農(nóng)業(yè)工程論文發(fā)表期刊推薦《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》是由農(nóng)業(yè)部主管,農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所和中國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦的全國(guó)性學(xué)術(shù)類科技期刊，曾用名為《農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)》，創(chuàng)刊于1982年3月，于2003年改為現(xiàn)刊名。
　　摘要：本文總結(jié)了不同形式的可再生能源海水淡化方法，側(cè)重太陽(yáng)能海水淡化方法及性能，對(duì)太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行了概括。對(duì)小容量的太陽(yáng)能海水淡化工程，太陽(yáng)能增濕去濕和太陽(yáng)能蒸餾器是最好的選擇；太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的多效蒸發(fā)對(duì)大容量太陽(yáng)能海水淡化工程是最好的選擇。不同太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的制水成本受很多因素影響變化很大。最后，本文指出了降低太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)制水成本的方向。

　　關(guān)鍵詞：新能源,太陽(yáng)能,海水淡化,制水成本

　　0介紹

　　所有偉大文明發(fā)祥地都靠近河流，證明了淡水資源對(duì)人類的不可或缺。如今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要更多的淡水，而淡水資源匱乏且分布不均與水體污染同時(shí)存在。毋庸置疑，海水淡化技術(shù)是一個(gè)很好的解決辦法。多級(jí)閃蒸（MSF），多效蒸發(fā)（MED），反滲透（RO），蒸汽壓縮（VC），電滲析（ED）等傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)已經(jīng)成熟，并解決了全球范圍內(nèi)一億多人的飲用水問(wèn)題。據(jù)估計(jì)，一個(gè)裝機(jī)容量1.3×107m3/d的海水淡化廠，消耗原油為1.3×108t/年。但能源消費(fèi)的強(qiáng)勁增長(zhǎng)與能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展要求消耗化石燃料的傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)必須有新的進(jìn)展。

　　可再生能源海水淡化技術(shù)受到青睞應(yīng)運(yùn)而生，圖0-1和0-2示出了2003年可再生能源海水淡化各新能源比重和不同海水淡化技術(shù)與可再生能源結(jié)合情況，圖0-3和圖0-4示出了2005年份此情況的變化[1][2]。

　　圖0-12003年可再生能源海水淡化圖0-22005年不同海水淡化技

　　各新能源比重術(shù)與可再生能源結(jié)合情況

　　圖0-32005年可再生能源海水淡化圖0-42005年不同海水淡化技

　　各新能源比重術(shù)與可再生能源結(jié)合情況

　　可再生能源海水淡化技術(shù)的選擇取決于裝機(jī)容量、海水濃縮比、市政電網(wǎng)和可再生能源的形式等因素。太陽(yáng)能是可以同時(shí)解決能源和淡水短缺的最有前途的新能源[3]。截止到2007年，太陽(yáng)能海水淡化的裝機(jī)容量?jī)H是海水淡化總裝機(jī)容量的0.006%[4]，可見太陽(yáng)能海水淡化還有很大空間和潛力。

　　1太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)

　　1.1太陽(yáng)能海水淡化方法

　　根據(jù)太陽(yáng)能集熱模塊和海水淡化模塊是否集中設(shè)置，太陽(yáng)能海水淡化方法分為直接、間接法兩種。直接法的典型代表是太陽(yáng)能蒸餾器，間接法包括太陽(yáng)能多效蒸發(fā)、太陽(yáng)能多級(jí)閃蒸、太陽(yáng)能反滲透、太陽(yáng)能增濕去濕，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)機(jī)械壓縮，太陽(yáng)能吸附等。

