新能源與海水淡化結合的技術途徑

時間：2013-09-29 15:27

來源：中國水網

作者：聶鑫

海水淡化是能量密集型產業，傳統的海水淡化過程需要燃燒煤炭等化石能源為其提供熱源或動力，在消耗不可再生能源的同時也增加了環境污染。開發和利用太陽能、風能和核能等新能源進行海水淡化具有現實意義。

太陽能海水淡化：閃蒸工藝可作為蒸餾法的研發對象

太陽能海水淡化系統實際上是將太陽能利用裝置和傳統海水淡化裝置相結合，用太陽能代替傳統能源供給海水淡化所需能量，太陽能的主要利用方式有光熱和光伏兩種。

太陽能海水淡化可以分為直接法和間接法，直接法是將集能部分和脫鹽部分結合，而間接法則分開。

直接蒸餾法中，海水在集熱管內直接加熱最終產生蒸汽，集熱管內產生汽－水兩相流動，不穩定的兩相流將增加管段的流動損耗甚至造成集熱管過熱和選擇性吸收涂層永久損壞，因此直接蒸餾法存在流動穩定性問題；間接蒸餾法中，導熱流體在集熱管中循環，海水在另一個不與集熱器直接接觸的容器內通過熱交換器被加熱并產生蒸汽，這種方法的缺點是導熱流體難以制取并且導熱流體具有燃燒和分解的潛在風險。

閃蒸海水淡化也屬于蒸餾法的一種，加壓的海水在集熱管中被加熱，然后在獨立的氣室中閃蒸為蒸汽，海水在集熱管內由于壓力較高保持單相流動，這種以海水直接作為導熱流體且單相流動的方法可有效避免上述問題，因此兼具直接法和間接法優點的閃蒸技術比較適宜作為蒸餾法的研究和開發對象。

國外太陽能海水淡化技術發展已有幾十年，規模較大的是2002年建成的位于希臘可再生能源中心的130t/h太陽能反滲透海水淡化工程。我國浙江省舟山市岱山縣大魚山島于2010年建成一套5m3/d的光伏太陽能海水淡化示范工程，工程包括光伏發電系統、海水預處理、反滲透處理和系統控制等四大部分，利用“光伏效應”將太陽光輻射能轉化為直流電能，再通過逆變器將直流電轉換成交流電為海水淡化設備供電。

風能海水淡化：非并網風能+反滲透法技術發展潛力大

風能海水淡化主要有兩種形式：風電海水淡化（分離式）和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。

由于風能具有間歇性與不可調度的特點，高占比的風力發電與電網系統并接后將對電網安全及品質造成一定的沖擊，因此海水淡化（含苦咸水淡化）也是有效利用風能的又一途徑，但在應用中須采用相關的調節裝置解決風能波動性問題。風能海水淡化特別適合于那些既缺電又缺淡水的脫離大陸電網的孤島。

建于西班牙加那利群島一座獨立風電海水淡化廠，曾對比研究了反滲透法、壓縮蒸汽法和電滲析法對風電波動性和隨機性的適應性問題，研究表明反滲透法與風能結合在技術和經濟上最佳。我國正在建設中的非并網風能淡化海水示范項目位于江蘇省大豐港經濟開發區，設計方案是將風電直接輸送給反滲透海水淡化裝置，這種方式在減少對電網影響的同時還可提高風能利用率，該方案中還包含有海水制氫的產業延伸計劃。

核能海水淡化：蒸餾法宜選擇多效蒸餾工藝

核能在海水淡化中的應用主要是以核電站或低溫核反應堆與海水淡化廠耦合的形式實現的,可以利用反應堆直接產生的蒸汽和核電站汽輪機抽汽進行蒸餾法海水淡化，也可以利用核電機組供電進行膜法海水淡化。

與核電站相比，低溫核供熱反應堆不發電僅供汽，適合與蒸餾法海水淡化耦合。考慮到多效蒸餾工藝中產品淡水側的壓力大于核反應堆產生蒸汽側的壓力，蒸汽中可能含有的放射性物質不容易滲透到產品淡水中，因此蒸餾法核能海水淡化應優先選擇多效蒸餾工藝。

國外在核能海水淡化領域具有豐富的設計和運行經驗，技術已經相對成熟。我國核電站中首個海水淡化系統于2010年在遼寧省大連市紅沿河核電廠投產，該系統通過混凝、沉淀、過濾和反滲透脫鹽等技術，每天提供約1萬噸淡水以滿足一期工程4臺GW級核電機組生產和生活用水需求。

編輯：李曉佳

贊