海水淡化領(lǐng)域新能源的應(yīng)用

1、新能源在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用海水淡化是能M密集型產(chǎn)業(yè)，使用化石燃料在帶來能源的同時(shí)也帶來巨大的環(huán)境隱患，開發(fā)利用新能源進(jìn)行海水淡化具有現(xiàn)實(shí)意義。 主要應(yīng)用：風(fēng)能、核能、 太陽能、波浪能、潮汐能、液 化天然氣（LND）、熱能、生物質(zhì)能、海洋溫差等。.風(fēng)能海水淡化海上風(fēng)資源豐富，具有風(fēng)速大、相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，風(fēng)能是海水淡化的重要能源選擇。國際上利用風(fēng)能進(jìn)行海水淡化的國家主要有西班牙、希臘、墨西哥、英 國、澳大利亞、荷蘭等（如表1.1 所示）。據(jù)國家氣候中心測(cè)算，我國陸地上離地 面10m高度層風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)M為 2.548 TW , 在一些風(fēng)能資源豐富，淡水 資源匱乏的地區(qū)，特別是一些脫離大陸電網(wǎng)的

2、孤島地區(qū)非常具有優(yōu)越 性。表1.1風(fēng)能海水淡化示范工程不完全統(tǒng)計(jì)地點(diǎn)水脫鹽技術(shù)建成年份規(guī)模/m 1*dS裝機(jī)容M煙法國 LflstourB海水RO20025“臘海水RO20013.126 9 （風(fēng)電）/3*% （光伏）希臘Palms海水RO20022735以色列Maagfm苦咸水1999J0.6諷電）/3. 5 （光伏）田永海水RO198625H西班牙 Gran Canaria海水200419-215西班牙TenerA海水2002200200英國 LAughbtnouAh海水2003122.5美國OahuAi海水R020024 m希 BS Therasta ft海水RO1997兒815英倒CR

3、EST海水R02003122.5西班牙 Fuerteventura 島海水RO1995642方f鳳電）/160 （柴油）P Lj吐才 Los Moriscos苦咸水R01984200希臘 Divpanon海水RO199525中國小黑山島苦咸水ED1992245風(fēng)能海水淡化技術(shù)風(fēng)能海水淡化主要有兩種形式：（1）風(fēng)電海水淡化（分離式）；（2）風(fēng)力宜接驅(qū)動(dòng)海水淡化（耦合式）。分離式是先將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，然后再驅(qū)動(dòng)脫鹽單元進(jìn)行海水淡化。耦合式是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化的機(jī)械能宜接用于驅(qū)動(dòng)脫鹽單元進(jìn)行海水淡化。兩者都必須采用相關(guān)的調(diào)節(jié)裝路解決風(fēng)能的波動(dòng)性問題。分離式海水淡化的風(fēng)電可以并入電網(wǎng)，也可以不并網(wǎng)作為獨(dú)立能源

4、宜接為海水淡化廠供電。最近，美國GE公司對(duì)這兩種供電方式的風(fēng)電海水淡化廠進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和實(shí)體模型研究，表明風(fēng)力發(fā)電并入電網(wǎng)式的海水淡化廠成本更低。風(fēng)電的重要特點(diǎn)是其隨機(jī)性 （不連續(xù)性），風(fēng)電并網(wǎng)后，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)面影 響。同樣，即使風(fēng)電不并網(wǎng)而宜接為海水淡化廠供電，具淡水產(chǎn)M也不穩(wěn)定，難以保證城市的穩(wěn)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，以第一種方法為主。最近，德國著名風(fēng)電公司Enercon設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出以反滲透海水淡化技術(shù)為基礎(chǔ)的新型可變負(fù)荷運(yùn)行的風(fēng)電海水淡化裝絡(luò) （工作原理如圖1.1所示），成功地解 決了因風(fēng)電不穩(wěn)定而在獨(dú)立為海 水淡化系統(tǒng)供電上的限制。其成果和創(chuàng)新主