　　根據(jù)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能海水淡化的能源是否全部來(lái)自太陽(yáng)能，太陽(yáng)能海水淡化方法可以分為全太陽(yáng)能海水淡化和部分太陽(yáng)能海水淡化兩種。Soteris[5]指出，由于太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的昂貴和太陽(yáng)能夜間不復(fù)存在，僅僅使用太陽(yáng)能來(lái)淡化海水是不經(jīng)濟(jì)的。Glueckstern[6]分別分析并對(duì)比了20000m3/d的全太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)和200000m3/d的部分太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)，只有在土地成本很低和高電價(jià)條件下，全太陽(yáng)能海水淡化比部分太陽(yáng)能海水淡化更有競(jìng)爭(zhēng)力。

　　1.2太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)進(jìn)展

　　太陽(yáng)能可以轉(zhuǎn)化成熱能或者電能，=可以與幾乎所有淡化技術(shù)組合來(lái)淡化海水。不同的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)根據(jù)地理位置、容量等因素有各自的優(yōu)點(diǎn)，世界各地的學(xué)者都在研究太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)：

　　Ali[7]和Tzen[1]都認(rèn)為最有前途的太陽(yáng)能海水淡化方法是太陽(yáng)能光伏電滲析和反滲透、太陽(yáng)能熱多效蒸發(fā)和多級(jí)閃蒸。Sagie[8]比較了太陽(yáng)能多效蒸發(fā)和化石燃料反滲透驅(qū)動(dòng)的裝機(jī)容量為100000m3/d海水淡化廠，只有電力成本高于$0.071kWh-1時(shí)，太陽(yáng)能多效蒸發(fā)的制水成本才會(huì)低于化石燃料驅(qū)動(dòng)的反滲透制水成本，可見太陽(yáng)能多效蒸發(fā)是優(yōu)勢(shì)。

　　Glueckstern[6]提出一個(gè)綜合考慮地域、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)的評(píng)價(jià)大型太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)制水成本的方法，并用此方法對(duì)比分析了太陽(yáng)池多效蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)的20000m3/d淡化系統(tǒng)和太陽(yáng)能多效蒸發(fā)和市政電力反滲透混合驅(qū)動(dòng)的200000m3/d的淡化系統(tǒng)，并認(rèn)為有合適的地理?xiàng)l件存在時(shí)，太陽(yáng)池淡化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)且更具潛力；

　　Hoffman[9]對(duì)四種太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)組合（太陽(yáng)能熱發(fā)電低溫多效蒸發(fā)，太陽(yáng)池低溫多效蒸發(fā)，中溫拋物面集熱器熱力壓縮器和太陽(yáng)能熱發(fā)電反滲透）驅(qū)動(dòng)的100000m3/d太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究和制水成本比較。他的研究表明，隨利率、太陽(yáng)池成本和造水比等變化，制水成本本約為0.67-1.44$/m3。其中，太陽(yáng)池與低溫多效蒸發(fā)組合是唯一不需要儲(chǔ)熱設(shè)備且制水成本最廉價(jià)，為0.67$/m3；

　　有研究人員[5][10]也認(rèn)為多效蒸發(fā)能耗最低、最廉價(jià)且海水前處理最簡(jiǎn)單，是間接太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)中最經(jīng)濟(jì)的。并指出低溫多效蒸發(fā)器中，MES（塔式多效蒸發(fā)器）自身能夠適應(yīng)0~100%變負(fù)荷運(yùn)行，而且能夠適應(yīng)驅(qū)動(dòng)蒸汽負(fù)荷變化而不產(chǎn)生其他損失，是最好的低溫多效蒸發(fā)器。

　　Said[11]認(rèn)為，研究各種太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和傳統(tǒng)淡化技術(shù)的組合目的是為了降低淡化的制水成本。在所有太陽(yáng)能電廠和海水淡化系統(tǒng)的組合中，以槽型拋物面太陽(yáng)能集熱器為熱源的熱法海水淡化技術(shù)（比如MED）是最有前途的；而且當(dāng)?shù)�化容量相�?duì)較小時(shí)（大于90m3/d），太陽(yáng)能增濕去濕淡化技術(shù)（SolarHD）以其低投資和低運(yùn)行成本，可以取代其他太陽(yáng)能淡化技術(shù)；

