新能源利用为海水淡化技术打开新出路
发布者：冯厚军 谢春刚 | 来源：海淡所 | 0评论 | 8473查看 | 2013-11-27 08:57:00
据报道，国内首个太阳能光热海水淡化商业示范项目日前在海南投产，此项目由国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所提供技术支持，标志着我国光热海水淡化技术取得重大突破。
事实上，利用沿海或海岛地区丰富的可再生能源替代传统能源进行海水淡化，是前途十分广阔的发展方向。
海水淡化是人类追求了几百年的梦想。早在400多年前，英国王室就曾悬赏征求经济合算的海水淡化方法。从20世纪50年代以后，海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展。
海水淡化的本质是“以能源换水源”。然而，海水淡化产业是能耗密集型产业，利用传统能源进行海水淡化出现了资源短缺、环境污染等问题。近年来，风电、太阳能、海洋能等可再生能源由于其可再生性、无污染等特点，受到世界各国研究机构的重视。可再生能源海水淡化也逐渐走进了人们的生活。
风能海水淡化产业化程度最高
风能利用是一项技术发展最为成熟、产业化程度最高的可再生能源技术。风能海水淡化主要有两种形式：风电海水淡化(分离式)；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。两者都必须采用相关的调节装置解决风能的波动性问题。分离式海水淡化的风电可以并入电网，也可以不并网作为独立能源直接为海水淡化厂供电。
福建东山风能海水淡化装置
美国GE公司对这两种供电方式的风电海水淡化厂进行了系统的理论和实体模型研究，表明风力发电并入电网式的海水淡化厂成本更低。
风电的重要特点是其随机性(不连续性)，风电并网后，会对电网产生负面影响。同样，即使风电不并网而直接为海水淡化厂供电，其淡水产量也不稳定，难以保证城市的稳定可靠供水。解决方法主要有：蓄水池法、电池法、抽水蓄能法等，其中第一种方法最为常用。
我国的内陆山区、海岛及沿海地区均拥有丰富的风能资源（年平均风速可达5米/秒以上），如果该地区淡水资源匮乏，有进行海水或苦咸水淡化的需求，风能海水淡化就可以同时解决淡水和能源的供应问题。特别是近年来风力发电技术和海水淡化技术的进步，使得风能海水淡化技术在世界范围内得到了越来越广泛的应用，并取得了许多有价值的研究成果。
太阳能海水淡化更适合海岛、平台
利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能的热效应和光效应。热效应是直接利用太阳能作为热源加热海水蒸馏；光效应是利用太阳能发电驱动海水脱盐。
海南省乐东县太阳能多效蒸馏海水淡化系统
太阳能与多效蒸馏法的结合是利用太阳能的热效应，使用高效的集热器收集尽可能多的太阳能，替代传统能源加热海水。
前不久，国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所与上海骄英能源科技有限公司合作，在海南省乐东县自主建造完成国内第一个太阳能光热海水淡化商业示范工程项目。该系统模仿“向日葵”自动调整设备角度，实现太阳能光热输出中温高品质蒸汽，对海水进行多级蒸馏淡化，从而得到较低成本的蒸馏水。该项目太阳能集热与海水淡化工艺优化，自动化程度高，同步响应快，运行稳定，可无人值守。
风光柴储一体化可移动式海水淡化系统
光伏技术和海水淡化技术的结合，主要是利用太阳能发电后驱动海水淡化系统产生淡水，具有不受有无电源困扰、运行成本低廉、无污染、无噪音等特点。研究表明，太阳能较之柴油供电海水淡化系统效益明显，成本仅为柴油的29.4%(10年运行费用之比)，按太阳能光伏电池使用寿命20年计算，成本仅为柴油的17.6%；按0.5元/升销售淡水，太阳能海水淡化系统的初期投资只需1.5年即可回收。
国外太阳能海水淡化技术已有发展，过去几十年内，建造了大量的太阳能海水淡化系统，部分仍在运行。目前，受光热光伏转换效率以及占地等因素的限制，太阳能海水淡化只适合没有电、油，淡水需求量小的岛屿、海洋移动平台等。
海洋能海水淡化是新的研究方向
海洋能是指依附在海水中的可再生能源，主要包括了潮汐能、波浪能、温差能等。全世界海洋能的储存量非常可观，其中温差能和盐差能的总体储量最大，均为100亿千瓦级，而波浪能和潮汐能的储量也分别为10亿千瓦级。
波浪能是指海洋表面波浪所具有的，在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能。波浪发电是波浪能利用的主要方式。波浪发电的原理主要是将波力转换为压缩空气来驱动空气透平发电机发电。波浪能海水淡化系统一般包括波能捕获、能量转换和海水淡化三部分。波能捕获装置吸收波浪能并将其转换成为有规则运动形态（如直线运动或圆周运动）的机械能，再通过能量转换装置将机械能转换成为稳定的电能或其他形式的可用能，然后再与适合的海水淡化设备相耦合，最终实现淡水生产和能源供给。
印度国家海洋开发部最早提出了振荡水柱式波浪能海水淡化，该系统先将波浪能转换为电能，然后用电机驱动反渗透海水淡化装置。该系统目前还在运行当中，是目前全世界运行较好的波浪能海水淡化系统。该系统每天能产淡水14.4至21.6立方米，产水质量达到饮用水标准。国内中科院广州能源所也进行了波浪能海水淡化的研究。
海洋温差能又称海洋热能，是利用海洋中受太阳能加热的暖和的表层水与较冷的深层水之间的温差进行发电而获得的能量。它具有不存在间歇、受昼夜和季节的影响较少等优点。目前，海洋温差能主要用于发电，以海洋受太阳能加热的表层海水（25～28℃）做高温热源，而以500～l000米深处的海水（4～7℃）做低温热源，用热机组成的热力循环系统进行发电。
海洋温差能利用系统所需的冷海水需要从500～1000米的深海获得，这就大大增加了系统投资及维护成本，在一定程度上也限制了商业化的发展。
延伸阅读
多能互补海水淡化可提高系统稳定性
太阳能、风能、海洋能等可再生能源具有间歇性和不稳定性的特点，而这些可再生能源在空间和时间上一般都具有较好的互补性，因此多能互补的海水淡化技术，能有效降低依靠单一资源所造成的能源供给不足，提高系统的稳定性和经济性。
2013年8月，国家海洋局海水淡化与综合利用研究所自主设计建造了集风能、太阳能、柴油机三种能源形式、反渗透海水淡化及智能控制技术为一体的多能互补的海水淡化系统。该系统风电、光电、柴油发电可独立或联合向海水淡化装置提供电力，为海水淡化装置连续运行提供了保障。
此外，考虑到海岛自然环境恶劣，整套装置集成安装于集装箱内，便于实现整体运输和现场吊装，调试后可快速投产运行。在风、光都没有的情况下，该装置仍可连续运行约4小时。
（作者为国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所研究员）
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