海水淡化是高耗能產(chǎn)業(yè)，目前海灣國家所用的能量絕大多數(shù)依然為化石能源，她們需要改變依賴不可再生的化石能源來滿足日益增加的淡水需求的局面。
太陽能海水淡化
常規(guī)海水淡化方法大體上可分為兩大類：一類是熱法，以熱源驅(qū)動(dòng)將海水蒸餾，如多級閃蒸、多效蒸餾、蒸汽壓縮法；另一類是膜法，是以電能或壓力為驅(qū)動(dòng)的滲透/反滲透過程，如電滲析、反滲透法。除此之外，還有冷凍法、溶劑萃取法、水合物法、離子交換法、露點(diǎn)蒸發(fā)法等等，其中反滲透法、多級閃蒸、多效蒸餾的應(yīng)用較廣。
常規(guī)的海水淡化方式以化石燃料或電力為能源，能源消耗巨大，生產(chǎn)3500萬噸淡水需要消耗3.5億噸原油。同時(shí)化石燃料燃燒還會(huì)向環(huán)境釋放大量的溫室氣體，破環(huán)環(huán)境和生態(tài)。
利用太陽能進(jìn)行海水淡化由此成為一個(gè)熱門產(chǎn)業(yè)。事實(shí)上，早在1872年，智利LasSalinas地區(qū)就建成了一個(gè)面積達(dá)4600平方米的太陽能盤式蒸餾器，日產(chǎn)淡水量達(dá)17噸，并成功運(yùn)行至1910年，這是世界上第一個(gè)利用太陽能進(jìn)行海水淡化的裝置。其采用一個(gè)球面反射鏡將陽光聚焦于一個(gè)銅制的海水沸騰器，產(chǎn)生的蒸汽從沸騰器中引人一個(gè)傳統(tǒng)的水冷式凝結(jié)器,并在那里得到淡水。
利用太陽能光伏和光熱技術(shù)均可以進(jìn)行海水淡化，光熱技術(shù)主要以多效蒸餾、多級閃蒸、直接平板蒸餾等熱法進(jìn)行，光伏技術(shù)則主要以反滲透、電滲析等方式進(jìn)行。
光熱發(fā)電技術(shù)的獨(dú)特屬性在于，其不但可以提供電能，還可以提供熱能，可以根據(jù)情況為海水淡化提供不同的能量來源。傳統(tǒng)的光熱技術(shù)由于溫度較低，致使海水淡化的效率較低，利用光熱發(fā)電技術(shù)，則可以完全解決這一問題。
西班牙PSA平臺上建設(shè)有一個(gè)光熱海水淡化實(shí)驗(yàn)裝置，采用DSG槽式技術(shù)產(chǎn)出淡化水?？仆匾呀ǔ闪死?20平方米的槽形拋物面太陽能集熱器及一個(gè)7000升的貯熱罐，為多達(dá)l2級的閃蒸系統(tǒng)供熱的太陽能海水淡化裝置，每天可產(chǎn)近l0噸淡水。該裝置還可在夜間及太陽輻射不理想的情況下連續(xù)工作，其單位采光面積每天的產(chǎn)水量甚至超過傳統(tǒng)太陽能蒸餾器產(chǎn)水量的l0倍。
海灣國家的選擇
阿布扎比的Masdar可再生能源公司將于今年開始建設(shè)一個(gè)可再生能源海水淡化項(xiàng)目，該公司的目標(biāo)是到2020年建設(shè)一個(gè)全面采用可再生能源供能的海水淡化廠。
Masdar公司資產(chǎn)管理部總經(jīng)理MohammadAbdelqaderElRamahi說，“耦合可再生能源供能進(jìn)行海水淡化可以保障我們的淡水供應(yīng)，同時(shí)還可以利用我們的豐富可再生能源維護(hù)能源安全。”
他表示，Masdar公司目前正在進(jìn)行關(guān)鍵的第一步研究，即驗(yàn)證利用不同的可再生能源技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化海水淡化項(xiàng)目開發(fā)的前景。
對于其今年即將開建的示范項(xiàng)目，由于目前尚未揭標(biāo)，他沒有透露投標(biāo)方的信息，但他確定已有多個(gè)領(lǐng)先廠商對該項(xiàng)目表現(xiàn)出了投標(biāo)興趣。
Masdar的可再生能源海水淡化計(jì)劃將分兩個(gè)階段實(shí)施，第一個(gè)階段是關(guān)注海水淡化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，Masdar希望找到更高效的、環(huán)境更友好的低成本海水淡化技術(shù)，第二階段是將可再生能源與先進(jìn)的海水淡化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。
他表示，光熱發(fā)電技術(shù)是一個(gè)可以考慮的技術(shù)路線，Masdar未來如果要開發(fā)海水淡化項(xiàng)目，將面向CSP產(chǎn)業(yè)的企業(yè)進(jìn)行招標(biāo)。
