当淡水流向海水

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北欧主要的电力公司之一挪威国家电力公司决定在挪威建立“世界上第一座渗透压发电站”，预计2008年底竣工。对于可再生能源，太阳能、风能、潮汐能、地热、水电等人们都耳熟能详，这个“渗透压发电”又是个什么东西呢?没有落差的水，如何发出电来呢?

让我们先来了解一下“渗透压”：假设有两杯水，一杯淡水，一杯盐水，底部用一根管子连通起来。淡水一边没有盐，对于盐水里的盐离子来说，淡水那边是无人居住的旷野，所以纷纷跑到那边去“抢滩”。而对于水分子来说，虽然两边数量相当，但是盐水那边的密度要小一些，所以更倾向于从淡水一侧向盐水一侧游弋。于是，不需要任何外部压力，水分子和盐离子就产生了大规模迁徙，一直到两杯水达到平衡为止。

而如果有“半透膜”这种物质介入，将会出现十分有趣的结果。半透膜类似于门卫或者关卡，能够选择性地拦截住一些物质而让另一些通过，如果我们把一层能够拦住盐离子的半透膜装在盐水和淡水之间，那么盐离子就将无法进入淡水那边，但是水分子依然可以从淡水那边溜到盐水里。宏观上看，就仿佛有一个压力推动淡水往盐水那边跑一样。这样的一个压力，就被称为“渗透压”。由于盐水这边只进不出，淡水那边只出不进，盐水一边的水位逐渐升高而淡水那边逐渐降低，结果产生了水位差来抵抗渗透压的作用。到最后这个水位差足够大，完全抵消了渗透压的时候，通过半透膜两边的水分子达到平衡。这时候的水压差也就可以用来计算盐水的渗透压。如果在盐水的一侧外加一个高于其渗透压的压力，不难想象，盐水一侧的水分子就纷纷游离到纯水一侧，而盐离子却只能留下，这种现象被称为“反渗透”，已经大量应用于海水淡化和废水处理了。

荷兰的范德霍夫推导出了一个公式来计算任何溶液的渗透压，他的公式计算结果与实验测量高度一致。海水通常含有3％左右的盐，这个浓度的渗透压大致相当于300米的水位差。也就是说，如果在淡水和海水之间放置半透膜，那么其间的水压则相当于二百几十米的大坝。

曾经有人设想，在地球上有无数的海滨，多数江河里的淡水最终也流向大海。如果我们在二昔交汇的地方装上半透膜，那么海水的渗透压蕴含的能量就可能田来发电。这样的能源不仅清洁无污染，而且可再生。

这就是“渗透压发电”的原理。这样的原理早在1973年就被出来了，但是其后的二十多年中一直没有大的进展。主要原因就是成本实在太高，而且实际建造中也面临一些工程技术上的困难。1997年，挪威国家电力公司开始进军这一领域。经过十余年的研究，伴随着膜技术的发展，他们认为实际建造透压发电站的时机已经来临，于是在2007年宣布将建造一座容量为2～4千瓦的渗透压模型电站，预计在2008年底完成，算是开始了“渗透压发电”的商业化进程。

挪威国家电力公司开发的渗透压发电站采取的是被称为“压力延迟渗透”的方式。简单来说，就是经过预处理的淡水进入半透膜区域，半透膜另一侧是海水，绝大部分的淡水在渗透压的作用下渗过半透膜，另一部分相当于废液被排掉。透过半透膜后水压大增，目前能够获得的压力可以达到理论值的一半，相当于一百多米的水位差，这些水一部分去冲动涡轮发电，另一部分作为循环水，把海水“压”进半透膜区域。正常运行条件下，半透膜装置能够使用7～10年。还有另一种设计是把膜装置和发电装置修建到海面下一百多米处，这样可以利用海水的自然压力来压入海水，从而大大提高整个体系的运行效率。当然，这种方式需要的修建成本也大大增加了。