邓会宁，田明，杨秀丽，何云飞

（1 河北工业大学海洋科学与工程学院，天津 300130；2 河北工业大学化工学院，天津 300130）

引 言

现阶段正面临着不可再生资源的缺乏和日益严重的环境污染等问题，解决这些问题迫切需要寻找代替的清洁能源。盐差能是清洁能源的一种，它是指海水和淡水之间或者两种含盐浓度不同的海水 之间的化学位差能，是以化学能形态存在的海洋能，又被称作“蓝色能源”，主要存在于河海交接处[1]。全球可供利用的盐差能可以达到2.6 TW[2]，中国可利用的能量有0.1 TW[3]，如何利用这巨大的能量一直是科学家们研究的课题。以离子交换膜为核心部件的反电渗析法（RED）发电装置，最早于1954年由Pattle 提出[4]，具有对环境零排放、零污染，蕴藏范围广，能量密度大，工作时间长等优点。相对于另一种盐差能发电装置——基于渗透膜的压力延迟渗透法（PRO），RED 法的能量转化效率和能量密度更高。荷兰于2005年发起了蓝色能源计划[5]，中国关于RED法盐差能的开发利用的研究鲜见报道。

对于RED 的前期研究主要致力于提高系统的功率密度[6-11]。研究发现，降低膜间距可以显著增加RED 过程的输出功率密度[6]，但是，过小的膜间距必然引起流动阻力增大，以及需要更严格的原料水预处理过程以预防流道阻塞。另外，目前研究使用的实验装置大多局限于10 cm×10 cm 的膜堆尺寸[12-14]，Metz 等[5]对膜堆进行放大到25 cm×75 cm的实验发现功率密度明显下降。因此，有必要对RED 系统进行数学模拟，深入理解RED 过程的操作规律，优化过程结构尺寸以获得高功率密度，这对海洋盐差能的规模化利用有重要意义。……