5、要集中在兩個(gè)方面：一是新型高效的能M回收裝絡(luò)；二是負(fù)載功率和產(chǎn)水M可連續(xù)調(diào)節(jié)。該項(xiàng)技術(shù)顯著降低了海 水淡化的能耗和成本，同時(shí)也大大降低了風(fēng)電獨(dú)立海水淡化的難度和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)已經(jīng)在挪威Utsira進(jìn)行了運(yùn)行測(cè)試。drindingsea waler intake1.1 德國恩那康公司海水淡化設(shè)備工作原理1.2 目前工程應(yīng)用實(shí)例1.2.1 西班牙加那利群島海水淡化系統(tǒng)Canary Island )加那利群島位于非洲西北，大西洋東部，由13 個(gè)火山島組成，面積7273 km ， 人口約 200萬，是著名旅游勝地。全境屬亞熱帶地中海式氣候，年平均降水量為300 mm ,蒸發(fā)量高，海水淡化是島上日常淡

6、水的主要來源。從20 世紀(jì) 60 年代以來，全島共建有采用不同技術(shù)的海水淡化廠34 座，其中反滲透法30 座，蒸餾法 3 座，電滲析法 1 座。截至2001 年，最大日淡化能力達(dá)331800 m 3。21 世紀(jì)初，在歐盟的資助下，興建一座獨(dú)立風(fēng)電海水淡化廠，對(duì)比研究三種不同的海水淡化技術(shù) （RO 法、壓縮蒸汽法和電滲析法）對(duì)風(fēng)電波動(dòng)性和隨機(jī)性的適應(yīng)性問題，表明三種技術(shù)都可用于獨(dú)立風(fēng)電海水淡化，其中RO 在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上最佳。RO 法共采用八組RO 系統(tǒng)，每套R(shí)O系統(tǒng)產(chǎn)水能力為25 m 3/d 。該系統(tǒng)一個(gè)重要特點(diǎn)是它不需要柴油發(fā)電機(jī)、電池、抽水蓄能等常規(guī)儲(chǔ)能裝路或設(shè)備 來平衡和消除風(fēng)電的隨機(jī)性和

7、波動(dòng)性的影響，只需配備一定轉(zhuǎn)動(dòng)慣M的飛輪來抑制風(fēng)機(jī)輸出功率的快速波動(dòng)，系統(tǒng)即可正常運(yùn)行。整個(gè)獨(dú)立電網(wǎng)由兩臺(tái)230 kw 的 風(fēng)機(jī)供電，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動(dòng)風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)開始啟動(dòng)，并優(yōu)先加速飛輪。同步電機(jī)與飛輪一起為獨(dú)立電網(wǎng)提供基本頻率保證。當(dāng)電網(wǎng)頻率達(dá)到52 Hz 時(shí)，若風(fēng)機(jī)輸出功率足夠大，將啟動(dòng)第一組RO 系統(tǒng)；若發(fā)電功率仍足以支撐另一組RO 系統(tǒng) , 則啟動(dòng)下一組RO 系統(tǒng)； 依次類推，直到所有RO 系統(tǒng)都已投入運(yùn)行。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，若風(fēng)電輸出功率過剩，則優(yōu)先通過加速飛輪蓄能；其次是調(diào)整迎風(fēng)角 以降低發(fā)電輸出功率。若風(fēng)電輸出功率仍過大，則關(guān)閉其中一臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組。當(dāng)風(fēng)速降低時(shí)，首先通過變槳增加

8、風(fēng)機(jī)輸出功率；若輸出功率仍偏小，則利用飛輪儲(chǔ)能進(jìn)行彌補(bǔ)。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速低至電網(wǎng)最低頻率48 Hz 時(shí)，若風(fēng)機(jī)輸出功率仍不能維持已連接RO 系統(tǒng)正常運(yùn)行，則關(guān)閉其中一組RO 系統(tǒng)；若還不能實(shí)現(xiàn)功率平衡，則繼續(xù)關(guān)閉更多組RO 系統(tǒng)，直到所有RO 系統(tǒng)均已停止運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用以上運(yùn)行策略的獨(dú)立風(fēng)電RO 海水淡化系統(tǒng)在不進(jìn)行能量回收情況下單位產(chǎn)水耗電量為7.5 kWh/m 3 。1.2.2 挪威阿奇若島（Island of Utsira） 風(fēng)力海水淡化系統(tǒng)挪威 Utsira 島風(fēng)力發(fā)電廠可能是目前世界上惟一的獨(dú)立于電網(wǎng)的大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，建于2004 年， 由德國恩那康公司設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)由四組反滲

