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太陽能海水淡化技術介紹

來源：太陽能學報 | 3評論 | 35986查看 | 2013-03-26 10:40:00

　　水資源是人類社會生存和發展的物質基礎之一。隨著世界人口增加、人類生活方式的變化，淡水資源的匱乏越來越引起人們的重視和關注。中國總體上屬于貧水國家，人口占世界人口的20%強，水資源卻僅占6%，人均擁有量僅為世界人均擁有量的1/4。水資源的缺乏，已經嚴重阻礙了我國經濟發展，破壞了生態環境。海水淡化作為一種開源增量技術，已成為解決水資源問題的重要途徑。然而我國在這方面的技術和國外比起來還相差甚遠。

　　與國外的差距

　　1.技術。

　　對低溫多效技術的核心部件、材料、水電聯產等基礎研究有待深入,裝備驗證和環境條件不能滿足技術發展要求,缺乏大規模海水淡化裝置設計、加工制造、安裝調試及運行維護的工程實踐,迫切需要通過規模示范形成成套技術和鍛煉隊伍。反滲透膜組件、高壓泵、能量回收及水處理藥劑等關鍵部件和材料仍以進口為主,缺乏大規模反滲透海水淡化成套工程技術和實踐,迫切需要形成高壓泵、能量回收、膜組件等關鍵設備的自主技術和批量生產,通過規模示范形成成套技術應對國外公司在國內的競爭。核能海水淡化的概念已經提出許多年,還缺乏工程實踐;核反應堆與海水淡化的接口還停留在研究和設計階段,需要打通流程,形成成套技術和裝備體系。

　　2.產業規模。

　　我國海水淡化工程規模多在千噸級,而國外已達到十萬噸級水平,我國海水淡化產水量僅占世界總產量的0.3%,與國外的差距明顯。

　　3.實施機制。

　　沒有專門機構統籌協調,沒有形成產業聯盟。海水淡化必須有針對性地在政府指導、行業協調、產業政策、技術創新等方面統籌規劃,全面協調各方利益,才能形成合力,促進產業發展。

　　4.示范及投入。

　　國家對規模示范工程的資金投入不足,造成規模示范不夠,制約了該領域技術的發展和成果的轉化。

　　太陽能海水淡化技術發展現狀

　　就目前的海水淡化技術，成本問題一直是海水淡化技術的最大阻礙，就拿10000噸/天反滲透海水淡化廠來說，一般化學藥品消耗在0.3~0.5元/噸水;電力消耗約2.2~2.5元/噸水;膜更換費用0.3~0.5元/噸水;職工工資福利約0.2元/噸水;固定資產折舊費0.9~1.2元/噸水;設備檢修維護費用為0.2~0.4元/噸水;管理費小于0.1元/噸水。這樣在不考慮貸款利息情況下，一般膜法海水淡化工程的制水成本為4.2~5.4元/噸水，其中電力成本及折舊是造水成本中最大的兩部分。

　　為節省能源和某些特殊的需要,人們開發了太陽能海水淡化技術。太陽能海水淡化方法可分直接法和間接法兩大類。

　　直接法

　　直接法是應用集熱器將太陽光照變成熱能直接加熱海水,蒸餾制得淡水的方法。它分淺盤型(也稱頂棚型、水平型)、傾斜型和多效型三種蒸餾裝置。

　　(1)淺盤型：它由盛水的淺盤(20~40mm)和透明罩組成。太陽光透過透明罩照到盤內的黑色物質上,使其產熱,使盤內的海水升溫,產生蒸氣,蒸氣碰到透明罩被外界的空氣冷卻,凝結成水滴,流到淡水收集槽中,濃縮的海水在析出水垢之前排出這種方法產水量比較低,通常日產水量約為2~4kg/(m2·d)。日本在屏風島實臉工廠試用此法后發現:采取保溫措施可以提高產水量20~30%,淺盤內海水淺時產水量高,但過淺易生成水垢,通過過濾、沉淀、酸洗及抓殺菌等方法以預防或除去淺盤內的水垢。此法已在科威特、希臘、印度和日本等推廣使用。

