海水盐差能

海水盐差能（盐梯度发电厂）是利用淡水和海水之间的盐度差异来提取能量并发电的发电厂。 技术上利用渗透能（盐梯度能）的发电厂提案于 1970 年代首次发表。 具体的研发项目自 1990 年代后半叶就已存在。

海水盐差能的能量来源是两种溶液的盐度（盐梯度）差异，这往往会使它们的浓度相等。 在传统的水力发电厂中，使用势能（如在蓄能发电厂中）或大水团的动能和势能的组合（如在径流式发电厂中）。 相比之下，盐类离子的水合能被用于海水盐差能，它们的水合壳层增加。

如果淡水和盐水通过半透膜相互接触，纯水会通过半透膜扩散到盐水侧（渗透）。 海水中含盐量为 3.5%，与淡水相比，在 10°C 温度下的渗透压约为 28 巴。

技术实施需要特殊的膜来有效地保留盐分，但同时又具有良好的透水性。 由于缺乏合适的膜，该原理在 1970 年代无法实施。 自 20 世纪 90 年代中期以来，出现了开发合适的聚合物膜的新方法。

从功能原理上来说，一个地下的海水盐差能是比较容易理解的。 首先，利用淡水的势能。 在落水管的下端，涡轮机从中产生电能。 这对应于降低水的能量： E = m ⋅ g ⋅ h ，其中 m 是水的质量， g重力加速度和 h 坠落高度。 涡轮机出口处的水必须进一步排入大海。 这在没有能量消耗的情况下起作用，理论上只要海水柱的压力低于渗透压。 在 28 bar 渗透压下，这相当于几乎 280 m。

然而，在这样的设置中，淡水通过半透膜的扩散会非常缓慢。 通过膜的流量大致与跨过膜的压降成正比。 在河流上建造发电厂时，目标是最大化发电量，即单位时间的能量。 文献中给出的深度为 100-130 米。

盐水在与膜组件中的淡水混合之前经过过滤和加压（压力交换器）。 流经涡轮机的水量与扩散通过膜的水量一样多。 为了保持浓度差异，将大约两倍量的盐水泵入系统。

压力在海水一侧累积，可用于驱动涡轮机发电。 然而，渗透压在系统内降低并且由于发生稀释而降低。 当静压差是渗透压的一半而另一半可用于克服膜阻力时，可实现最佳性能。

另一种方法是反向电渗析 (RED)。 通过离子选择性膜分离，盐和淡水相互绕过。 扩散通过相应膜的离子会产生一个（小）电压，可以使用能斯特方程计算该电压。 通过串联许多这些布置，可以相应地增加电压。

当电压被分接以使用能量时，电流流动将分离电荷平衡，电压降低。 为了尽可能降低这种情况，膜以小间距 (<1 mm) 紧密连续排列。 膜距离越小，流动阻力越大，必须克服流动阻力才能使两种类型的水通过。 可以以最佳方式选择膜距离，使得泵维持流动所需的功率与通过降低电荷载流子的欧姆电阻而获得的功率增益一样大。

在循环过程中产生能量的过程于 2009 年首次发表。 它使用一个电容器，电极之间有水，与周围的水接触。 反过来，可以交换周围的水。 该过程包括四个步骤：

• 步骤 A：电极之间是海水。 电容器被充电到电压φ并充电Q
• 步骤 B：用淡水冲洗电极，盐水中的离子扩散到淡水中。 电容器上的电压增加到φ+dφ，电荷Q保持不变。
• 步骤 C：电容器放电，直到电压再次变为 φ。 电荷下降到 Q-dQ。 可以使用能量。
• 步骤D：用海水冲洗电极，电压降到φ值以下。

由于电容器在步骤 A 中的充电发生在比步骤 C 中放电更低的电压下，因此能量平衡为正。 获得的能量对应于图中的封闭区域。

在进一步调查中，例如 使用的电极可以在电极材料中存储 N a + 或 C l −  离子。 如果选择了正确的材料，则不需要预紧。

海盐偏差能的可能位置可以在入海的河口找到。 此外，所有位置都可以想象为两个不同盐度的水道发生的位置，例如高盐度废水直接排放到河流中。 可实现的能量增益越大，流速越高，含盐量差异越大。

在考虑海水盐差能的能源潜力时，应该注意的是，在渗透发电厂中充分利用整条河流在实践中是不可行的 - 出于技术原因，以及出于对航运和生态的考虑河流。 由于这些原因，考虑生态潜力是有意义的，除了技术上造成的转换损失外，生态潜力还包括xxx允许取水量的限制。

海水盐差能使用可再生能源，它最终由太阳能提供：通过使海水蒸发，太阳能能够分离咸水和淡水。