9、透膜（RO-Unit） 組成， 每組產(chǎn)水能力為7.5-15m3/h,系統(tǒng)最大產(chǎn)水能力為1440 m3/d。因系統(tǒng)采用Enercon專門設(shè)計(jì)的能M回收裝路， 產(chǎn)水耗電 量為 2-2.8 kWh/m 3。整個(gè)系統(tǒng)包括：Enercon風(fēng)機(jī)；柴油發(fā)電機(jī)組;（3）主同步裝路； 于掘制頻率的飛輪蓄能裝路；（5）蓄電池裝路。柴油發(fā)電機(jī)組主要用于當(dāng)風(fēng)速波動(dòng)過大或風(fēng)速過小而供電不足時(shí)保證電廠的正常供電。主同步裝路和飛輪蓄能裝路則盡可能減少柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)。一般主同步裝路和飛輪蓄能裝路可保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，不需柴油發(fā)電機(jī)組投入工作。對(duì)于引起風(fēng)機(jī)功率快速波動(dòng)的陣風(fēng)，飛輪儲(chǔ)能裝路可以起到穩(wěn)定電網(wǎng)的作用。蓄電池裝路主要

10、用于平衡長周期的供電用電不匹配。當(dāng)用水（或用電）低谷時(shí)，多余的電用來為蓄電池裝路充電；而當(dāng)用 水（或用電）高峰時(shí)，僅靠風(fēng)力發(fā)電不能滿足供電要求蓄電池 裝路會(huì)自動(dòng)放電進(jìn)行 功率補(bǔ)充。除了蓄電池裝路之外，作為試驗(yàn)，Utsira島風(fēng)力發(fā)電廠還安裝了一套 電解槽裝路。當(dāng)風(fēng)電過剩時(shí)，富余電力用于電解制氫，用于低風(fēng)速時(shí)段發(fā)電。整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜，由一套能源管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。各部件的運(yùn)行狀態(tài)信息會(huì) 及時(shí)傳送到遠(yuǎn)在德國奧爾赤（Aurich ）的Enercon公司控制中心，由該中心根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行必要的調(diào)整和管理。 1.2.3澳大利亞珀斯風(fēng)能海水淡化廠珀斯海水淡化廠2006年底竣工，2007年初投

11、入使用，是澳大利亞第一個(gè)大規(guī)模海水淡化裝 路。日最高產(chǎn)水M 14.4萬噸，占珀斯市供水總M的17%。使用 可再生能源風(fēng)能作為能源，成為全 球最大的使用清潔能源的海水淡化工廠，為全球樹立了 一個(gè)新標(biāo)桿。工廠依據(jù)位于珀斯北部 200公里的Emu Dow ns風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)的發(fā)電M決定其電力需要。83兆瓦的風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)包含48臺(tái)風(fēng)輪機(jī)，每年為風(fēng)力網(wǎng)貢獻(xiàn)272吉瓦時(shí)電 力，預(yù)計(jì)每年能為珀斯海水反滲 透設(shè)備充分補(bǔ)償180吉瓦時(shí)的電力要求。止匕外，用于連續(xù)監(jiān)控設(shè)備排放M的儀器會(huì)在流M超標(biāo)的情況下自動(dòng)關(guān)閉工藝流程。該設(shè)備共有12組一級(jí)通道產(chǎn)M為160,000 m 3/d的海水反滲透機(jī)組以及 6組最終產(chǎn)品 流M為144

12、,000 m3/d的BWRO機(jī)組，擁有世界上最低的能源消耗率，這部分得益于美國能源回收公司的 （ERI）PX壓力交換器能M回收裝路的使用。據(jù)悉，PX技術(shù)為珀斯海水淡化反滲透設(shè)備節(jié)約15.6兆瓦的能量。表1.2珀斯項(xiàng)目實(shí)際情況一覽表一級(jí)通道的總?cè)軲 （ PX的樁基容M）160,000 m 3/d （350萬加侖）滲透水容M144,000 m 3/d （350萬加侖）SWRO設(shè)備處理能力13,500 m 3/d （350 萬加侖）SWRO設(shè)備數(shù)膜水回收率SWRO能耗工廠能耗總M效率SWRO發(fā)電光熱海水海親/苦威親多級(jí)閃蒸（MSF） 直接平板蒸館光伏海水/苦咸水反滲透1243%32.32 kwh/

