新能源与海水淡化结合的技术途径

时间：2013-09-29 15:27

来源：中国水网

作者：聂鑫

海水淡化是能量密集型产业，传统的海水淡化过程需要燃烧煤炭等化石能源为其提供热源或动力，在消耗不可再生能源的同时也增加了环境污染。开发和利用太阳能、风能和核能等新能源进行海水淡化具有现实意义。

太阳能海水淡化：闪蒸工艺可作为蒸馏法的研发对象

太阳能海水淡化系统实际上是将太阳能利用装置和传统海水淡化装置相结合，用太阳能代替传统能源供给海水淡化所需能量，太阳能的主要利用方式有光热和光伏两种。

太阳能海水淡化可以分为直接法和间接法，直接法是将集能部分和脱盐部分结合，而间接法则分开。

直接蒸馏法中，海水在集热管内直接加热最终产生蒸汽，集热管内产生汽－水两相流动，不稳定的两相流将增加管段的流动损耗甚至造成集热管过热和选择性吸收涂层永久损坏，因此直接蒸馏法存在流动稳定性问题；间接蒸馏法中，导热流体在集热管中循环，海水在另一个不与集热器直接接触的容器内通过热交换器被加热并产生蒸汽，这种方法的缺点是导热流体难以制取并且导热流体具有燃烧和分解的潜在风险。

闪蒸海水淡化也属于蒸馏法的一种，加压的海水在集热管中被加热，然后在独立的气室中闪蒸为蒸汽，海水在集热管内由于压力较高保持单相流动，这种以海水直接作为导热流体且单相流动的方法可有效避免上述问题，因此兼具直接法和间接法优点的闪蒸技术比较适宜作为蒸馏法的研究和开发对象。

国外太阳能海水淡化技术发展已有几十年，规模较大的是2002年建成的位于希腊可再生能源中心的130t/h太阳能反渗透海水淡化工程。我国浙江省舟山市岱山县大鱼山岛于2010年建成一套5m3/d的光伏太阳能海水淡化示范工程，工程包括光伏发电系统、海水预处理、反渗透处理和系统控制等四大部分，利用“光伏效应”将太阳光辐射能转化为直流电能，再通过逆变器将直流电转换成交流电为海水淡化设备供电。

风能海水淡化：非并网风能+反渗透法技术发展潜力大

风能海水淡化主要有两种形式：风电海水淡化（分离式）和风力直接驱动海水淡化（耦合式）。分离式是先将风能转化为电能，然后再驱动脱盐单元进行海水淡化；耦合式是将风能转化的机械能直接用于驱动脱盐单元进行海水淡化。

由于风能具有间歇性与不可调度的特点，高占比的风力发电与电网系统并接后将对电网安全及品质造成一定的冲击，因此海水淡化（含苦咸水淡化）也是有效利用风能的又一途径，但在应用中须采用相关的调节装置解决风能波动性问题。风能海水淡化特别适合于那些既缺电又缺淡水的脱离大陆电网的孤岛。

建于西班牙加那利群岛一座独立风电海水淡化厂，曾对比研究了反渗透法、压缩蒸汽法和电渗析法对风电波动性和随机性的适应性问题，研究表明反渗透法与风能结合在技术和经济上最佳。我国正在建设中的非并网风能淡化海水示范项目位于江苏省大丰港经济开发区，设计方案是将风电直接输送给反渗透海水淡化装置，这种方式在减少对电网影响的同时还可提高风能利用率，该方案中还包含有海水制氢的产业延伸计划。

核能海水淡化：蒸馏法宜选择多效蒸馏工艺

核能在海水淡化中的应用主要是以核电站或低温核反应堆与海水淡化厂耦合的形式实现的,可以利用反应堆直接产生的蒸汽和核电站汽轮机抽汽进行蒸馏法海水淡化，也可以利用核电机组供电进行膜法海水淡化。

与核电站相比，低温核供热反应堆不发电仅供汽，适合与蒸馏法海水淡化耦合。考虑到多效蒸馏工艺中产品淡水侧的压力大于核反应堆产生蒸汽侧的压力，蒸汽中可能含有的放射性物质不容易渗透到产品淡水中，因此蒸馏法核能海水淡化应优先选择多效蒸馏工艺。

国外在核能海水淡化领域具有丰富的设计和运行经验，技术已经相对成熟。我国核电站中首个海水淡化系统于2010年在辽宁省大连市红沿河核电厂投产，该系统通过混凝、沉淀、过滤和反渗透脱盐等技术，每天提供约1万吨淡水以满足一期工程4台GW级核电机组生产和生活用水需求。

编辑：李晓佳