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新能源加快海水淡化進程

瀏覽次數:13826來源:中國海洋工程裝備網編輯:龐曉宇時間:2013-11-27

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  據報道,國內首個太陽能光熱海水淡化商業示范項目日前在海南投產,此項目由國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所提供技術支持,標志著我國光熱海水淡化技術取得重大突破。

  事實上,利用沿海或海島地區豐富的可再生能源替代傳統能源進行海水淡化,是前途十分廣闊的發展方向。

  海水淡化是人類追求了幾百年的夢想。早在400多年前,英國王室就曾懸賞征求經濟合算的海水淡化方法。從20世紀50年代以后,海水淡化技術隨著水資源危機的加劇得到了加速發展。

  海水淡化的本質是“以能源換水源”。然而,海水淡化產業是能耗密集型產業,利用傳統能源進行海水淡化出現了資源短缺、環境污染等問題。近年來,風電、太陽能、海洋能等可再生能源由于其可再生性、無污染等特點,受到世界各國研究機構的重視。可再生能源海水淡化也逐漸走進了人們的生活。

  風能海水淡化產業化程度最高

  風能利用是一項技術發展最為成熟、產業化程度最高的可再生能源技術。風能海水淡化主要有兩種形式:風電海水淡化(分離式);風力直接驅動海水淡化(耦合式)。分離式是先將風能轉化為電能,然后再驅動脫鹽單元進行海水淡化。耦合式是將風能轉化的機械能直接用于驅動脫鹽單元進行海水淡化。兩者都必須采用相關的調節裝置解決風能的波動性問題。分離式海水淡化的風電可以并入電網,也可以不并網作為獨立能源直接為海水淡化廠供電。

  美國GE公司對這兩種供電方式的風電海水淡化廠進行了系統的理論和實體模型研究,表明風力發電并入電網式的海水淡化廠成本更低。

  風電的重要特點是其隨機性(不連續性),風電并網后,會對電網產生負面影響。同樣,即使風電不并網而直接為海水淡化廠供電,其淡水產量也不穩定,難以保證城市的穩定可靠供水。解決方法主要有:蓄水池法、電池法、抽水蓄能法等,其中第一種方法最為常用。

  我國的內陸山區、海島及沿海地區均擁有豐富的風能資源(年平均風速可達5米/秒以上),如果該地區淡水資源匱乏,有進行海水或苦咸水淡化的需求,風能海水淡化就可以同時解決淡水和能源的供應問題。特別是近年來風力發電技術和海水淡化技術的進步,使得風能海水淡化技術在世界范圍內得到了越來越廣泛的應用,并取得了許多有價值的研究成果。

  太陽能海水淡化更適合海島、平臺

  利用太陽能進行海水淡化,主要是利用太陽能的熱效應和光效應。熱效應是直接利用太陽能作為熱源加熱海水蒸餾;光效應是利用太陽能發電驅動海水脫鹽。

  太陽能與多效蒸餾法的結合是利用太陽能的熱效應,使用高效的集熱器收集盡可能多的太陽能,替代傳統能源加熱海水。

  前不久,國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所與上海驕英能源科技有限公司合作,在海南省樂東縣自主建造完成國內第一個太陽能光熱海水淡化商業示范工程項目。該系統模仿“向日葵”自動調整設備角度,實現太陽能光熱輸出中溫高品質蒸汽,對海水進行多級蒸餾淡化,從而得到較低成本的蒸餾水。該項目太陽能集熱與海水淡化工藝優化,自動化程度高,同步響應快,運行穩定,可無人值守。

  光伏技術和海水淡化技術的結合,主要是利用太陽能發電后驅動海水淡化系統產生淡水,具有不受有無電源困擾、運行成本低廉、無污染、無噪音等特點。研究表明,太陽能較之柴油供電海水淡化系統效益明顯,成本僅為柴油的29.4%(10年運行費用之比),按太陽能光伏電池使用壽命20年計算,成本僅為柴油的17.6%;按0.5元/升銷售淡水,太陽能海水淡化系統的初期投資只需1.5年即可回收。

  國外太陽能海水淡化技術已有發展,過去幾十年內,建造了大量的太陽能海水淡化系統,部分仍在運行。目前,受光熱光伏轉換效率以及占地等因素的限制,太陽能海水淡化只適合沒有電、油,淡水需求量小的島嶼、海洋移動平臺等。

  海洋能海水淡化是新的研究方向

  海洋能是指依附在海水中的可再生能源,主要包括了潮汐能、波浪能、溫差能等。全世界海洋能的儲存量非常可觀,其中溫差能和鹽差能的總體儲量最大,均為100億千瓦級,而波浪能和潮汐能的儲量也分別為10億千瓦級。

  波浪能是指海洋表面波浪所具有的,在風的作用下產生的,并以位能和動能的形式由短周期波儲存的機械能。波浪發電是波浪能利用的主要方式。波浪發電的原理主要是將波力轉換為壓縮空氣來驅動空氣透平發電機發電。波浪能海水淡化系統一般包括波能捕獲、能量轉換和海水淡化三部分。波能捕獲裝置吸收波浪能并將其轉換成為有規則運動形態(如直線運動或圓周運動)的機械能,再通過能量轉換裝置將機械能轉換成為穩定的電能或其他形式的可用能,然后再與適合的海水淡化設備相耦合,最終實現淡水生產和能源供給。

  印度國家海洋開發部最早提出了振蕩水柱式波浪能海水淡化,該系統先將波浪能轉換為電能,然后用電機驅動反滲透海水淡化裝置。該系統目前還在運行當中,是目前全世界運行較好的波浪能海水淡化系統。該系統每天能產淡水14.4至21.6立方米,產水質量達到飲用水標準。國內中科院廣州能源所也進行了波浪能海水淡化的研究。

  海洋溫差能又稱海洋熱能,是利用海洋中受太陽能加熱的暖和的表層水與較冷的深層水之間的溫差進行發電而獲得的能量。它具有不存在間歇、受晝夜和季節的影響較少等優點。目前,海洋溫差能主要用于發電,以海洋受太陽能加熱的表層海水(25~28℃)做高溫熱源,而以500~l000米深處的海水(4~7℃)做低溫熱源,用熱機組成的熱力循環系統進行發電。

  海洋溫差能利用系統所需的冷海水需要從500~1000米的深海獲得,這就大大增加了系統投資及維護成本,在一定程度上也限制了商業化的發展。

  延伸閱讀

  多能互補海水淡化可提高系統穩定性

  太陽能、風能、海洋能等可再生能源具有間歇性和不穩定性的特點,而這些可再生能源在空間和時間上一般都具有較好的互補性,因此多能互補的海水淡化技術,能有效降低依靠單一資源所造成的能源供給不足,提高系統的穩定性和經濟性。

  2013年8月,國家海洋局海水淡化與綜合利用研究所自主設計建造了集風能、太陽能、柴油機三種能源形式、反滲透海水淡化及智能控制技術為一體的多能互補的海水淡化系統。該系統風電、光電、柴油發電可獨立或聯合向海水淡化裝置提供電力,為海水淡化裝置連續運行提供了保障。

  此外,考慮到海島自然環境惡劣,整套裝置集成安裝于集裝箱內,便于實現整體運輸和現場吊裝,調試后可快速投產運行。在風、光都沒有的情況下,該裝置仍可連續運行約4小時。

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