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大海说,太阳能淡化我

   时间:2009-09-15 16:04:00     浏览:996127    评论:0    
核心提示:■ 新闻背景我国的缺水状况据世界银行提供的数据,我国年人均水资源拥有量约为2151立方米,这只有世界平均水平的四分之一,是世界上人均拥有水资源量最低的国家之一;而北方人均水资源拥有量每年只有757立方米,不到南方的四分之一,约为世界平均水平的十一分之一,低于通常界定为水稀缺的阈值水平1000立方米。太阳能海水淡

■ 新闻背景

我国的缺水状况

据世界银行提供的数据,我国年人均水资源拥有量约为2151立方米,这只有世界平均水平的四分之一,是世界上人均拥有水资源量最低的国家之一;而北方人均水资源拥有量每年只有757立方米,不到南方的四分之一,约为世界平均水平的十一分之一,低于通常界定为“水稀缺”的阈值水平1000立方米。

太阳能海水淡化工程在能源紧缺的未来具有很强的竞争优势

太阳能是用之不尽、取之不竭的可再生能源,清洁无毒且无环境污染,而缺水干旱的地区,往往都是太阳能资源丰富的地区;在太阳能辐射强烈的季节,也正好是需求淡水最多的季节。因此,利用太阳能海水淡化不失为一项利国利民并有利于环境的工程。

从地理环境上看,我国非常适合发展太阳能海水淡化,因为我国海岸线总长度为3.2万公里,其中大陆海岸线1.8万公里,岛屿海岸线1.4万公里。另外随着全球气候变化,我国缺水的情况越发严重,于是,如何向大海“要”淡水,没有热源的海岛获取淡水成了一个问题。

“采集”太阳能热值能力:必须突破的瓶颈

进行海水淡化,获得可饮用的淡水,需要能源,在石油、煤炭等不可再生能源供应日趋紧张,污染严重的形势下,包括中国在内的世界各国,都把眼光投向了清洁、可再生的太阳能。

太阳能可以替代传统的化石能源,用于预热海水和生产蒸汽,但太阳能为稀薄、低密度的能源,想用太阳能进行海水淡化,一个必须解决的关键难题是海水的进口温度、流量等技术问题。此外,常见的太阳能海水淡化系统以蒸馏法为主,也存在一般采用自然对流,热效率不高;水蒸气未被充分利用,造成能量损失等问题。

重重技术难题,造成了目前传统的太阳能海水淡化装置的产水效率不高,年产淡水率仅约为1000公斤/平方米,利用太阳能作为海水淡化的能源还不具有竞争力。此外,由于太阳能集热器方面的成本投资高,也相应提高了单位水量的成本投入,造成太阳能海水淡化系统一方面是产水率较低,另一方面成本投资较大,成为制约太阳能海水淡化大规模产业化发展的缺陷。

于是,提高设备“采集”太阳能热值能力,加速海水蒸发效率,成为太阳能海水淡化必须攻克的技术瓶颈。

运行成本:吨水投资不高于20元

我国研发的HM/HD型太阳能海水淡化是利用太阳能提供热源,在海水或苦咸水中提取淡水的技术和装置。该装置利用太阳能空气集热器和防腐集热器共同提供淡化海水热源。

该装置的工作流程,首先是由空气集热器得到的高温空气通过加湿装置,而加湿装置里的海水由纳米塑料集热器加热,从而热水和高温空气充分接触,使得海水蒸发,得到高湿高温空气,此过程加湿率可达到90%以上;高温高湿的空气通过冷凝器,利用海水的冷量将淡水冷凝出来,从而在淡水箱中得到达标的淡水。

HM/HD型太阳能海水淡化系统,采用蒸馏方法进行海水淡化,采用了大规模的真空管空气加热器作为热源,不同于传统工艺,节约了大量的热耗、能源损耗和运行成本。由于采用了合理的强化传热传质措施,空气集热器输出热空气的高性能,在产水率上,相对于一般的太阳能海水淡化装置有一定程度的提高,而单位成本的投资水平基本与传统工艺持平,即每吨水的投资不高于20元。此外,由于在系统中只有水泵与风机系电能驱动设备,相应电能消耗较小,每吨淡水的能耗不高于3千瓦时。

其他优势:有利于能源偏远地区使用

HM/HD型太阳能海水淡化系统,除了在能量效率上有显著优势,安全可靠、耗电量小外,还具有其他多种优点,如系统模块化,安装便捷;系统常压运行,无易损件,无真空设备,运行安全稳定;采用加热加湿方式,出水量大,水质清洁达标;系统防腐等级高,寿命长等;可尽量减少单位集热面积的产水量成本,由于设施简单,流程简捷,便于使用和维修,维护工作量小,有利于在海岛以及沙漠、戈壁等缺少其他能源的偏远地区使用,环保节能。

■ 专家圈点

“还有很长的路要走”

