[實用新型]一種余熱利用鹽差能反電滲析發電系統

有效

• 申請號: 202220544541.0
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN216959698U
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 楊悅藝;丁保君
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02N3/00
• 分類號: H02N3/00;H01M8/22
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 郭海英

一種余熱利用鹽差能反電滲析發電系統，屬于余熱利用和發電技術領域。這種余熱利用鹽差能反電滲析發電系統將反電滲析發電與余熱利用技術有機結合，利用工業余熱蒸發濃縮部分海水室反應后的咸水，蒸發濃縮后的咸水以及冷凝換熱產生的淡水可以維持海水室和淡水室之間的濃度差。利用設備之間的高度差以及咸水之間由于溫度產生的密度差實現系統的自然循環，系統沒有泵工耗電，能夠實現凈輸出電能最大化。適用于工業余熱豐富，電能需求較大的地區。

技術領域

本發明涉及一種余熱利用鹽差能反電滲析發電系統，屬于余熱利用和發電技術領域。

背景技術

海洋鹽差能是一種存在于兩種含鹽濃度不同的海水之間或海水和淡水之間的化學能。作為一種清潔能源、可再生能源以及能量密度最大的海洋能，鹽差能主要存在于海河交接處。同時，淡水豐富區域的鹽湖和地下鹽礦蘊藏大量的鹽差能。在海水和淡水之間存在著很大的滲透壓差，它們之間的化學差相當于 240 m 水頭差的能量密度，從理論上講，如果利用這個壓力差能發電，每立方英尺淡水流入海中可發 0.65 度電。如果將世界上所有河流中蘊藏的這種能量提取并加以利用，可以獲得約 2.6 TW的能量，我國潛在的可利用鹽差能約為0.1TW。隨著國家新舊動能轉換策略的實行，高效利用鹽差能發電將有助于實現“綠水青山就是金山銀山”的戰略目標。

目前，鹽差能的利用主要有三種途徑：滲透壓能法、蒸汽壓能法和反電滲析法。滲透壓能法是根據海水與淡水側的滲透壓差使淡水進入海水側產生壓力差，從而使多余的海水進入渦輪發電機運轉發電。由于壓力以及渦輪發電機等設備，滲透壓能法存在發電成本高、設備投資大、能量轉化效率低、能量密度小，并且為了延長滲透膜的使用年限，還必須不時的切換滲透膜正負極位置的缺點。蒸汽壓能法是利用兩種含鹽量不同的溶液的蒸汽壓不同來產能。但是蒸汽壓能法的裝置龐大，費用昂貴，使得蒸汽壓能法無法和反電滲析法與滲透壓能法相競爭。

反電滲析法利用陰陽例子交換膜兩側陰陽離子的濃度差產生的電勢差發電，相比滲透壓能法和蒸汽壓能法設備成本更低，具有清潔、無污染、儲藏范圍廣、能量密度高、可持續等優點。因此，利用鹽差能反電滲析發電是促進我國實現新舊動能轉換的有效途徑。但單純的反電滲析發電由于海水和淡水的濃度差有限，導致發電功率密度較低，海水循環水泵消耗的電能大于發電產生的電量，無法實現向外凈輸出電能。針對該問題人們提出了將太陽能等清潔能源與反電滲析發電裝置結合來提高發電功率密度，實現向外凈輸出電能的方法。如：

公布號為CN110980850A的中國專利公開了一種太陽能取水發電裝置及取水發電方法。將太陽能蒸餾作用與反電滲析發電相結合，但利用太陽能對海水整體進行加熱蒸發使膜兩側的海水產生的濃度差較小。由于該裝置電極之間只有一組膜，無法形成膜堆，產生的電壓較小，因此發電效率較低。

公布號為CN204334382U的中國專利公開了一種利用太陽能和鹽差能反電滲析法結合發電的系統，將太陽能蒸餾作用與反電滲析發電結合，但由于透光板、海水池以及淡水池組成封閉空間，蒸發產生的水蒸汽在透光板上凝結會影響太陽光到達底部黑色聚光板，同時頂部透光板容易受到灰塵等污染，這會導致太陽能蒸餾效果大幅度下降，無法有效減緩海水和淡水濃度差減小，造成發電效率較低。同時由于太陽能一天中強弱程度不同，產生的濃度差變化大，電能輸出不穩定，難以并網。

我國工業余熱資源豐富，廣泛存在于工業各行業生產過程中，余熱資源約占其燃料消耗總量的17%～67%，其中可回收率達60%，余熱利用率提升空間大，節能潛力巨大，近年來成為推進我國節能減排工作的重要內容。工業余熱由于熱量較低，導致發電效率較低甚至無法發電，在發電行業利用較少，多用于供暖行業。但工業余熱豐富的地區大多電能需求較大，而供暖需求較少，這會導致工業余熱難以得到合理利用，造成能源浪費。

現有的改善反電滲析發電的方法存在以下問題：