美亚利桑那大学开发出光伏光热混合脱盐技术

2020.08.07 来自：CSPFocus光略咨询

反渗透是净化海水的最常用方法之一，但该方法产生的效果有限。进入系统的水约有20％至50％作为浓缩废水保留下来。

现有几种处理浓缩废水的方法，包括将废水注入封闭的地下井中，并使用面积很大的池塘蒸发废水。然而，这些方法中的大多数都非常昂贵、费时且耗能。

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据外媒报道，亚利桑那大学工程师和科学家组成的团队正在开发一种太阳能脱盐系统，该系统结合了多种类型的技术，包括聚光光热技术，光伏技术和膜蒸馏技术，可以最大程度地从这些浓缩废水中回收水。该过程以更低的成本使用更少的能源，并且可以为资源稀缺的内陆地区（例如亚利桑那州）提供更多的水。美国能源部为此提供了50万美元的资金。

“同时使用CSP和PV的好处是，与仅使用PV或CSP的现有淡化系统相比，我们可以将能源效率提高一倍，”化学和环境工程学助理教授兼项目首席研究员Kerri Hickenbottom说道。“这种离网系统将使用可再生能源来改变我们处理高盐度浓缩废水的方式。”

化学和环境工程学的助理教授Andrea Achill和詹姆斯·怀恩特光学科学学院的教授Robert Norwood也参与了该项目。该项目使得该大学最近在2020年世界大学学术排名中在水资源领域获得美国第一和全球第二的地位。

膜蒸馏

该小组正在使用光学科学中心的太阳能测试台进行研究。他们还与附近的水和能源可持续技术中心（WEST Center）合作，该中心设有由Achilli监督的反渗透系统，该系统会生成团队用于测试的浓缩废水。

该太阳能脱盐系统使用“膜蒸馏”的过程来净化浓缩废水，该过程涉及在疏水微孔膜上产生温度梯度。膜较热侧的浓缩废水流在膜表面蒸发，通过膜孔，并在膜较冷侧冷凝为纯净水，从而分离污染物。这种特殊的膜类似于Gore-Tex织物，可以使汗液通过织物蒸发，但不允许水或其他水分进入。然后，他们将使用一种新颖的方法将剩余的废水从液体转变为固体。

“我们实际上正在开发一种新型的结晶技术，这样我们就可以提高膜通过的驱动力，回收浓缩流中的其他资源（如农业肥料和道路除冰剂）并实现零液体排放，” Hickenbottom说。

即使浓缩结晶后的材料不可用于其他应用，将其固化而不是将其保持在液体废物流中也可以使它们更容易运输且成本更低。

系统原理

光热发电和光伏发电都是利用太阳能发电的方法，但是它们的转换途径不同。光伏是使用半导体材料将太阳光直接转换成电能。光热是一个分为两个步骤的过程，其中涉及使用镜子聚集太阳的热量，然后使用汽轮机及发动机将热量转换为电能。

太阳能海水净化系统早有先例，但是这些系统单独使用光热或光伏技术。之前有人利用光伏技术发电，然后将其转换成热能。该混合系统使用了由诺伍德的ARPA-E FOCUS计划开发的太阳能光热、光伏和膜蒸馏技术。光伏发电产生的电能运行着辅助设备，例如泵，风扇和控制系统，而光热技术产生的太阳能直接用于加热水。该系统的另一个主要优点是它可以在离网地区（例如，美国原住民保留地）单独运行。

“当从一种能量形式转换为另一种能量形式时，效率会降低，因此，我们光伏光热混合系统的效率是仅使用光伏或光热的系统效率的两倍左右。” Hickenbottom说,“通过光热系统的跟踪方法来增加光伏的电能生产，我们还可以减少整个系统的占地面积和成本。”

研究人员已将其技术提交给美国能源部赞助的“美国制造挑战性海水淡化奖”。为期四阶段的竞赛提供了超过900万美元的奖金，旨在推动太阳能驱动的热脱盐技术的发展。作为挑战的一部分，该团队制作了一个有关该项目的90秒视频，可以在这里查看：

https://www.youtube.com/watch?v=KIGokvqha2g&feature=youtu.be

相关线下活动：

第十届光热发电中国聚焦大会2020（时间待定，中国北京）

第五届光热发电中东北非大会2020（9月9-10日，阿联酋迪拜）

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