13、m 33.2-3.5 kwh/ m 396.7%2.9億美元風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)偏移1.3風(fēng)力海水淡化的前景海水淡化是高耗能產(chǎn)業(yè)，海水淡化的遠(yuǎn)景規(guī)劃應(yīng)與能源的遠(yuǎn)景規(guī)劃，尤其是 海上風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃協(xié)調(diào)制定。將風(fēng)力系統(tǒng)與反滲透系統(tǒng)相結(jié)合是目前比較成功的風(fēng)力海水淡化案例。海水淡化反滲透膜是海水淡化廠成本的重要組成部分，這方面我國研究和生產(chǎn)水平與國外有很大差距。國外的經(jīng)驗(yàn)表明，海水淡化成本與海水淡化廠規(guī)模密切相關(guān)。大規(guī)模海水淡化廠（日產(chǎn)水大于10萬m3）可顯著降低產(chǎn) 水成本。在原理與工藝試驗(yàn)取得成功后，首先在具有1000-10000 人的缺乏淡水水源、依靠柴油發(fā)電的海島建設(shè)小型獨(dú)立風(fēng)電海水淡化廠。取得經(jīng)驗(yàn)后再在沿海

14、一帶建一座具有一定規(guī)模的獨(dú)立風(fēng)力海水淡化廠。2.太陽能海水淡化太陽能海水淡化系統(tǒng)實(shí)際上是將太陽能利用裝路和傳統(tǒng)海水淡化裝路相結(jié)合，用太陽能代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源供給海水淡化裝路所需能比較有前途的結(jié)合方式如表2.1所示。表2.1太陽能海水淡化的方式冬效海水由國外已建成、并使用的可再生能源海水淡化項(xiàng)目可見，有相當(dāng)部分系統(tǒng)使 用了太陽能（表所示)。雖然受自然條件限制較大、初期投資高、經(jīng)濟(jì)性仍不夠理想，但由于技術(shù)成熟、系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行、不受電力和蒸汽的限制、無污染、可隨機(jī)組合、適應(yīng)性強(qiáng)，因此對(duì)于電力和蒸汽缺太陽能海乏的海島或沙漠地區(qū), 水淡化或苦咸水淡化具有競(jìng)爭(zhēng)力。表2.2太陽能海水淡化系統(tǒng)1端k比掩水MEDR0

15、ROSOiif/d(3+2)m1嘶加i984g$/n?西卿國神塑亞大學(xué)他 PV19906陽of23.5kVpPVIWI咖謹(jǐn)業(yè)ROWihMED 3m/dRO3M3%R pyo.6訓(xùn)山 T3kW倚M履軸器PVJkW W/T1997四概1刪20023.s悔Tit宜接法是將集能部分和脫鹽部分結(jié)合，間接法太陽能海水淡化可以分為宜接法和間接法。路的關(guān)鍵技術(shù)是提高系統(tǒng)能源則分開。間接法主要是蒸儲(chǔ)和反滲透太陽能海水淡化裝路。蒸偏裝利用率。反滲透裝路主要研究為光伏發(fā)電海水淡化，關(guān)鍵技術(shù)是研發(fā)低成本電池材料和解決太陽能供電穩(wěn)定性。太陽能海水淡化主要技術(shù)槽式太陽能熱海水淡化技術(shù)槽式太陽能熱系統(tǒng)具有規(guī)模大、專命長、成

16、本低等特點(diǎn)，是目前最成熟的大規(guī)模太陽能熱利用技術(shù)。近年來，世界許多科研機(jī)構(gòu)都致力于研發(fā)宜接用水作吸熱介質(zhì)的DSG (Direct StreamGeneration 系統(tǒng)，并成功商業(yè)化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本原理系統(tǒng)包括兩個(gè)部分：槽式太陽能聚光 -集熱子系統(tǒng)和傳統(tǒng)的海水淡化子系統(tǒng)。 槽式太陽能聚 光-集熱系統(tǒng)是整個(gè)太陽能海水淡化的核心部件，包括拋物面反射 鏡、支架、追蹤傳動(dòng)裝路以及宜 通式真空集熱管。傳統(tǒng)的海水淡化子系統(tǒng)包括：閃蒸分離器、MED或MSF蒸發(fā)器、海水預(yù)處理系統(tǒng)和濃鹽水排放系統(tǒng)。原理：海水在集熱管內(nèi)流動(dòng)、吸熱，最后通過節(jié)流閥噴出進(jìn)入閃蒸容器，閃蒸為蒸汽。不斷加入預(yù)處理的給水以保持閃蒸容器內(nèi)的

