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论太阳能海水淡化技术的现状及发展趋势 机械电子工程学院 能源与动力工程14—3 曾培乐 34 淡水资源： 没有水，就没有生命。 地球上只有百分之三的水是淡水，所有陆地生命归根结底都依赖于淡水，它决定着地球上生命的分布，水蒸气从海面升起，被气流夹带到内陆，随着海拔提高，汇聚成云层降雨，这也是淡水基本来源之一，溪流汇聚奔腾大河，雕凿出自然界奇观，河流沿岸提供了许多野生动物栖息地，孕育着物种丰富的物种，无论高山，还是湖底，有淡水的地方就有生命。 我国的淡水资源： 我国淡水资源总量为2.8万亿立方米,居世界第六位,但人均水量只相当世界人均占有量的1/4,居世界第109位. 江河也缺水，黄河连年出现断流。楼兰古城因为缺水，只剩下几处断垣残壁。罗布泊因为干涸，成为生命禁区。 我国的淡水资源： 中国的水资源并不丰富，总拥有量约2.7Tm3，可供开发利用的淡水资源量为1—1.1Tm3，居世界第六位。若按人均计，约为世界人均水量的1/4。列为世界第109位。我国是严重的缺水大国，在40多个严重缺水国家中位居前列。而且，我国水资源的时空分布不均衡，与耕地、人口的地区分布也不相适应。在全国总量中，耕地约占36%、人口约占54%的南方，水资源却占81%，而耕地占45%、人口占38%的北方七省市，水资源仅占9．7%。在时空分布上也不平衡，70%左右的雨水又集中在夏、秋两季，多以暴雨形式出现。以上不利的自然因素，注定了我国是一个缺水的国家。上世纪末对全国640个城市统计，有300个左右的城市不同程度地缺水。其中严重缺水的城市114个，月缺水1600万吨，每年因缺水造成的直接损失达2000亿元。 水 海水淡化技术： 海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。 从海水中取得淡水的过程谓海水淡化。 现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法，目前应用反渗透膜的反渗透法以其设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场，逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的方法。 常规的海水淡化技术： 常规海水淡化方法大体上可分为两大类：一类是热方法，以热源为驱动将海水蒸馏的过程，如多级闪蒸（MSF）、多效沸腾（MED）、蒸汽压缩法（VC）；另外一类是膜方法，以电能或压力为驱动的渗透/反渗透过程，如电渗析（ED）、反渗透法（RO）。除此之外，还有冷冻法、溶剂萃取法、水合物法、离子交换法、露点蒸发法等等，其中反渗透法、多级闪蒸、低温多效、压汽蒸馏法已实现工业化。 1）反渗透法（Reverse Osmosis） 反渗透技术通过对海水施加压力，使得水分子通过半透膜，水中的矿物质无法通过半透膜，这样就将水和盐类分离开来，这一过程称为反渗透。反渗透技术的优点在于能耗少，其能耗约144kJ/kg，远低于普通热法淡化技术。但在半透膜的另一侧容易积聚盐类导致结垢，因而需要定期更换，且海水预处理过程复杂，设备维护量较大。 2）多级闪蒸（Multi-stage Flash） 多级闪蒸通过降低蒸发室内的气压，使得进入蒸发室内的热海水直接达到沸点汽化，由于其没有加热面，较好的解决了当时困扰热法淡化技术存在的蒸发面结垢难题。它可以在较高的温度下运行而不结垢；采用多级能量回收的技术也使得它有较高的热效率，热耗相对较低，单位产水热耗约340kJ/kg。多级闪蒸在每一级中都要保持较高的海水流量来避免蒸发室结垢，这使得水泵的电耗较高，因而经济性较多效蒸馏有一定下降；同时多级闪蒸的负荷适应性较差，一般在80%~110%，适合大型的集中供水。 3）低温多效（LT Multi-effect Distillation） 多效蒸发过程发生在蒸发室的加热面上，在水温较高时容易导致结垢，影响加热面的传热过程。低温多效技术将海水温度控制在70℃以下，以保证加热面不结垢。低温多效技术的负荷适应性好，在较宽的负荷范围内都有较高热效率，负荷范围可拓宽至40%~110%，但其结构复杂，换热面积和占地面积大，初投资高 常规海水淡化技术的弊端： 常规的海水淡化方式都以化石燃料或电力为能源，能源消耗巨大，据测算，生产3500万吨淡水需要消耗3.5亿吨原油。同时化石燃料燃烧会向环境释放大量的温室气体，破环环境和生态。在缓解水资源短缺的同时，也给能源和环境带来了巨大压力，且初投资高，技术难度大，在小型化装置上产水率较低，难以满足偏远地区、海外离岛以及能源匮乏地区的淡水需求。20世纪70年代的能源危机，迫使人类将目光转向新能源利用，近年来以太阳能为代表的新能源技术迅猛发展，技术日臻成熟，这为太阳能海水淡化技术的发展奠定了基础。 太阳能海水淡化技术： 太阳能海水淡化技术是一种利用太阳能蒸馏器来进行海水淡化