　　Zamena[12]以降低制水成本為目標(biāo)，對(duì)太陽(yáng)能模塊和增濕去濕模塊進(jìn)行了數(shù)學(xué)程序優(yōu)化，認(rèn)為系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行工況點(diǎn)不是產(chǎn)水量最大時(shí)，且太陽(yáng)能增濕去濕技術(shù)非常適合偏遠(yuǎn)干旱地區(qū)，尤其適合分散式地供給淡水。

　　Mathioulakis[13]總結(jié)了大量的文獻(xiàn)，玻璃蓋板熱損失過(guò)大導(dǎo)致太陽(yáng)能蒸餾器效率低，但小社區(qū)如果以獲得淡水為唯一目的，太陽(yáng)能蒸餾器是最適合的；另外，對(duì)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的小容量淡化廠，太陽(yáng)能增濕去濕相對(duì)其他技術(shù)來(lái)說(shuō)更加高效，是最有前途的淡化技術(shù)；

　　Karen[14]對(duì)太陽(yáng)能蒸餾進(jìn)行了總結(jié)，太陽(yáng)能蒸餾器易于建造和維護(hù)，在缺少電網(wǎng)和技術(shù)人員的地區(qū)，太陽(yáng)能蒸餾器非常適合小規(guī)模淡化（一升~幾十升/天）。

　　以上研究者所處地域不同，經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)和分析前提也不同，但可得出這樣的結(jié)論：增濕去濕和太陽(yáng)能蒸餾器對(duì)中小容量的太陽(yáng)能海水淡化來(lái)說(shuō)是最好的選擇；大容量太陽(yáng)能海水淡化，多效蒸發(fā)經(jīng)濟(jì)性更好，且如果有合適地理資源時(shí)，太陽(yáng)池低溫多效技術(shù)是最好的選擇；在太陽(yáng)能熱電聯(lián)供海水淡化領(lǐng)域，槽形拋物面集熱器與多效蒸發(fā)是最好的組合。

　　1.3太陽(yáng)能海水淡化的制水成本

　　太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)中投資占比例最大，高額的投資導(dǎo)致制水成本居高不下。很多研究人員關(guān)注太陽(yáng)能海水淡化的制水成本，表1-1列出了一些太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的制水成本。

　　從他們的研究可以看出，太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的制水成本變動(dòng)比較大，甚至難以給出一個(gè)確切的成本范圍。Said[11]、Ioannis[19]和Mohamed[20]認(rèn)為，太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)制水成本計(jì)算取決于不同的淡水容量、地理位置、能源種類等條件，目前的經(jīng)濟(jì)性分析不能夠確定各種淡化技術(shù)的可行性，這使得比較和評(píng)價(jià)各種淡化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性變的很困難。

　　2降低太陽(yáng)能海水淡化的制水成本

　　高昂的太陽(yáng)能海水淡化制水成本和日益緊張的能源與環(huán)境問(wèn)題，使得降低制水成本成為燃眉之急。降低制水成本的方向還是很明確的：

　　1）使用儲(chǔ)熱設(shè)備，提高集熱系統(tǒng)的性能

　　盡量多的收集太陽(yáng)能而盡量少的損失能量無(wú)疑會(huì)降低制水成本。Holst[21]建造的0.5m3/d多級(jí)太陽(yáng)能增濕去濕淡化系統(tǒng)，因?yàn)槭褂脙?chǔ)熱水箱降低制水成本50%以上。

　　2）太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)良好的運(yùn)行與維護(hù)

　　Nashar[22]分析了迪拜真空管集熱多效蒸發(fā)120m3/d海水淡化廠，由于塵土積累當(dāng)真空管透光率降低到0.6，淡水產(chǎn)量降低到40%，可見集熱管的塵土對(duì)系統(tǒng)的性能影響很大。

　　3）太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)的匹配優(yōu)化

　　4）與化石燃料或其他能源實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)行[5][2]，并拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條[23]。

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