17、水位，同時(shí)過冷水在集熱管內(nèi)再循環(huán)。為了防止在集熱管內(nèi)沸騰，海水被加壓到合適壓強(qiáng)，這個(gè)壓差由循環(huán)水泵提供。通過選擇合適的給水速度和海水淡化系統(tǒng)的給氣壓力，可以大大減小水泵的耗能2.1槽式太陽能閃蒸法原理圖2.1.1.2技術(shù)分類1）閃蒸法加壓的海水在集熱管中被加熱，然后在獨(dú)立的氣室中閃蒸為蒸汽。海水在集2）比接蒸發(fā)法海水在集熱管內(nèi)宜接加熱最終產(chǎn)生蒸汽, 內(nèi)產(chǎn)生汽-水兩相流動(dòng)通過汽水分離裝路得到蒸汽。這種方法會(huì)在集熱管3）間接蒸發(fā)法通過熱交換器被加傳熱流體在集熱管中循環(huán)， 海水在另一個(gè)不與集熱器宜接接觸的容器內(nèi),熱并產(chǎn)生蒸汽。圖24間接蒸發(fā)法原理圖宜接蒸發(fā)法可能有運(yùn)行穩(wěn)定性的問題，流動(dòng)不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致

18、受影響管段的流動(dòng)損耗，甚至造成集熱管過熱和選擇性吸收涂層的永久損壞。間接蒸發(fā)法，系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)在于大部分導(dǎo)熱流體難以制取、可燃、易分解等特殊性質(zhì)。而閃蒸系統(tǒng)可有效避免上述缺陷，且具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、效率較高、建造成本低等 優(yōu)點(diǎn)。因此閃蒸系統(tǒng)適宜作為研 究開發(fā)對(duì)象。2.1.2光伏海水淡化技術(shù)主要研究領(lǐng)域?yàn)楣夥夹g(shù)和 RO技術(shù)的結(jié)合，具有不受有無電源困擾、運(yùn)行 成本低廉、無污 染、無燥音等特點(diǎn)。研究表明，太陽能較之柴油供電海水淡化系 統(tǒng)效益明顯，成本僅為柴油的29.4% （10年運(yùn)行費(fèi)用之比），按太陽能光伏電池使 用專命20年計(jì)算，成本僅為柴油的17.6% ;按0.5 元/升銷售淡水，太陽能海

19、水 淡化系統(tǒng)的初期投資只需1.5年即可回收。2.1.2.1大魚山島光伏太陽能海水淡化示范工程2010年6月，在舟山市岱山縣大魚山島建成一套5 m 3/d的光伏太陽能海水 淡化示范工程，其工藝流程如圖2.5所示，分為光伏發(fā)電系統(tǒng)、海水預(yù)處理、反滲透處理和系統(tǒng)控制四大部分。太陽能光伏陳列布路在海水淡化廠房樓頂，利用“光伏效應(yīng)”將太陽光輻射能轉(zhuǎn)化為宜流電能，再通過逆變器將宜流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，用來供給海水淡化設(shè)備所需電能。工程取水點(diǎn)位于大魚山島南海岸的灰鱉洋海域，通過海水取水泵將海水（濁度約80-150 NTU ）泵入水力循環(huán)澄清池，經(jīng)混凝沉淀處理后濁度下降 低到5-10NTU ,再經(jīng)電抑菌海水箱

20、滅菌處理，出水經(jīng)海水增壓泵增壓（約0.32 MPa ）后泵入多介質(zhì)過濾器進(jìn)一步過濾處理，使其渾濁度降低到1NTU以下，污染指數(shù) 3-5。經(jīng)過預(yù)處理的海水通過保安濾器后由海水高壓泵進(jìn)一步升壓1.5-1.8 MPa左右，再經(jīng)能M回收裝路增壓至海水淡化額定操作壓力（約4.5-5.5 MPa ）后進(jìn)入反 滲透膜組器，透過反滲透膜的淡化水 （約30%）收集后從膜堆引出，再經(jīng) pH調(diào)質(zhì) 處理后供給用尸使用；其余的反滲透高壓濃海水進(jìn)入能M回收裝路，余壓能交換后排出系統(tǒng)。伏電池電打檢電池應(yīng)卜JT舞水海水取水票冷清液毒水壓泉掌界利訊垢L水力德區(qū)一電抑第沿清滄 海水油U多介3 過旗H害壓泵pH調(diào)節(jié)產(chǎn)東伯 卜R厚透