　　(2)傾斜型：傾斜型分傾料淺盤型和傾料吸水毛型兩種。傾斜淺盤型是將水盤由水平改成傾斜形,使海水沿著斜面流動,以提高集光效率和促進蒸發。其工作原理和淺盤型一樣,但水層更淺。采用此法產水量可提高30~60%,但技術難點比較多。它要根據蒸發量調節海水的流量,而且由于水層淺很容易析出水垢。目前未見使用該類型裝置的報道。傾斜毛型是通過在傾斜型的水盤面上設置吸水毛儲存海水,使海水層更淺,以減少熱容量提高造水量。這種方法也還有些問題有待解決,故也還沒有實用的例子。

　　(3)多效型：淺盤型和傾斜型都將蒸氣凝結成水滴時的熱量白白浪費掉了。為了提高熱能的利用效率,利用這部分熱量反復加熱海水提高產水量,研制了多效型蒸餾器。其工作原理.集熱板被太陽光加熱,在集熱板的反面有吸水毛,浸存有海水,海水遇熱蒸發,水蒸氣遇到下面冷的隔板凝結成水滴,凝結時產生的熱量加熱隔板反面吸水毛上的海水,使之蒸發。這樣反復蒸發—濃縮—蒸發,最后通過最下層的散熱板將余熱排出。還可裝上反光鏡增加集熱量以提高海水的產量。采用這種方法,其日產水量是淺盤型的7.5~10倍。此法的關鍵是吸水毛的的材料、粘附劑及集熱板的防海水腐蝕。

　　間接法

　　間接法是用集熱器將光能變成熱能,或用太陽電池將光能變成電能,并以此作為海水淡化裝置的能源制取淡水的方法。此法又分以下幾種:

　　(1)蒸餾法：在常壓下,海水的沸點約100.5℃。海水蒸發約需2261kJ/kg(540kcal/kg)的熱量,蒸氣在凝結成水時可放出同樣的熱量。根據這一原理,人們設法反復利用水凝時的熱量以節省能源。根據不同的利用方法,蒸餾法又分多級閃蒸法、多效蒸餾法和蒸氣壓縮蒸餾法。

　　多級閃蒸法：此法適用于較大規模的裝置,對負載變化適應范圍較小,成本較高。

　　多效蒸餾法:此法熱利用率比較高,對變化熱源適應范圍也較大,因此研制的速度比較快,但目前應用不如多級閃蒸法廣泛。

　　蒸氣壓縮法:使用該法時,壓縮機的動力能源在機器起動時由外部提供,待運轉后則利用海水蒸氣的潛熱驅動。此法適用于小型海水淡化裝置。壓縮機的動力也可用太陽能或太陽光發的電。但是,此法成本比較高,還有待進一步探索。

　　(2)反滲透：法此法是利用壓力差分離淡水,通過太陽能發電供給驅動高壓泵所需的電能。

　　(3)電滲析法：海水溫度升高時,海水的粘度減少,因此在該系統中既可利用太陽電池供給電滲析法所需的能量,又可利用太陽熱能提高海水的溫度,從而降低耗電量。此法目前還未推廣應用。

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　　根據我所查詢的資料，我個人比較看好一種新型熱蒸餾海水淡化方式——吸附式太陽能海水淡化系統

　　吸附式太陽能海水淡化系統的基本工作原理

　　某些固體物質如沸石活性炭,氯化鍶,氯化鈣等，對水蒸氣具有強烈的吸附特性。利用該特性可以將這些物質做成水蒸氣的吸附與脫附床，再利用太陽能集熱裝置驅動吸附與脫附過程，即可組成太陽能吸附式海水淡化裝置。圖1是太陽能吸附式海水淡化系統的示意圖。

　　在該裝置中，裝有吸附材料的吸附床可直接吸收太陽光，太陽能集熱器既是發生器(對應于脫附過程)，又是吸附器(對應于吸附蒸汽過程)。吸附過程和脫附過程是交替進行的。夜間，利用白天被太陽能加熱的水給蒸發器加熱，蒸發器內的海水受熱蒸發，蒸汽進入太陽能集熱器

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