作者:贡晓丽 来源:中国科学报 发布时间:2015/9/8 9:43:25
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太阳能海水淡化“有价无市”

 

■本报记者 贡晓丽

提高经济性、尽早建立示范工程是发展太阳能海水淡化的重要途径。

图片来源:中国制造网

日前,我国首个太阳能光热海水淡化示范基地在海南省建设完工,上海骄英成为国内率先开发太阳能光热海水淡化技术的能源科技有限公司。

很多人或许会有疑问,天津的超市,货架上摆满海水淡化后的瓶装水,价格与普通矿泉水差不多。舟山、大连等地也都建有海水淡化的市政工程,居民家的水龙头里流出的是淡化后的海水,海南的“首个示范基地”从何而来?

殊不知,但凡市场上出售的淡化海水,无一例外都是用膜反渗透法制取的。

“传统的海水淡化需要的技术大体分为两类——膜法和热法。”北京理工大学教授、热能工程研究所所长郑宏飞向《中国科学报》记者解释说。

在太阳能海水淡化领域钻研近20年的郑宏飞,对太阳能海水淡化技术情有独钟,而现实是“市场上大家喝到的淡化海水全部是利用膜渗透方法制取的,利用太阳能加热蒸馏的热法始终难以推向市场”。

究其原因,郑宏飞认为,尽管太阳能海水淡化技术本身已不是难题,但由于材料价格昂贵,利用热法制取的淡水价格成本偏高,阻碍了研究进展和市场接受度。他同时指出,作为更适合分布式发展的热法,提高经济性、尽早建立示范工程是发展太阳能海水淡化的重要途径。

自身优势难取代

反渗透膜海水淡化是一种现代的海水淡化技术。反渗透膜生产者莱特莱德环境工程有限公司负责人向记者介绍,在反渗透膜技术中,海水在高压下穿过过滤膜,受到过滤膜孔大小的限制,一些不需要的物质将被留在高压的一边。这种技术所需能量仅仅是给海水加压。

尽管如此,郑宏飞告诉记者,为了获得较高的产出率,反渗透膜技术依然是高耗能并且昂贵的。

“渗透膜需要1到2年更换一次,由于自主技术不过关,我国使用的渗透膜全部由国外进口,因电能消耗巨大而造成运营成本昂贵。”郑宏飞认为,渗透法受电价影响较大。“如果没有低电价的照顾,其淡化海水的成本并不低廉。”

反渗透法对海水的利用率也低于太阳能淡化方式,渗透法只能将废弃海水浓度由3.5%提高到最多8.5%左右,“再提高一点都很困难,因为反渗透压过大会造成能耗过高。但是利用太阳能淡化技术则可以使出水含盐率达到20%,盐水结晶率为25%。”也就是说,经过太阳能淡化技术产生的废弃海水,不需要经过太多晾晒就可以产出盐。

反渗透方法的不足之处还在于海水不能直接渗透,需要进行严格的预处理,添加一些化学处理剂。莱特莱德负责人表示,过滤膜的孔非常细小,海水必须经过沉淀、有机物去除等环节的预处理,才能通过渗透压来提纯。

而利用蒸发冷凝原理的太阳能淡化技术,则对海水的浓度、温度要求不高,控制管理也非常简单,特别适合中小型分布式系统采用。

“太阳能是清洁能源,可持续、可再生,太阳能海水淡化技术不但节能环保、运行成本比较低,太阳能集热器的效率也很高,用太阳能给海水淡化供热技术成熟。”在2015太阳能海水淡化专题研讨会上,大连理工大学教授郭亚丽说。

成本太高成瓶颈

既然太阳能海水淡化优势明显,为何我国的此项技术仍没有获得商业化?太阳能丰富、苦咸水聚集的地区为何没有享受到此项技术的好处?

“与渗透膜的投入比起来,太阳能淡化方法中用到的器件成本更加昂贵。”莱特莱德负责人说,这也是许多企业未曾涉足太阳能淡化技术的原因之一。

这得到了郑宏飞的坦率认可:“太阳能海水淡化的主要器件包括集热器、换热器和淡化器,而集热器中真空管的成本占系统总价的一半以上。”

通过太阳能淡化系统产出的淡水,每吨售价达到20元左右,这比人们日常使用的自来水价格高出两至三倍,也大大高于膜渗透法制取的淡水价格。

为了降低各组件成本,提高系统可靠性和稳定性,郑宏飞提出了多种方案,而最近的研究——聚光直接加热式,似乎契合了对此项技术的所有诉求。

据介绍,聚光直接加热式无需冗长管路,减少了管路投资与热损失;用陶瓷粒子或其他方法功能化海水,使得海水直接吸收太阳光,利用强光直接蒸发海水,省略了换热器,减少了传热环节,提高了聚热效率,将有望成为未来具有重要前景的太阳能海水淡化技术。

此外,功能粒子在水中运动并相互碰撞,从而磨掉蒸腾器表面的结垢,彻底解决高温加热海水的结垢问题;聚光接收器的换热部分,即与海水接触的部件全部可以用非金属材料制造,比如接受太阳光而使海水蒸发的加热管可以用石英玻璃制造,从而提高整个系统的抗腐蚀性;末端海水处理装置采用传统的海水淡化系统,技术成熟,效率高,同时可以规模化。

“把太阳能集热器和淡化器合二为一,直接将成本降低了一半。”因为此项技术的申报,郑宏飞于近日得到国家自然科学基金支持,获得数十万元研究经费。

示范工程盼建立

“太阳能海水淡化的研究发展不是要挤掉反渗透,而是作为技术补充,依据不同地域的特点,提供更多选择。”郑宏飞说。

如今,世界上利用太阳能海水淡化技术最多的地区集中在沙特等中东国家,大量的光照和充裕的资金是他们的优势。但在郑宏飞看来,技术的先进不代表技术方案同样先进:“国外多采用太阳能集热器驱动多级闪蒸或低温多效系统,把原有的工业技术和太阳能技术相结合,管理起来较复杂,系统检测或控制的指标过多,一项失误都可能导致系统停运。”

郑宏飞团队要解决的也正是太阳能海水淡化系统的普遍要求:控制简单、运行平稳、适应太阳光照强度的不稳定性。

目前我国并不缺乏自主研发的太阳能海水淡化技术,“只有建立更多大型的示范工程,发现更多问题,系统才能得到完善,才能加快商业化。”郑宏飞说。

但做示范工程需要资金支持,找到感兴趣的企业投资,是技术商品化最快的办法。就在记者采访当天,郑宏飞接到河北天朗环保工程有限公司的邀约,公司盛情邀请其前往当地考察污水处理工艺,并表示愿与校方合作,支持郑宏飞团队示范工程的建立。

企业参与、政府支持才能达到产业规模化,示范工程的建设将使新技术更有展示性,吸引更多的资金进入这个领域。

“将太阳能利用技术与海水淡化技术有机结合将是今后海水淡化发展的一个热点。”郭亚丽强调,需要注意的是,在发展中应避免形成以能源换水源,从而加重能源紧缺和环境污染,进一步使水源更加紧缺的恶性循环。将太阳能海水淡化系统运行过程真正优化为大自然水循环过程,成为最经济环保的生态新技术才是太阳能海水淡化技术的永恒追求。

《中国科学报》 (2015-09-08 第6版 能源)
 
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2015/9/8 10:35:50 maozigongguan
适合海南省三沙市用,
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