21、服裝置用水用K-鵬不輸送泵箱正式能,回收裝置2.5光伏太陽能系統(tǒng)工藝流程圖大魚山島是一個(gè)遠(yuǎn)離岱山本島的小海島，既缺水，又缺電。缺水季節(jié)靠運(yùn)輸,噸水總成本達(dá)30元左右。如利用柴油發(fā)電機(jī)供電進(jìn)行海水淡化，噸水制水成本 約16.5元/t左右。如采用光伏太陽能供電噸水成本約13.0元/t左右，還可依據(jù)太陽能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法，享受財(cái)政補(bǔ)助，實(shí)際成本約為9元/t左右。無論從節(jié)能環(huán)保角度，還是從噸水成本角度考慮，光伏太陽能海水淡化優(yōu)勢(shì)明顯。2.1.2.2太陽能閃蒸-多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)海水宜接進(jìn)入太陽能集熱系統(tǒng)，然后輸出到第一級(jí)閃蒸室。避免中間的換熱損失，使第一級(jí)蒸發(fā)溫度提高，提高淡水產(chǎn)

22、同時(shí)，傳統(tǒng)海水蒸儲(chǔ)淡化工藝中多級(jí)閃蒸要求負(fù)荷穩(wěn)定，很難適應(yīng)太陽能作為熱源的不穩(wěn)定條件，為此開發(fā)了閃 蒸與低溫多效相結(jié)合的新工藝。即第一級(jí)是閃蒸段，后段為低溫多效系統(tǒng)。閃蒸 段連接太陽能宜接加熱海水系統(tǒng)，低溫多效系統(tǒng)解決條件不穩(wěn)定 的問題，使太陽 能海水蒸儲(chǔ)淡化系統(tǒng)的總能效提高。2.6太陽能閃蒸-多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)流程圖2.2太陽能海水淡化前景在海水淡化中采用太陽能正變得經(jīng)濟(jì)可行。在美國成本約為1.1美分/千克，為一般純凈水價(jià)格的1/4 ；據(jù)估計(jì)，在我國治水價(jià)格大約也僅為0.1/千克，適合我國目前的消費(fèi)水平。所以，利用太陽能海水淡化，在化石能源逐漸減少的情況下，是解決淡水資源缺乏的理想措施之一

23、。國外太陽能海水淡化技術(shù)已有發(fā)展，過去幾十年內(nèi)，建造了大M的太陽能海水淡化系統(tǒng)，部分仍在運(yùn)行。受光熱光伏轉(zhuǎn)換效率以及占地等因素的限制，目前太陽能海水淡化只適合沒有電、汽，淡水 需求M小的島嶼、海洋移動(dòng)平臺(tái)等。采用先進(jìn)的制造工藝和強(qiáng)化轉(zhuǎn)熱傳質(zhì)新技術(shù)， 使其與太陽能的具體特點(diǎn)結(jié) 合，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)， 提高太陽能海水淡化裝路的經(jīng)濟(jì)性，才能被廣大用尸接受。由于傳統(tǒng)蒸偏裝路的缺點(diǎn)， 單純太陽能蒸儲(chǔ)技術(shù)基本處于停滯的狀態(tài)， 聯(lián)合太陽 能海鹽生產(chǎn)、 海水淡化、熱發(fā)電等多目標(biāo)產(chǎn)業(yè)綜合系統(tǒng)的研究發(fā)展方向良好。把 膜技術(shù)和太陽能蒸餾系統(tǒng)結(jié)合起來的太陽能蒸餾系統(tǒng)隨著膜技術(shù)的快速發(fā)展將可能成為今后太陽能海水淡化的主要發(fā)

