太阳能为热源,美国石油工业初创公司海水淡化技术线路变更
发布者:admin | 来源:光热联盟 | 0评论 | 942查看 | 2021-05-27 18:04:02    

在美国石油公司——埃克森美孚(Exxon Mobil)担任专利律师的10年时间里,Gary Katz于2016年创立Katz Water Technologies(卡茨水技术公司)并启动离网海水淡化项目,最初倾向于利用油井中燃烧气体来净化“产出水”。


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然而,Katz在德克萨斯州的一次电话中向SolarPACES记者表示:石油和天然气生产基地非常需要净化水,而且有相当多的废弃的天然气还可以用来取暖。但是,美国能源部(DOE)在推出太阳能海水淡化创新的征求意见书(RFP)时,让我意识到这种技术路线可以改变。已经成立4年的初创企业Katz Water Technologies团队赢得了DOE逐步颁发的一系列奖项的前两个阶段,以开发其离网淡化的利用集中式太阳能(CST)的版本。


“这是一场多阶段的价格竞争。在第一轮中,我们获得了5万美元的现金奖励,这使我们能够构建原型样机,第二轮我们获得了25万美元的现金奖励。有了这些资金,我们已经并将继续大力推进这项技术。下一阶段,我们正在准备一个可行性的项目方案,如果美国国家发展部接受它,我们将得到75万美元的奖金。


工业废热是很难卖的


在最初的可再生能源海水淡化申请中,创业公司提到了太阳热能,但实际上Katz最初认为工业废热能是理想的来源。但他遗憾地指出:“作为一家初创公司,我们必须转向市场所支持的方向,尽管从理论上讲,运行净化系统的工业废热能是免费的,但我们接触的工业工厂并不太希望让我们在现场测试这个想法。”


在许多工业应用中,如石化精炼、化学品和采矿业,所产生的废热能足以净化水。问题是,要说服这些工业工厂允许我们改造或修改他们的热交换器,当然这个改造过程可能是昂贵的,这取决于量的大小。虽然这不是一件容易的事,工厂业主也没有表现出足够的兴趣,但我没有放弃这个设想。目前我们更加渴望能应用这项技术的市场。他补充道。


Katz Water Technologies前两年运营中,开发了一种由喇叭气体驱动的离网海水淡化技术,因为石油和天然气客户比工业公司更愿意与他们合作,因此,我们开发了一个系统,可以在油气井站点运行天然气以净化受污染的水,生产高质量的淡水。


因为美国能源部的这一奖项,Katz目前正在开发新的太阳能系统——利用集中式太阳热能技术进行脱盐,可以应用于没有天然气的油井的某些偏远地区。据他们了解,太阳能海水淡化装置不仅环保,而且可以缓解向偏远地区运送燃料的后勤需求。我们希望在明年某个时候建成每天一百立方米的太阳能海水淡化厂,然后转型成为我们的第一个商用太阳能产品。


农业海水淡化市场规模较大


在此过程中,Katz还发现了一个更大的市场——农业海水淡化,甚至净化水,以达到人类可以直接饮用的水。


“即使在美国,也存在着偏远的农村,那里的水源正在受到损害,地表水和地下水要么被污染,要么盐水侵入,因此不能用于农业生产。通常,这些偏远的农场和牧场无法获得电力或天然气。而不选择反渗透海水淡化,也是因为用电原因。”他指出,“而另一个市场,则是位于偏远地区的军事活动和人道主义组织区域,那里的水不适合饮用,因此他们要么必须在基地上大量供水,要么运用重型喷气燃料的发电机发电,以运行反渗透工厂。因此,一个离网工作的太阳热能驱动的海水淡化系统,对于缓解远程作业有巨大的价值。”


由于最初的设计,是使用化石燃料作为热能,因此满足美国能源部奖励要求的唯一变化是,将热源转换为太阳能。


Katz解释道:"我们获得专利的改进是,在热交换器内进行蒸馏(包括传热、蒸馏和分离)的能力;而过去,换热器需要多个设备和工艺步骤,这意味着更多的成本和更多的能源运行。但是,通过我们的简化系统,我们只需一台设备,即可在12秒内将水中溶解的污染物清除99%以上。因此,我们可以采取一些污染最严重的水,并将其转化为淡水质量,非常快。”


作为一名专利律师和企业家,Katz在评估技术方面有20年的经验,因此,Katz将太阳能集热器供应商外包给Rackam Group,该集团已在美国、加拿大、巴西和西班牙部署了太阳能集热器模块。他明白,自己没有太阳能研发的背景,采购太阳能集热器将是其海水淡化初创公司的明智解决方案。


预计下个月,Katz采购的Rackam开发的10kWth、20英尺双轴太阳能槽式集热器即可交付,这样他们就可以用他们的核心海水淡化技术测试整个系统,利用太阳能集热器将水加热到250℃进行热海水淡化。



Heat2Hydro并入Rackam运行


“Heat2Hydro合并后,组建了更大的Rackam集团,”Heat2Hydro公司首席技术官Angelo Chialva解释道,他的太阳能热工程背景可以追溯到十多年前在美国太阳能热发电(CSP)产品组合以及南美洲工作的经验。


Chialva希望在NREL的帮助下将其性能数据公开,以解决性能数据不足的问题。他认为,对各种太阳能热元件进行验证测试至关重要,这给潜在客户和供应商带来了确定性。因此,为揭开美国公司技术的神秘面纱,Rackam计划通过与科罗拉多州NREL的持续CST工作关系,公开自己的结果(无论好坏)。


Chialva表示,我们在这里可以汲取以往的经验教训,并为客户提供最好的技术。Heat2Hydro已根据早期学习成果缩小了范围,在此过程中放弃了两个早期系统版本,转而获得了效率达到70%的系统,而且成本更低。因此,他们现在可以用不到3年的回收来满足30年的使用寿命。


Chialva坚信,海水淡化等工业热应用是除发电外,利用集中式太阳能热利用技术的更好方法。与需要大量初始资本投资为数百万美元的系统不同,利用太阳能进行像Katz WaterTechnologies这样的水回收应用,将是太阳能热的下一个大用途。

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