當淡水流向海水

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電站”，預計2008年底竣工。對于可再生能源，太陽能、風能、潮汐能、地熱、水電等人們都耳熟能詳，這個“滲透壓發電”又是個什么東西呢?沒有落差的水，如何發出電來呢?

讓我們先來了解一下“滲透壓”：假設有兩杯水，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，雖然兩邊數量相當，但是鹽水那邊的密度要小一些，所以更傾向于從淡水一側向鹽水一側游弋。于是，不需要任何外部壓力，水分子和鹽離子就產生了大規模遷徙，一直到兩杯水達到平衡為止。

而如果有“半透膜”這種物質介入，將會出現十分有趣的結果。半透膜類似于門衛或者關卡，能夠選擇性地攔截住一些物質而讓另一些通過，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”。由于鹽水這邊只進不出，淡水那邊只出不進，鹽水一邊的水位逐漸升高而淡水那邊逐漸降低，結果產生了水位差來抵抗滲透壓的作用。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。如果在鹽水的一側外加一個高于其滲透壓的壓力，不難想象，鹽水一側的水分子就紛紛游離到純水一側，而鹽離子卻只能留下，這種現象被稱為“反滲透”，已經大量應用于海水淡化和廢水處理了。

荷蘭的范德霍夫推導出了一個公式來計算任何溶液的滲透壓，他的公式計算結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于二百幾十米的大壩。

曾經有人設想，在地球上有無數的海濱，多數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含的能量就可能田來發電。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上的困難。1997年，挪威國家電力公司開始進軍這一領域。經過十余年的研究，伴隨著膜技術的發展，他們認為實際建造滲透壓發電站的時機已經來臨，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，預計在2008年底完成，算是開始了“滲透壓發電”的商業化進程。

挪威國家電力公司開發的滲透壓發電站采取的是被稱為“壓力延遲滲透”的方式。簡單來說，就是經過預處理的淡水進入半透膜區域，半透膜另一側是海水，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到理論值的一半，相當于一百多米的水位差，這些水一部分去沖動渦輪發電，另一部分作為循環水，把海水“壓”進半透膜區域。正常運行條件下，半透膜裝置能夠使用7～10年。還有另一種設計是把膜裝置和發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。當然，這種方式需要的修建成本也大大增加了。

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