24、展方向。核能海水淡化核能海水淡化涉及三種技術(shù)，即核技術(shù)、淡化技術(shù)以及它們之間的連接技術(shù)?？梢允菃我荒康幕蛩娐?lián)產(chǎn)。涉及主要問題為反應(yīng)堆的選擇、核燃料循環(huán)方式、連接方式等方面。核能海水淡化連接方式主要包括核電站和淡化裝路的連接、供熱用核反應(yīng)堆和淡化裝路的連接、水電聯(lián)產(chǎn)核反應(yīng)堆和淡化裝路的連接。選擇核 能海水淡化必需考慮該地區(qū)的電水需求、核能淡化的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性和一定的運(yùn)行彈性，保證產(chǎn)品水不被污染，電力和淡水的穩(wěn)定供應(yīng)，不對(duì)周圍居民 和環(huán)境產(chǎn)牛影響，同時(shí)核能海水淡化工程的建設(shè)、管理和運(yùn)行是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，需考慮各個(gè)方面兇素的影響。國外核電海水淡化項(xiàng)目國外于 20 世紀(jì) 60 年代開始核

25、能海水淡化的研究，國際原子能機(jī)構(gòu)對(duì)核能海水淡化的研究起了重要的推動(dòng)作用，日本、 韓國、 俄羅斯、 哈薩克斯坦等對(duì)核能海水淡化進(jìn)行了大量研究。1973年哈薩克斯坦曾建成核能供熱的低溫多效海水淡化裝絡(luò)，淡化能力80X10 3 m3/d，并成功運(yùn)行26年。以色列也曾建造了核供熱 低溫多效淡化裝絡(luò)，淡化規(guī)模17.4 X0 3 m3/d,由于效率不高和高油價(jià) 被迫于 1983 年關(guān)閉。截止1998 年，日本共建成10 座核能海淡化廠，目前在運(yùn)行的有8 個(gè)， 分別采用多級(jí)閃蒸、低溫多效和反滲透工藝，規(guī)模從 1000-2600 m 3/d 不等。國外在該領(lǐng)域具有豐富的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。我國首

26、個(gè)核能海水淡化項(xiàng)目遼寧紅沿河核電站海水淡化系統(tǒng)紅沿河核電海水淡化系統(tǒng)于2008 年開工，2009 年 7 月開始設(shè)備安裝，2010 年 4 月啟動(dòng)系統(tǒng)調(diào)試，是核電站輔助設(shè)施中最大的廠房，是我國核電站中首個(gè)海水淡化系統(tǒng)，開辟了核電站利用海水淡化技術(shù)提供淡水資源的先河。該系統(tǒng)投用后，每天可提供約10.08 kt 淡水，滿足紅沿河核電一期工程4 臺(tái) GW 級(jí)核電機(jī)組生產(chǎn)、 生活用水需求。海水淡化系統(tǒng)是通過預(yù)處理（ 混凝、沉淀、過濾） 、反滲透脫鹽等技術(shù)，將海水轉(zhuǎn)化成符合生產(chǎn)、生活要求的淡水。試驗(yàn)分析結(jié)果表明，該 系統(tǒng)一級(jí)脫鹽率達(dá)到99.6 （ 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為99.3 ） ，二級(jí)脫鹽率達(dá)98.7 （ 設(shè)計(jì)

27、標(biāo)準(zhǔn)為97.0 ） 。所產(chǎn)淡水的電導(dǎo)率等指標(biāo)優(yōu)于當(dāng)?shù)刈詠硭?，完全滿足電廠生產(chǎn)、生活需要。不但大大緩解項(xiàng)目所在地水資源缺乏的狀況，也為有效解決沿海核電站淡水資源問題開辟了新路，對(duì)后續(xù)核電項(xiàng)目建設(shè)有積極的參考意義。遼寧紅沿河核電站是東北地區(qū)第一座核電站和最大的能源建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè) 6 臺(tái) GW 級(jí)壓水堆核電機(jī)組，目前項(xiàng)目進(jìn)展順利。一期工程4 臺(tái)機(jī)組已全面開工建設(shè)，是目前全球在建機(jī)組最多的核電項(xiàng)目。核能海水淡化發(fā)展前景核能是一種高效、清潔、安全的能源，代表著未來能源的發(fā)展方向，而且核 能海水淡化在國外具有豐富的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)已經(jīng)成熟。在淡化規(guī)模加大時(shí)，相比于傳統(tǒng)化石燃料作為能源的海水淡化工程，

