什么是滲透發(fā)電技術(shù)?
在世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布的2025年度十大新興技術(shù)中,能源領(lǐng)域的滲透能發(fā)電技術(shù)入選,引發(fā)業(yè)界關(guān)注。滲透發(fā)電技術(shù)是一種利用不同鹽度水體之間的鹽度差來發(fā)電的新型可再生能源技術(shù)。其原理基于滲透現(xiàn)象,即當(dāng)?shù)秃K话胪改し指魰r,淡水會自發(fā)地向海水一側(cè)滲透,產(chǎn)生滲透壓。這種壓力可以驅(qū)動渦輪機(jī)或其他發(fā)電裝置,進(jìn)而產(chǎn)生電能。
目前,滲透發(fā)電技術(shù)主要有兩種:一是壓力延遲滲透(PRO)技術(shù),即通過半透膜引導(dǎo)淡水向高鹽度區(qū)域自然滲透,利用產(chǎn)生的液壓驅(qū)動渦輪發(fā)電。2009年,挪威國家電力公司首個示范項(xiàng)目采用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)滲透發(fā)電,因發(fā)電收益無法覆蓋建設(shè)、運(yùn)維成本,項(xiàng)目最終停止運(yùn)營。2025年8月,日本首座滲透能發(fā)電廠正式啟動,這是繼2023年丹麥滲透發(fā)電廠投運(yùn)之后,全球第二座、亞洲首座同類設(shè)施。
二是反向電滲析(RED)技術(shù)。借助離子交換膜分離正負(fù)電荷,通過離子定向移動直接產(chǎn)生電流。數(shù)百張交替排列的陽離子、陰離子交換膜組成“膜堆”,當(dāng)?shù)c海水交替流過膜堆時,鈉離子、氯離子會穿過交換膜,形成電流。2014年,荷蘭REDstack公司采用該技術(shù)建成了滲透能發(fā)電廠。
滲透發(fā)電技術(shù)具有諸多優(yōu)勢:一是環(huán)境友好,其發(fā)電過程不產(chǎn)生污染,無碳排放,符合綠色能源生產(chǎn)的要求;二是能源供應(yīng)穩(wěn)定,只要江河不斷流,就能實(shí)現(xiàn)24小時不間斷發(fā)電,不受天氣或時間等自然因素影響;三是選址靈活,滲透能發(fā)電廠的理想選址應(yīng)綜合考慮水源、地質(zhì)、土地、基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和社會等多方面因素。
滲透發(fā)電技術(shù)前景廣闊,但也面臨一些挑戰(zhàn),如技術(shù)復(fù)雜性和成本高昂等。目前,全球范圍內(nèi)的研究和開發(fā)工作正在進(jìn)行,包括提高交換膜的選擇性和耐用性,優(yōu)化鹽水和淡水的混合方式,改進(jìn)能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。
(來源:電網(wǎng)頭條客戶端)
長江入海口,一座沒有巨型風(fēng)機(jī)葉片、沒有光伏矩陣的電站正悄然運(yùn)行。控制室內(nèi)閃爍的藍(lán)色指示燈下,工程師注視著屏幕上的數(shù)據(jù)曲線——一條近乎筆直的供電輸出線。這是中國首座商業(yè)化滲透能電站的運(yùn)行實(shí)況,它利用海水與河水的鹽度差發(fā)電,年供電量突破1億度,且24小時穩(wěn)定輸出,不受晝夜陰晴影響。

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藍(lán)色能源:被忽視的河口能量庫
滲透能(又稱鹽差能)的本質(zhì),是大自然對濃度均衡的永恒追求。當(dāng)?shù)c海水在半透膜兩側(cè)相遇,鹽離子會自發(fā)地從高濃度海水側(cè)向低濃度河水側(cè)遷移。通過在膜上構(gòu)建納米級帶電孔道,科學(xué)家成功將離子定向移動轉(zhuǎn)化為電流——這種被比喻為“無聲雷擊”的現(xiàn)象,成為新一代清潔能源的物理基礎(chǔ)。
全球滲透能理論儲量高達(dá)2.6太瓦(1太瓦=10億千瓦),相當(dāng)于2500個三峽電站的裝機(jī)容量。中國坐擁1.8萬公里海岸線及長江、珠江等大河入海口,僅長江口年滲透能潛力即達(dá)3-5太瓦時,相當(dāng)于三峽年發(fā)電量的1.5%-2.5%。在南海強(qiáng)潮汐區(qū)域,鹽差能量密度更可達(dá)20-25瓦/平方米,遠(yuǎn)超早期技術(shù)1瓦/平方米的水平。

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穩(wěn)定性的降維打擊:滲透能 VS 風(fēng)光發(fā)電
1. 自然條件的絕對優(yōu)勢
與風(fēng)光發(fā)電的“靠天吃飯”不同,滲透能具備天然穩(wěn)定性:
無間歇性:河口鹽差永恒存在,不受晝夜、季節(jié)影響
可預(yù)測性:潮汐周期規(guī)律明確,發(fā)電量可精準(zhǔn)測算
高能量密度:先進(jìn)膜材料單位發(fā)電量達(dá)傳統(tǒng)技術(shù)20倍以上
2. 實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對比
法國OsmoRh?ne示范電站的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,滲透能全年有效發(fā)電時長超8000小時,遠(yuǎn)超光伏的1500小時和風(fēng)電的2500小時。中國舟山示范項(xiàng)目采用Sweetch Energy的INOD技術(shù)(離子納米滲透擴(kuò)散),其膜材料成本降至傳統(tǒng)方案的十分之一,配合國產(chǎn)化改進(jìn)后,系統(tǒng)效率提升至50%,度電成本逼近0.6元/千瓦時。