阿聯(lián)酋不是唯一的一個(gè)對光熱發(fā)電海水淡化感興趣的海灣國家，卡塔爾環(huán)境與能源研究所(QEERI)最近已經(jīng)完成了利用CSP技術(shù)進(jìn)行熱法海水淡化的深度研究。沙特的SWCC海水淡化集團(tuán)是世界上最大的海水淡化企業(yè)，其此前也已經(jīng)宣布將建設(shè)三個(gè)新的太陽能海水淡化廠，可能會(huì)采用光熱發(fā)電技術(shù)。沙特的海水淡化項(xiàng)目開發(fā)不需要像電站項(xiàng)目開發(fā)一樣經(jīng)過特殊的授權(quán)，沙特阿美石油公司的太陽能工程經(jīng)理StevenMeyers如是表示，該公司已經(jīng)開始調(diào)研可再生能源應(yīng)用于海水淡化的潛力。
難以取舍的選擇
StevenMeyers的觀點(diǎn)是，光熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于沙特的海水淡化產(chǎn)業(yè)還將面臨諸多挑戰(zhàn)，因?yàn)楹Ｑ蟠髿夂蜕硥m中都含有較高的鹽分并以氣溶膠的形式存在，這些物質(zhì)會(huì)對太陽輻照造成散射影響，降低DNI值，并對光熱發(fā)電的相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，削減設(shè)備的運(yùn)行壽命，光熱電站的運(yùn)維成本也將因此大大增加。比如阿布扎比的Shams1電站的選址就距離海岸線有50多公里遠(yuǎn)。
StevenMeyers還稱，另外一個(gè)問題是海水淡化對熱源的溫度要求不高，其需要的工作溫度在80~120攝氏度之間，而光熱發(fā)電技術(shù)可產(chǎn)出的蒸汽溫度在300攝氏度以上，應(yīng)用于海水淡化有點(diǎn)大材小用。事實(shí)上，一般的平板集熱器或小型槽式集熱器都應(yīng)用于海水淡化更加適宜。
但如果真的想采用光熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行海水淡化，他建議開發(fā)商可以采用類似于傳統(tǒng)能源海水淡化的形式，在發(fā)電的同時(shí)利用余熱進(jìn)行海水淡化。海水淡化廠一般都與發(fā)電廠進(jìn)行配套，如果將熱源的獲取從傳統(tǒng)化石能源轉(zhuǎn)變?yōu)樘柲?，原理是一樣的，發(fā)電后的蒸汽余熱可以用來進(jìn)行海水淡化，如果增加儲(chǔ)熱系統(tǒng)，需要根據(jù)需求對電力和水處理能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。
如果將光熱電站海水淡化項(xiàng)目建在內(nèi)陸地區(qū)，將增加輸水管線的巨額投資。因此海水淡化廠的選址一般都應(yīng)近海，這對光熱電站可能造成的腐蝕問題也必須予以考慮。Masdar發(fā)言人echoesMeyers就表示，將光熱發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)在海岸線附近會(huì)帶來一些問題，光熱電站項(xiàng)目最好選址于內(nèi)陸，距海洋有一定的距離，以避免海洋的局部氣候?qū)鉄犭娬驹斐傻牟焕绊憽?/div>
當(dāng)然，也可考慮在內(nèi)陸建設(shè)光熱電站項(xiàng)目，通過電力輸送采用電驅(qū)方法進(jìn)行海水淡化，但事實(shí)上，如果單純的利用光熱發(fā)電的電力來進(jìn)行海水淡化，又面臨光伏發(fā)電等廉價(jià)可再生能源用電能進(jìn)行海水淡化的競爭，其余熱也不能得到有效利用。
如果光熱電站在發(fā)電的同時(shí)，為海水淡化廠提供熱能，其也需要靠近近海的海水淡化廠?？雌饋恚@是一個(gè)很難取舍的問題，靠近海洋不利于光熱電站運(yùn)維，不靠近海洋又將增加額外輸水投資，只提供電能又無法與光伏等再生能源發(fā)電競爭。
如果Masdar考慮利用CSP技術(shù)進(jìn)行海水淡化，可能其主要看中的還在于光熱發(fā)電的成熟儲(chǔ)熱技術(shù)。光熱發(fā)電配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)后可滿足海水淡化廠的全天候運(yùn)行，其擁有在夜間可以靈活提供熱能和電能的能力，這或許是CSP應(yīng)用于海水淡化的一大優(yōu)勢。
但現(xiàn)實(shí)依然面臨的問題是，光熱發(fā)電的成本還過高，其需要降至可與光伏等其它可再生能源相抗衡的地步才能獲得更大發(fā)展空間，而且光熱發(fā)電站必須依賴規(guī)模經(jīng)濟(jì)，至少建設(shè)50MW級以上規(guī)模的項(xiàng)目才具投資價(jià)值。這都是光熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于海水淡化所面臨的障礙。不但在海灣地區(qū)如此，在全球其它海水淡化市場，其問題也大致類同。
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