介紹太陽能海水淡化新技術

北京大學包頭創(chuàng)新研究院/付加庭

　　1前言

　　中國太陽能光熱利用經(jīng)過30 多年發(fā)展，一直以低溫生活熱水為主，據(jù)統(tǒng)計，截至2014年底，太陽能集熱器保有量達到4.14億平方米，位列世界第一。國家明確“十三五”期間將用5年時間由4 億平方米保有量翻一番到8億平方米的宏偉目標。要順利完成這一目標，必須擴展太陽能熱利用領域和方法，本文提出一種利用低溫太陽能集熱進行海水淡化的方法。

　　現(xiàn)有的海水淡化技術很多，但是傳統(tǒng)的海水淡化技術普遍存在投資高、能源消耗過大等因素，所耗能源主要來自石油和煤炭等化石燃料，因而導致海水淡化技術推廣受到一定局限。個別研究表明淡水日產(chǎn)量1000m3的海水凈化系統(tǒng)每年耗能量相當于10000噸石油。而對于缺乏化石燃料資源、人口密度低、沒有大規(guī)模連接電網(wǎng)的偏遠地區(qū)，很難建立傳統(tǒng)的海水淡化裝置。因此，利用無處不在的太陽能對海水進行淡化處理成為很好的選擇。

　　2技術背景

　　地球上海洋覆蓋面積71%，海水的儲量約13 .7億立方千米，占地球總水量的95%，占地表水總量的98%。在陸地的水儲量中，淡水只占全球水儲量的2.53%，但是可供人類直接使用的淡水總量僅占地球總儲水量的十萬分之七。我國是人均水資源缺乏的國家，被聯(lián)合國列為13個最缺水國家之一，全年淡水缺口高達400 億噸。

“十二五”期間，我國的海水淡化產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達到300 億元以上，未來幾年世界海水淡化市場將有近千億的商機。在此背景下，發(fā)展海水淡化新技術，特別是利用太陽能進行海水淡化新技術，當務之急向海洋索取淡水已成為現(xiàn)代社會的重中之重。大力發(fā)展海水淡化新技術，對實現(xiàn)2020年8億平方米太陽能集熱器保有量這一目標，對緩解當代水資源短缺、日趨突出的供需矛盾和日益嚴重的環(huán)境污染等系列重大問題具有深遠的戰(zhàn)略意義。

　　3太陽能海水淡化新技術

　　3.1海水淡化新技術簡介

　　在太陽能海水淡化新技術的裝置中，利用被太陽能加熱的水與海水換熱，加熱后的海水進入有吸附材料的蒸發(fā)器蒸發(fā)，蒸汽再進入冷凝器釋放潛熱并由高效能量回收系統(tǒng)將潛熱回收進海水，同時蒸汽在冷凝器中被冷凝成產(chǎn)品淡水。實現(xiàn)了淡化海水和能量的高效利用。系統(tǒng)無需高壓泵和消耗化學藥品，這種海水淡化方法的關鍵是吸附材料的使用以及高效能量回收技術；設備結構簡單、建造費用低且易維修保養(yǎng)；節(jié)省能源、造水能力高、成本低；既適宜小規(guī)模分散地區(qū)應用同時又適合大規(guī)模工程，此技術不同于以往的任何一種海水淡化方法。太陽能海水淡化新技術原理示意如圖1所示。

　　3.2海水淡化新技術的特點

　　海水淡化新技術是利用海水與太陽能集熱進行熱交換后達到預定的溫度，再進入高效蒸餾單元內蒸發(fā)，由于蒸發(fā)器內處于負壓狀態(tài)，降低了海水的飽和溫度，蒸餾單元內的海水處于飽和或者過飽和狀態(tài)，海水開始蒸發(fā)，在蒸餾單元內使用了多孔吸附材料來增加海水的蒸發(fā)面積，進一步加快了海水蒸發(fā)速度，海水能夠被迅速蒸發(fā)，水蒸氣蒸發(fā)后與冷海水進行初步換熱，從而水蒸氣得到冷凝而產(chǎn)生淡水，海水也得到預熱，水蒸氣的蒸發(fā)潛熱被回收利用，減少了能量的損耗，回收的熱量可以再次利用到海水的加熱過程中。因此，太陽能海水淡化新技術的優(yōu)點顯而易見。太陽能海水淡化實驗裝置如圖2所示。

圖2太陽能海水淡化實驗裝置

　　太陽能海水淡化系統(tǒng)與現(xiàn)有海水淡化利用項目相比優(yōu)點如下：

　　（1）蒸發(fā)壓力小，海水的沸點低，實現(xiàn)了海水低溫蒸發(fā)。

　?。?）利用多孔吸附材料增加了海水蒸發(fā)面積，增加淡水產(chǎn)量。

　?。?）利用合理設計流程和布置，增加了整個系統(tǒng)的能量回收率，具有節(jié)能、環(huán)保的作用。

　　（4）可獨立運行。不受蒸汽、電力等條件限制，無污染、低能耗、運行安全、穩(wěn)定可靠；不消耗石油天然氣、煤炭等常規(guī)能源，對能源緊缺，環(huán)保要求高的地區(qū)更有突出的應用價值。

　?。?）生產(chǎn)規(guī)模可有機組合，適應性好，投資相對較少，生產(chǎn)淡水成本低，具備淡水供應市場競爭力。太陽能海水淡化系統(tǒng)實際上是太陽能利用裝置和傳統(tǒng)的海水淡化裝置的結合，用太陽能代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源供給海水淡化裝置所需能量。

　　（6）對海水水質變化的適應性強、不易結水垢，理論可行、技術成熟、產(chǎn)水品質高，該技術投資小、運營成本低、產(chǎn)水率穩(wěn)定。生產(chǎn)過程無需消耗大量電能，應用廣泛，市場潛力大。

　　4總結

　　將太陽能低溫熱利用裝置和海水淡化技術相結合，開辟了太陽能低溫熱利用的新領域，用太陽能代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源供給海水淡化所需能量，在蒸發(fā)裝置中有吸附材料增大蒸發(fā)面積，強化蒸發(fā)效率，并在冷能裝置中通過低品質能量回收技術對蒸汽的汽化潛熱進行了高效回收，太陽能海水淡化新技術的產(chǎn)業(yè)化推廣，擴展了太陽能熱利用的應用領域，對節(jié)能減排，海水資源化應用具有重要意義。