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中國路徑:從膜材料突破到場景創(chuàng)新
1. 核心技術(shù)攻堅(jiān)
中國科研機(jī)構(gòu)在二維材料領(lǐng)域加速突破:
黑龍江大學(xué)開發(fā)出“能帶結(jié)構(gòu)匹配的半導(dǎo)體納流體”技術(shù),實(shí)現(xiàn)光-電-離子協(xié)同轉(zhuǎn)換
清華大學(xué)研發(fā)氧化石墨烯復(fù)合膜,離子選擇性提升300%
中科院團(tuán)隊(duì)攻克黏土礦物/石墨烯復(fù)合膜技術(shù),兼具高性能與低成本優(yōu)勢
2. 應(yīng)用場景創(chuàng)新
離島水電聯(lián)產(chǎn):在永興島等南海島嶼,50MW級電站同步供電與海水淡化,替代高污染柴油發(fā)電機(jī)
河口生態(tài)矩陣:長江口電站與潮汐能、海上風(fēng)電組成混合系統(tǒng),海域資源利用率提升30%,且零壩體設(shè)計(jì)保障魚類洄游
工業(yè)廢水增值:山東威海項(xiàng)目將高鹽廢水處理與滲透能發(fā)電結(jié)合,額外創(chuàng)造18% 收益
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納米級革命:三個原子厚的能源引擎
滲透能的核心競爭力在于膜材料。瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)開發(fā)的二硫化鉬(MoS?)薄膜僅0.65納米厚(相當(dāng)于三個原子),其表面帶負(fù)電的納米孔可精準(zhǔn)篩選正離子通過,實(shí)現(xiàn)單向電流生成。

滲透能工作原理:含納米孔的薄膜隔開鹽度不同的水體,離子定向移動產(chǎn)生電流(示意圖來源:Nature 2016)
這種超薄膜的能量密度可達(dá)1兆瓦/平方米——2000倍于太陽能理論極限值。中國團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步優(yōu)化孔結(jié)構(gòu),在閩江口試驗(yàn)中使單價陽離子傳輸速率提升至傳統(tǒng)膜的6倍,推動發(fā)電效率突破35%。
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千億賽道啟航:藍(lán)海中的挑戰(zhàn)與機(jī)遇
中國滲透能產(chǎn)業(yè)正按“示范-集群-矩陣”三步走戰(zhàn)略推進(jìn):
近期目標(biāo)(2025-2030)
在舟山、深圳建設(shè)5-10MW級電站,實(shí)現(xiàn)離子交換膜成本下降40%(至80元/平方米),累計(jì)裝機(jī)達(dá)50MW
中期規(guī)劃(2030-2035)
長三角、粵港澳形成100MW級電站群,技術(shù)國產(chǎn)化率超70%,滲透能占沿海可再生能源裝機(jī)比重提升至3%
遠(yuǎn)期愿景(2035后)
開發(fā)南海遠(yuǎn)海鹽差資源,與浮動光伏、波浪能構(gòu)建“海洋能源矩陣”,年發(fā)電量超200太瓦時,支撐“雙碳”目標(biāo)下10% 的綠電需求

仍需突破的瓶頸包括:
膜污染控制:微生物附著導(dǎo)致效率衰減
電網(wǎng)適配:沿海電網(wǎng)需升級±500kV柔性直流輸電技術(shù)
生態(tài)監(jiān)測:建立AI鹽度預(yù)測系統(tǒng),控制河口鹽度波動≤5%
結(jié)語:靜默的能源革命
當(dāng)長江口的首座電站將1億度綠電輸入電網(wǎng),中國能源地圖上悄然浮現(xiàn)出新的坐標(biāo)。這里沒有旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)葉片,沒有閃爍的光伏矩陣,只有水流穿過納米孔道的靜默奔涌——一種與自然韻律深度共鳴的永恒能量。

隨著2025年國家滲透能專項(xiàng)規(guī)劃落地,50億元研發(fā)基金將注入這條賽道。未來十年,從舟山群島到曾母暗沙,藍(lán)色能源網(wǎng)絡(luò)將編織成中國沿海最穩(wěn)定的清潔電源。當(dāng)海水與河水在膜間永恒共舞,人類第一次獲得了與日月同輝的能源節(jié)奏——不追趕陽光,不捕風(fēng)捉影,只在鹽與水的平衡中,汲取文明的永續(xù)動力。
在南海某島嶼的指揮中心,電站管理員關(guān)閉了柴油發(fā)電機(jī)的最后一道閘門。大屏上,滲透能供電曲線如靜水深流般穩(wěn)定延伸,窗外海水湛藍(lán)——那里有取之不盡的“燃料”,正等待膜材料與納米孔道的下一次對話。
(作者:軍情兵略)

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