可再生能源用于海水淡化的研究

2021-07-20江才俊潘天国

科技创新与应用 2021年19期

关键词：反渗透淡化风能

江才俊，潘天国，史觊，袁倩

（1.深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳518000；2.中国广核新能源控股有限公司，广东深圳518000）

1 太阳能海水淡化技术

利用太阳能进行海水淡化已经有了很长时间的历史，图1是太阳能与海水淡化技术的几种耦合工艺方案。

图1 太阳能与海水淡化耦合方案

1.1 太阳能蒸馏装置

太阳能蒸馏装置是指利用太阳采集的热量直接加热海水，使海水蒸发产生相变过程形成水蒸气，再使水蒸气冷凝形成淡水的装置。其优点是装置结构简单，取材方便，不受原海水浓度限制，所获淡水纯度高。缺点也很明显，主要是装置占地面积较大，单位面积产水量较低，例如被动式蒸馏装置，性能较好的盘式蒸馏器日产水量也只有3.5L/m2，主动式太阳能蒸馏虽然增加了附属设备提高了热能利用率和产水量，但是同时也增加了设备投资，而且产水回收率仍无法与常规淡化工艺相比。

1.2 太阳能-热能-MSF/MED

在传统的热法海水淡化技术中，有相对成熟的方案、措施、材料和管理经验，如多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）。近年来，随着中温太阳能集热器的应用日益普及（比如真空管型、槽形抛物面型集热器以及中温大型太阳池等），使建立在较高温度段（≥75℃）运行的太阳能蒸馏系统成为可能，将太阳能集热装置与MSF、MED装置结合起来，利用太阳能加热海水，被加热的海水进入MSF、MED淡化装置中进行淡化。

1.3 太阳能-电能-RO

该方案首先将太阳能转化成电能，再由电能驱动反渗透（RO）海水淡化装置生产淡水。近年来，太阳能光伏（PV）发电技术不断发展成熟，已经有大量的商业化应用。太阳能转化成电能不存在太多的技术难点，而反渗透技术早已经是成熟的淡化技术，所以这种方案在技术上没有太大难度。在太阳能资源丰富且常规电价较高的地区，可以采用太阳能-电能-RO方案解决该地区能源、水资源短缺问题。

2 风能海水淡化技术

根据风能的能源转化利用方式不同，风能海水淡化分为直接风能海水淡化和间接风能海水淡化。以下对风能海水淡化技术优劣、耦合难点和对策进行阐述。

2.1 风能-机械能-RO/MVC

此结构直接将风力的机械能用于驱动反渗透（RO）淡化装置的高压泵或MVC淡化装置的压缩机，其优点是避免了风能转化成电能，再由电能转化成为机械能的二次能量转换的损失，简化了系统结构，但缺点是风力的波动将直接影响高压泵的流量和压缩机的稳定性，从现在的研究现状来看，基本都停留在实验阶段，该项技术还远不成熟。

2.2 风能-电能-MVC

机械压汽蒸馏（MVC）装置与风能发电装置进行耦合时，能够适应变化的能量供给，适合于中、小规模海水淡化，但如果单纯应用孤立风电系统供电，没有其他能源提供电力，一旦风速无法达到风电设备启动要求，MVC装置就需要长时间处于待机状态，非常容易造成MVC装置的结垢，一旦结垢就需要经常进行耗时的维护。

2.3 风能-电能-RO

反渗透（RO）工艺是比较成熟的淡化技术，其单位能耗较低，设备模块化程度高，适用于不同规模的淡化工程，而且在与风能发电装置耦合时可通过关闭和启动部分反渗透处理单元来适应风力输出的能量变化，维持淡化单元运行参数的恒定，因此该工艺在风能海水淡化技术中应用最为广泛，相关研究也较多。

3 某可再生能源海水淡化项目应用介绍

3.1 概述

本项目所在厂址区域位于东经14°31′32.32″，南纬22°35′27.88″，海拔高度为1000-2000米，干旱少雨，属亚热带、半沙漠性气候，年均300天为晴天，是撒哈拉以南最干旱的国家之一。该地区年均降雨量为270mm，除最南部在冬季（6-9月）降雨外，全国70%的降雨集中在11月到次年的3月。因地势较高，气温略低于世界上同纬度的其他地区，终年温和，昼夜温差较大。

3.2 太阳能资源

太阳能资源分布与纬度、海拔高度、地理状况和气候条件等因素相关，本项目地理坐标：东经14°31′32.32″，南纬22°35′27.88″。该地区太阳能资源异常丰富，是世界上太阳能资源最丰富的地区之一。根据SolarGIS公开辐照资源数据测算，地区辐照量在2118kWh/m2-2483kWh/m2之间。