[发明专利]盐差能分级发电系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于盐差能技术领域，具体涉及一种盐差能发电系统和方法。

背景技术

随着人类认识的加深，能源危机和环境污染日益凸显，新能源的开发利用是解决这些问题的必由之路，刻不容缓。盐差能是海水和淡水之间或两种不同浓度的溶液之间的化学电位差能，是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。据估算，我国沿海盐差能资源蕴藏量约为3.9×10¹⁵J，理论功率约为1.25×10⁸kW。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。

其中，蒸汽压法设备庞大、昂贵，虽然其避免使用了昂贵的半透膜，但是随着膜技术的发展其优势逐渐弱化。渗透压能法和反电渗析法的核心是渗透膜。目前采用这两种方法发电的成本都很高，设备投资大；能量转化效率低，能量密度小。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明的目的在于提供一种用于盐差能分级发电系统和方法，通过分级并且在不同的级采用不同的背压，使得半透膜得到更充分的利用，从而减少了因为渗透压沿程衰减而造成的膜的浪费，提高了单位膜面积的发电功率。

为了实现以上目的，按照本发明的另一方面，提供一种盐差能分级发电系统，包括：

多个渗透装置串联形成的多级渗透装置，其中，每个渗透装置包括由多个渗透膜元件并联而成用以将不同浓度的溶液分成高浓度侧和低浓度侧的渗透级；

多个水轮机，其中每个渗透装置的高浓度侧对应一个水轮机，且各水轮机同轴连接，用以驱动发电机工作；

在所述渗透级的高浓度侧和低浓度侧分别通入高溶度溶液和低溶度溶液后，所述渗透级可将渗透压差转变成高浓度侧流体静压，并利用在各渗透级施加的相应大小的背压，即可驱动各水轮机转动进而驱动发电机工作。

作为本发明的改进，所述在各渗透级施加的背压大小根据该级两侧流体平均渗透压的变化同步变化。

作为本发明的改进，所述在各渗透级施加的背压大小为该级两侧流体平均渗透压的1/2。

作为本发明的改进，该系统还包括与各渗透级一一对应的多个压力交换器，每个压力交换器与对应的渗透级的高浓度侧相通，用于回收该级渗透后高浓度侧溶液的压力能，以给进入渗透级高浓度测的新溶液加压。

作为本发明的改进，该系统还包括与每一个渗透级对应的循环泵，用于将每一级渗透装置高浓度侧排出的溶液泵入所述压力交换器。

作为本发明的改进，该系统还包括一个浓盐水泵和一个淡盐水泵，分别用于将高溶度溶液和低溶度溶液泵入第一个渗透级的高压侧和低压侧。

作为本发明的改进，所述系统还包括浓缩装置，其设置在最后一级渗透级的高浓度侧，用于回收经过渗透被稀释的高浓度侧溶液，以用于循环利用。

作为本发明的改进，所述系统中的渗透装置为两个或两个以上。

本发明中，每一级渗透装置都包括由一定数量的渗透膜元件并联而成的渗透级，将不同浓度的溶液分成高浓度侧和低浓度侧，并将渗透压差转变成高浓度侧流体静压。

本发明中，水轮机用于将流体的压力能转化为轴的旋转机械能，还包括一个发电机，其输入轴与水轮机的输出轴相连，将水轮机的机械能转化为电能。水轮机和发电机通过驱动轴相连，其向发电机传递水轮机的驱动力。

本发明中，两个压力交换器，用于回收每一级渗透后高浓度侧溶液的压力能，给进入渗透级高浓度侧的新溶液加压。两个循环泵用于将每一级渗透装置高浓度侧排出的溶液泵入压力交换器；一个浓盐水泵用于将高浓度溶液从浓缩装置泵入第一级压力交换器中，一个淡盐水泵，用于将低浓度溶液泵入第一级渗透装置的低浓度侧；一个浓缩装置用于回收经过渗透被稀释的高浓度侧溶液。

按照本发明的另一方面，提供一种盐差能分级发电方法，包括：

设置由多个渗透装置串联形成的多级渗透装置，其中，每个渗透装置包括由多个渗透膜元件并联而成用以将不同浓度的溶液分成高浓度侧和低浓度侧的渗透级；

在所述渗透级的高浓度侧和低浓度侧分别通入高溶度溶液和低溶度溶液后，并通过所述渗透级将渗透压差转变成高浓度侧流体静压，

在各渗透级施加相应大小的背压，根据上述背压即可驱动与每个渗透装置的高浓度侧对应的水轮机转动，从而驱动发电机工作。

作为本发明的改进，所述在各渗透级施加的背压大小根据该级两侧流体平均渗透压的变化同步变化。

作为本发明的改进，所述在各渗透级施加的背压大小为该级两侧流体平均渗透压的1/2。