28、核能海水淡化的能源優(yōu)勢(shì)更加明顯。因此在缺乏淡水資源，同時(shí)又缺乏常規(guī)能源或常規(guī)能源運(yùn)輸不便的沿海地區(qū)，核能海水淡化技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景。波浪能和潮汐能海水淡化波浪能是海洋表面所具有的動(dòng)能和勢(shì)能，是海洋能量中最不穩(wěn)定的一種能源。潮汐能是月球和太陽等天體的引力使海洋水位發(fā)生潮汐變化而產(chǎn)生的能量。波浪能和潮汐能的研究重點(diǎn)在發(fā)電領(lǐng)域，關(guān)于海水淡化的研究不多。印度建 造了波浪能發(fā)電反滲透海水淡化裝絡(luò)，愛爾蘭則建造了波浪能轉(zhuǎn)化為液壓能驅(qū)動(dòng)反滲透脫鹽單元的海水淡化裝絡(luò)，國內(nèi)中科院廣州能源所進(jìn)行了波浪能海水淡化的研究。潮汐能太陽能多效蒸儲(chǔ)海水淡化裝路上海理工大學(xué)劉業(yè)鳳根據(jù)潮汐能和太陽能的特點(diǎn)，并基于多效蒸儲(chǔ)技

29、術(shù)，提出了一種新型的太陽能多效蒸儲(chǔ)海水淡化裝絡(luò)。該裝路利用了降膜蒸發(fā)和降膜凝 結(jié)強(qiáng)化傳熱技術(shù)。其主要特點(diǎn)是利用潮汐能代替用電力驅(qū)動(dòng)的水泵和真空泵為系統(tǒng)給排水以及抽真空提供動(dòng)力，從而降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本。原理如圖4.1 所示。給水蓄水池中的給水通過給水管進(jìn)人冷凝器，再通過噴淋器噴淋在蒸發(fā)器的 換熱管上，蒸發(fā)冷凝器內(nèi)淡化后的濃鹽水通過排水管與濃鹽水箱相連。蒸發(fā)器、蒸發(fā)冷凝器和冷凝器處于同一箱體內(nèi)并被放路于高于海洋漲潮后水面約4m處，給水蓄水池用于在海洋漲潮時(shí)蓄積海水，濃鹽水池和淡水蓄水池壁足夠高，保證其與外界大氣連通且海水在漲潮時(shí)不會(huì)入內(nèi)。從而便可以利用海水在漲潮和退潮 的液位差即潮汐蒸發(fā)器蒸發(fā)冷凝

30、器 俯視剖面圖能使給水蓄水池與濃鹽水蓄水池存在4-6m的液位差A(yù)ho1 ?太陽集熱器N蒸發(fā)器3*蒸發(fā)冷凝器4冷凝器9噴淋器6.淡水連通管 工鹽水連通管 乩給水蓄水池9?淡水池濃鹽水集水池1L給水管12 ?淡水收集管1玄排水管14給水調(diào)節(jié)閥15淡水流量調(diào)節(jié)閥16.排水調(diào)節(jié)閥圖4.1裝路運(yùn)行原理圖核能海水淡化發(fā)展前景_1215調(diào)查顯示我國波浪能和潮汐能的蘊(yùn)藏總M分別達(dá)到70和110GW o波浪能、潮汐能海水淡化技術(shù)還需進(jìn)一步完善，距離規(guī)?；膽?yīng)用還有一段距離，但對(duì)于波浪能和潮汐能較豐富但淡水資源匱乏的沿?；蚝u地區(qū)，該技術(shù)具有很大的吸引力。液化天然氣（LNG ）海水淡化天然氣是三大主要能源之一，由于其高效和清潔而被廣泛使用。為了便于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，天然氣開采后通常要經(jīng)過脫酸、脫水處理，通過低溫工藝將其液化轉(zhuǎn)變?yōu)長NG,每生產(chǎn)一噸LNG的動(dòng)力消耗約為850kWh ,而LNG在接收站氣化成常溫氣體供給用尸的過程中將釋放出大M冷能，為 830-860kJ/kg 。這部分冷能通 常被海水或空氣帶走，不僅造成了極大的能源浪費(fèi)，也會(huì)影響周圍 海域及地區(qū)的 生態(tài)環(huán)境。如果能利用好這部分的冷能