据世界银行提供数据,我国年人均水资源拥有量约为 2151立方米,只有世界平均水平四分之一,是世界上人均拥有水资源量{zd1}的国家之一。我国除了在总体上是个水紧缺国家,在不同地区水资源量还存在巨大差距。南方每年降雨量平均超过2000毫米,而北方只有约200-400毫米,因此北方人均水资源拥有量每年只有757立方米,不到南方四分之一,约为世界平均水平十一分之一,低于通常界定为“水稀缺”的1000立方米。水资源稀缺必然影响人们生活质量和经济发展,但我国是个海洋大国,海水资源极其丰富,西部地区则有相对丰富的苦咸水资源,当前海水淡化成为解决水资源稀缺的一个重要方向。
解决核心技术难题
进行海水淡化获得可饮用淡水,需要能源。于是美、法、日、以色列及中国等国的眼光都投向清洁、可再生的太阳能。太阳能蒸馏淡化技术主要是从太阳能采集热量加热海水。但太阳能是稀薄、低密度能源,想用太阳能进行海水淡化,必须解决的关键难题是:海水的进口温度、流量等技术问题。此外目前常见的太阳能海水淡化系统以蒸馏法为主,也存在采用自然对流,热效率不高;水蒸气未被充分利用,造成能量损失等问题。
太阳能可以替代传统化石能源用于预热海水和生产蒸汽,但目前传统太阳能海水淡化装置产水效率不高,年产淡水率仅约为1000公斤/平方米,利用太阳能作为海水淡化能源还不具有竞争力。同时由于太阳能集热器方面成本投资高,也相应提高单位水量的成本投入,造成太阳能海水淡化系统产水率较低,成本投资较大,成为制约太阳能海水淡化商业发展的缺陷。据悉目前世界上有数以千计的海水淡化工程,每天大约2750万立方米海水或苦咸水变成淡水,这仅占世界淡水消费量的3%%。海水淡化大规模的工程成本为1美元/立方米,小型海水淡化工程成本从1美元-3美元/立方米不等,随着海水淡化工程成本降低,淡水生产量逐渐增加。由于海水淡化产业和太阳能集热器技术发展,太阳能海水淡化技术研究,即通过加湿xx技术进行海水淡化。也就是以太阳能真空管空气加热器提供高温湿空气为介质,并利用湿空气在不同温度下的变化,增强湿空气在高温下的吸湿能力,利用蒸发和冷凝的加湿减湿方式淡化海水,最终产出淡水。太阳能集热器与常规海水淡化装置联合运行成为当前各界研究热点,也推动了我国太阳能和海水淡化技术和产业的快速发展。
加湿率可达90%以上
太阳能海水淡化是利用太阳能提供热源,在海水或苦咸水中提取淡水的技术。它利用太阳能空气集热器和防腐集热器共同提供淡化海水热源。从工作原理来说是由空气集热器得到的高温空气,通过加湿装置,而加湿装置的海水由纳米塑料集热器加热,从而热水和高温空气充分接触,海水蒸发得到高湿高温空气,加湿率可达到90%以上;高温高湿空气通过冷凝器,利用海水的冷量将淡水冷凝出来,从而在淡水箱中得到达标淡水。采用加热加湿方式出水量大,水质清洁达标;系统防腐等级高,寿命长。空气集热器是太阳能海水淡化的核心设备,国内外以研究平板式空气集热器为主,但平板式空气集热器热损较大,集热温度较低;太阳能全玻璃真空管空气集热器,是应用全玻璃真空管为核心集热元件而开发的一种以空气为介质的集热器。启动快、温度高,系统要求低,特别是集热温度可达到100℃以上,大大扩展了真空管集热器应用领域。随着真空管集热器等太阳能利用核心技术和设备进一步深入研究与发展,不断完善工艺流程,太阳能海水淡化工程在能源紧缺的未来具有很强竞争优势。
大幅降低运行成本
太阳能是用之不尽,取之不竭的可再生能源,清洁xx无环境污染,尤其在缺水干旱地区往往都是太阳能资源丰富地区;在太阳能辐射强烈季节,也正好是需求淡水最多的季节。因此利用太阳能淡化海水是一项利国利民并有利于环境的工程。采用大规模真空管太阳能空气加热器提供热源,利用湿空气热力学性质加湿和减湿的处理,进行海水淡化,可尽量减少单位集热面积的产水量成本,由于设施简单,流程简捷,便于使用维修,维护工作量小,有利于在海岛及沙漠、戈壁等缺少其他能源偏远地区使用。
太阳能海水淡化系统中采用蒸馏方法进行海水淡化,采用大规模真空管空气加热器作为热源,不同于传统工艺,节约大量热耗,节约能源损耗和运行成本。此外由于采用合理强化传热传质措施,空气加热器输出热空气的高性能,在产水率相对于一般太阳能海水淡化装置有一定程度提高,而单位成本投资水平基本与传统工艺持平,即每吨水投资不高于20元。此外由于在系统中只有水泵与风机系电能驱动设备,相应电能消耗较小,每吨淡水的能耗不高于3千瓦时。
从国际来看,20世纪70年代以来大多数沿海国家由于水资源问题日益突出,都直接卷入海水淡化发展潮流。无论是中东产油国还是西方发达国家都建有相当规模的海水淡化厂或海水淡化示范装置,北欧、南美和东亚地区每年海水淡化设备进口和工程安装市场近100亿美元,仍在高幅增长之中,南亚、中亚和非洲也有众多海水淡化潜在用户。海水淡化国际市场规模巨大。从国内来看,海水淡化可定位于市政用水补充,以缓解供水紧张状况,也可用于废水资源化,达到废水回用目的。空气集热器太阳能海水淡化可有效解决水资源缺乏地区饮水困难问题,还节能、环保。此外空气热源不单单可以与海水淡化进行结合获取淡水,还可在太阳能干燥、供暖等方面发挥独到作用。如年推广量达2万平米,年可节约煤炭约300万吨,并减少温室气体排放,减轻对环境的破坏。
目前海水淡化业市场主要包括有工程设计、设备制造、工程安装、淡化水产品提供、技术服务等。随着技术逐渐成熟,社会的发展和环保政策实行,该技术将有着更好的市场前景和经济、社会效益。
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