人設(shè)想，在地球上有無數(shù)的海濱，多數(shù)江河里的淡水最終也流向大海。如果我們在二昔交匯的地方裝上半透膜，那么海水的滲透壓蘊(yùn)含的能量就可能田來發(fā)電。這樣的能源不僅清潔無污染，而且可再生。
這就是“滲透壓發(fā)電”的原理。這樣的原理早在1973年就被隄出來了，但是其后的二十多年中一直沒有大的進(jìn)展。主要原因就是成本實在太高，而且實際建造中也面臨一些工程技術(shù)上的困難。1997年，挪威國家電力公司開始進(jìn)軍這一領(lǐng)域。經(jīng)過十余年的研究，伴隨著膜技術(shù)的發(fā)展，他們認(rèn)為實際建造滲透壓發(fā)電站的時機(jī)已經(jīng)來臨，于是在2007年宣布將建造一座容量為2～4千瓦的滲透壓模型電站，預(yù)計在2008年底完成，算是開始了“滲透壓發(fā)電”的商業(yè)化進(jìn)程。
挪威國家電力公司開發(fā)的滲透壓發(fā)電站采取的是被稱為“壓力延遲滲透”的方式。簡單來說，就是經(jīng)過預(yù)處理的淡水進(jìn)入半透膜區(qū)域，半透膜另一側(cè)是海水，絕大部分的淡水在滲透壓的作用下滲過半透膜，另一部分相當(dāng)于廢液被排掉。透過半透膜后水壓大增，目前能夠獲得的壓力可以達(dá)到理論值的一半，相當(dāng)于一百多米的水位差，這些水一部分去沖動渦輪發(fā)電，另一部分作為循環(huán)水，把海水“壓”進(jìn)半透膜區(qū)域。正常運行條件下，半透膜裝置能夠使用7～10年。還有另一種設(shè)計是把膜裝置和發(fā)電裝置修建到海面下一百多米處，這樣可以利用海水的自然壓力來壓入海水，從而大大提高整個體系的運行效率。當(dāng)然，這種方式需要的修建成本也大大增加了。
(文章代碼：1817)
[責(zé)任編輯]趙檸
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而如果有“半透膜”這種物質(zhì)介入，將會出現(xiàn)十分有趣的結(jié)果。半透膜類似于門衛(wèi)或者關(guān)卡，能夠選擇性地攔截住一些物質(zhì)而讓另一些通過，如果我們把一層能夠攔住鹽離子的半透膜裝在鹽水和淡水之間，那么鹽離子就將無法進(jìn)入淡水那邊，但是水分子依然可以從淡水那邊溜到鹽水里。宏觀上看，就仿佛有一個壓力推動淡水往鹽水那邊跑一樣。這樣的一個壓力，就被稱為“滲透壓”。由于鹽水這邊只進(jìn)不出，淡水那邊只出不進(jìn)，鹽水一邊的水位逐漸升高而淡水那邊逐漸降低，結(jié)果產(chǎn)生了水位差來抵抗?jié)B透壓的作用。到最后這個水位差足夠大，完全抵消了滲透壓的時候，通過半透膜兩邊的水分子達(dá)到平衡。這時候的水壓差也就可以用來計算鹽水的滲透壓。如果在鹽水的一側(cè)外加一個高于其滲透壓的壓力，不難想象，鹽水一側(cè)的水分子就紛紛游離到純水一側(cè)，而鹽離子卻只能留下，這種現(xiàn)象被稱為“反滲透”，已經(jīng)大量應(yīng)用于海水淡化和廢水處理了。
荷蘭的范德霍夫推導(dǎo)出了一個公式來計算任何溶液的滲透壓，他的公式計算結(jié)果與實驗測量高度一致。海水通常含有3％左右的鹽，這個濃度的滲透壓大致相當(dāng)于300米的水位差。也就是說，如果在淡水和海水之間放置半透膜，那么其間的水壓則相當(dāng)于二百幾十米的大壩。
曾經(jīng)有人設(shè)想，在地球上有無數(shù)的海濱，多數(shù)江河里的淡水最終也流向大海。如果我們在二昔交匯的地方裝上半透膜，那么海水的滲透壓蘊(yùn)含的能量就可能田來發(fā)電。這樣的能源不僅清潔無污染，而且可再生。
這就是“滲透壓發(fā)電”的原理。這樣的原理早在1973年就被隄出來了，但是其后的二十多年中一直沒有大的進(jìn)展。主要原因就是成本實在太高，而且實際建造中也面臨一些工程技術(shù)上的困難。1997年，挪威國家電力公司開始進(jìn)軍這一領(lǐng)域。經(jīng)過十余年的研究，伴隨著膜技術(shù)的發(fā)展，他們認(rèn)為實際建造滲透壓發(fā)電站的時機(jī)已經(jīng)來臨，于是在2007年宣布將建造一座容量為2～4千瓦的滲透壓模型電站，預(yù)計在2008年底完成，算是開始了“滲透壓發(fā)電”的商業(yè)化進(jìn)程。
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