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太阳能光热海水淡化技术在海南的推广应用

2018.07.27 来自:中国海洋报

四周被海洋环绕的海南省,看似拥有丰富的水资源,却同样面临着区域性和季节性缺水等问题。


如今,在这座岛屿上,“海水”变成“淡水”不再是一种奢望。经过科研人员的潜心研发,一种低能耗、低成本的太阳能光热海水淡化技术正稳步推广,这里充足的阳光和充沛的海水随之“变”成珍贵的淡水。



破解缺水之困


海南地处我国热带和亚热带地区,虽然拥有良好的水利条件,但空间分布不均,中部及东北部雨量多,西南部雨量少,加之天然存续能力弱,全岛区域性、季节性降水差异明显。尤其是位于西南部地区的乐东、昌江等地,受降水量偏少的影响,缺水一直是待解的课题。


《海南省水务发展“十三五”规划》指出,全省水安全保障能力与经济社会发展要求还存在不小差距,工程性、功能性缺水问题突出,水务建设历史欠账较多,亟待构建合理高效的水网保障体系。


海南周边拥有1823公里的海岸线,海洋资源蕴藏巨大开发潜能,在海水淡化方面具有得天独厚的优势。


为了解决水资源短缺的难题,海南省开始将目光投向环绕四周的海水。2011年印发的《海南省“十二五”规划纲要》明确,要大力发展现代海洋产业体系,支持发展海水淡化等新兴产业。


2016年,《海南省“十三五”规划纲要》进一步明确,要大力培育海洋新兴产业,促进海水淡化等高新技术的产业化应用。


国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所淡化室副主任赵河立表示,海水淡化是对水资源的重要补充,可有效缓解水资源短缺问题,对改善海南水资源结构,提高安全保障水平,构建多水源保障格局将发挥至关重要的作用。


“太阳能版”的神奇功效


2013年,一个“太阳能光热海水淡化站示范工程”,在乐东黎族自治县尖峰镇建成投产,日产淡水30吨。这是我国首个太阳能光热海水淡化项目,填补了研发和成果转化等方面的空白。自此,太阳能光热海水淡化技术逐渐走进人们的视野。


赵河立说:“目前在我国达到商业规模的海水淡化技术主要为反渗透法和蒸馏法,也就是常说的‘膜法’和‘热法’。”淡化所与骄英公司联合攻关,经过长时间的探索和研究,成功将太阳能光热技术用于蒸馏法海水淡化工艺,创造性地研发出一种全新的环保低碳海水淡化装置——太阳能光热海水淡化系统。


记者在工程现场看到,沿海的厂区空地上摆放着数排密密麻麻的反射镜,中间一根集热管带高高竖起,炽热的阳光通过镜面反射到集热带上,散发着刺眼的亮光。


“这些反射镜有一个神奇的‘技能’——可以跟踪太阳能轨迹转动,就像向日葵一样,最大限度地将太阳热能聚集起来。”


这套精致而动感的装置,又叫“线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统”。太阳能光热将集热带中的淡水变成蒸汽,随后把蒸汽的热量传递给海水淡化设备中的海水,使海水在负压条件下蒸发后冷却凝结,形成蒸馏水。


为了降低热法蒸馏过程中的能耗,淡化所全程负责光热系统与低温多效海水淡化技术的整合与调控。赵河立解释,与普通蒸馏法不同,低温多效蒸馏技术可以更加充分利用有效蒸汽。随着多效蒸汽在装置中持续流动,高温作用下喷洒出的海水被迅速蒸馏,并同步输出可直接饮用的淡水。


“太阳能光热海水淡化技术的应用,需要两个必不可少的条件,分别是太阳能和海水。”赵河立说,海南地理位置特殊,既有充足的光照,又有丰富的海水资源,两个条件完美兼具,应用前景广阔。


“引海止渴”有望成现实


不容忽视的是,成本问题是当前制约海水淡化实现产业化的重要瓶颈。在现行水价体系下,海水淡化成本较高,与自来水价格相比缺乏竞争力。


数据显示,目前我国海水淡化产水成本为4元/吨~6元/吨,其中能源成本占生产成本的比例达50%左右。“与常规的海水淡化技术相比,太阳能光热淡化技术节约了能源成本,使得产水价格大幅降低,仅为3.7元/吨左右。”赵河立说。


由于能耗成本低,乐东太阳能光热海水淡化站出产的水价格优势明显。在未铺设自来水管道的偏远农村,海水淡化站为村民就地配送桶装水,价格实惠,村民接受度也高。


乐东太阳能光热海水淡化站示范工程建成5年来,装置运行和产水品质稳定,经受住了热带海岛地区高温、高湿、高盐和强台风等恶劣气候的考验,进一步验证了“线性菲涅尔式太阳能聚光集热”“线性菲涅尔太阳能光热蒸汽”与“低温多效海水蒸馏”淡化工艺技术的可靠性,为实施产业化奠定了基础。


在产业化应用方面,骄英公司先后与淡化所、国电投上海发电设备成套设计研究院等单位开展合作,在太阳能光热海水淡化示范工程的基础上,加快推进海水产业化进程。


凭借多方面优势,太阳能光热海水淡化技术目前已在海南多地推广,有望助其“引海止渴”。

2015年,海南省东方市启动太阳能光热海水淡化供水惠民工程,彭志刚团队开始着手筹建占地约30亩的太阳能光热海水淡化站,届时可满足约5万居民的饮用水需求。该项目列入国家发改委节能循环经济和资源节约重大项目2015年中央预算内投资计划。


“2018年,我们还获得了海南省40个同类型项目的立项批文,力争到‘十三五’末全部建成。”彭志刚说,这些低能耗、低成本的太阳能光热海水淡化项目,可以满足180万~200万人的饮用水需求,补足海南岛淡水资源紧缺的发展短板。


低温多效海水淡化处理技术与太阳能光热技术的结合,不仅实现了海水淡化工艺的重要突破,也为众多同类型缺水地区开发利用海水资源提供了可借鉴的方案。


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