孟宪淦(中国可再生能源学会秘书长)

利用真空管空气集热器的太阳能海水淡化的原理是太阳能提供热能进行蒸发,最后获得淡水,其实就是把海水淡化中的传统热能替换成太阳能,看似简单,但关键是效率的提高。

因为要提供热源来蒸发海水,自然是温度高一些好,目前国内普遍出现的真空集热管都是低温(低于80℃)的,产生热水用于洗澡等,但对海水淡化来说,这样的温度还是不够,效率不高;必须加紧研究中温,即高于100℃的集热管。当然,如果是高温集热管,温度高达400—500℃,可用于太阳能发电了。因此,海水淡化效率的提高,必须从集热管研究做起,做高集热或中温集热管的设计、研制……

国内外有很多岛屿没有淡水,但又没有热源,运输煤炭、石油等一次能源不但极其不方便,而且会遇见风浪等突发不利因素,用其他能源方式很难,太阳能海水淡化解决了这个难题,项目很好,但问题和难度是发热的效率低。如集热面积要很大,每天仅能供应7—8公斤/平方米的热水,集热面积大还会造成需抗台风、不耐腐蚀等问题;传统的海水淡化利用锅炉的余热,能量的供应连续不断,但太阳能不稳定,有时候有太阳光照,有时候又没有;太阳能海水淡化成本目前还是比较高,大规模利用,尤其是要把淡水通过城市管网运输成本大,经济性较差,因此,除了高集热或中温集热管的设计、研制外,还需要研究其他综合配套技术。

目前国外的太阳能海水淡化技术,也没有大规模的应用,整个产业和研究都是新的,虽然相关技术获得了一定的突破,但距离大规模的产业化,还有很长的路要走。

太阳能海水淡化作用巨大

黄鸣(皇明太阳能集团有限公司董事长)

随着真空管集热器等太阳能利用核心技术和设备进一步深入的研究与发展,不断完善工艺流程,太阳能海水淡化工程在能源紧缺的未来具有很强的竞争优势。

太阳能海水淡化不仅能有效解决水资源缺乏地区的饮水困难问题,还节能、环保。此外,空气热源不单单可以与海水淡化进行结合,获取淡水,还可以在太阳能干燥、供暖等方面发挥独到作用。如年推广量达2万平米,年可节约煤炭约300万吨,并减少温室气体的排放,减轻对于环境的破坏。

■ 相关链接

太阳能海水淡化发展现状

海水淡化是当今世界竞相研究的高新技术。美、法、日及以色列等国的技术已经非常发达,而且已形成相应的海水淡化产业。中国海水淡化技术水平与国外相比仍有较大差距,相关的研究虽然起步较早,但水平低、技术创新能力较差,海水淡化所需的反渗透膜仍依赖进口,蒸馏法海水淡化技术则仍处于工程示范阶段,海水淡化装置总体设计水平和系统集成优化的水平也比较低。目前世界上有数以千计的海水淡化工程,每天大约生成2750万立方米的海水或苦咸水,但这仅占世界淡水消费的3%。

近年来,由于太阳能集热器技术的发展,太阳能集热器与常规海水淡化装置的联合运行是研究的热点。科威特等国家已经做出了有益的尝试,但已有的装置普遍存在效率不高的问题。目前常见的太阳能海水淡化系统以蒸馏法为主,也存在一定问题,如一般采用自然对流,热效率不高;水蒸气未被充分利用,造成能量损失等。

■ 延伸阅读

海水淡化技术的种类

目前我国国内有大量高等院校、研究所及公司投入到这一具有广阔发展前景的研究领域当中,做了大量的研究工作和实验,针对几种较为成熟的海水淡化方式进行了充分的研究。另外很多家公司也都在利用膜法和热法进行海水淡化方面的研究和生产,相应产品技术比较成熟,也已经建成了不少的典型工程。

对于传统的海水淡化技术若按照运行原理进行区分,大致可分为两类:相变过程,包括多级闪蒸(MSF)、多效沸腾(ME)和蒸汽压缩(VC);渗析过程,包括反渗透膜法(RO)和电渗析法(ED)。其中对于多级闪蒸(MSF)和多效沸腾(ME)技术主要是采用蒸汽作为热源,多与电厂结合、抽取蒸汽制造蒸馏水。蒸汽压缩(VC)技术是利用热泵蒸发技术,它仅使用电能,应用对象主要是没有热源的岛屿地区。渗析膜法主要指反渗透(RO)技术,它是利用半透膜,在一定压力下允许水透过而使盐分和杂质截留,产生淡水的技术。

据悉,目前世界上海水淡化工程数以千计,每天大约2750万立方米的海水或苦咸水变成淡水。目前,海水淡化大规模的工程成本为1美元/立方米,小型的海水淡化工程的成本从1美元—3美元/立方米不等,随着海水淡化工程成本的降低,淡水生产量逐渐增加。

 
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