一種海水淡化暨分布式發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

范莉+夏非

摘 要： 本文介紹了一種海水淡化暨分布式發(fā)電系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，可在海水淡化的同時(shí)，將其他形式能量（溫差能、鹽差能、太陽能）轉(zhuǎn)化為電能，采用本系統(tǒng)能夠充分地利用各種新能源發(fā)電形式，提高發(fā)電效率，降低淡水成本及發(fā)電成本。

關(guān)鍵詞： 海水淡化 分布式發(fā)電 節(jié)能減排

中國(guó)大陸海岸線長(zhǎng)達(dá)18000km，面積達(dá)500平方米以上的島嶼有6536個(gè)，總面積72800多平方公里，島嶼岸線長(zhǎng)14217.8公里，其中有人居住的島嶼約為450個(gè)。在這些地區(qū)，淡水供應(yīng)和電力供應(yīng)需要高昂的成本。尋求一種高效的、低成本的能源供應(yīng)方式一直是研究人員努力的方向。

海洋是巨大的能源庫，主要以波浪能、海流能、潮汐能、溫差能和鹽差能等形式存在。以溫差能為例，全球海洋溫差能估計(jì)可開發(fā)利用量大約有100億kW。如果這種溫差被用于發(fā)電的話，就可以產(chǎn)生超過200億kW的電能。

面對(duì)海洋中巨大的能源儲(chǔ)備，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種海水淡化暨分布式發(fā)電裝置，本裝置參加了我校第二屆節(jié)能減排創(chuàng)新大賽，獲得了校一等獎(jiǎng)。

1.裝置方案設(shè)計(jì)

該裝置如下圖所示，分為海水淡化、鹽差發(fā)電、太陽能發(fā)電、溫差發(fā)電四個(gè)主要部分，四個(gè)部分相互配合，力求充分利用海洋能源。

（1）海水淡化：在該環(huán)節(jié)采用反滲透[1][2]和多級(jí)閃蒸蒸餾技術(shù)[3]。利用反滲透進(jìn)行海水淡化，脫鹽率高、耗能少、淡水產(chǎn)量大、化學(xué)試劑消耗少、水質(zhì)穩(wěn)定，離子交換樹脂壽命長(zhǎng)，終端過濾器壽命長(zhǎng)。采用多級(jí)閃急蒸餾方式保證能量的逐級(jí)利用，達(dá)到提高淡水生產(chǎn)效率、充分利用能源的目的。高溫海水蒸發(fā)后溫度降到相應(yīng)的飽和溫度，排出蒸餾器外并收集到高濃度海水池，用于后續(xù)的鹽差發(fā)電。一臺(tái)多級(jí)閃急蒸餾裝置的蒸發(fā)室可有幾個(gè)甚至幾十個(gè)。

（2）溫差發(fā)電[4][5]：將經(jīng)多級(jí)閃急蒸餾后的高溫海水（75℃～85℃）作高溫?zé)嵩矗瑢?00米～1000米深處海水（4℃～7℃）作低溫?zé)嵩?，用熱機(jī)組成的熱力循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行溫差發(fā)電。從高溫?zé)嵩吹降蜏責(zé)嵩?，可能獲得總溫差70℃～80℃的有效能量。

（3）鹽差發(fā)電[6]：本系統(tǒng)的鹽差發(fā)電分為兩部分，一部分是利用經(jīng)閃急蒸餾后收集的高濃度海水和淡水池之間的化學(xué)電位差，另一部分是直接由海水與淡水的濃度差。本裝置海水采用經(jīng)多級(jí)閃急蒸餾后的高濃度海水與蒸餾后的淡水進(jìn)行鹽差發(fā)電，濃度差比普通海水高，發(fā)電效率更高。

（4）光伏發(fā)電：目前，光伏發(fā)電在很多地方都有應(yīng)用，在本裝置中利用分布在海岸線或海島上的太陽能電池，將光能轉(zhuǎn)換為電能。因?yàn)楹０毒€或海島上無遮擋，光伏發(fā)電效率高，對(duì)居民生活生產(chǎn)影響小。

本裝置模型按一定比例配置海水，首先模擬太陽光將海水預(yù)熱，之后將海水引進(jìn)閃蒸室，對(duì)其進(jìn)行蒸餾操作，淡水會(huì)沿蒸餾室壁流出進(jìn)入淡水池，而鹽水將會(huì)從蒸餾室的下部流出進(jìn)入重鹽池。該裝置用兩個(gè)閃急蒸餾室來模擬系統(tǒng)的多級(jí)閃急蒸餾。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本裝置可正常運(yùn)行。

2.應(yīng)用前景和推廣中存在的困難

對(duì)于海島、沿海地區(qū)等缺乏淡水資源地區(qū)的居民，本系統(tǒng)可提供附近地區(qū)居民的飲用水需求及電能需求，根據(jù)缺水區(qū)域的面積和裝置規(guī)模的大小，可部分或全部實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、生活淡水與電能的自給自足，甚至可進(jìn)行農(nóng)作物種植培育。此外，在海水淡化過程中可以提取大量的鎂、溴、碘等離子，供化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)使用。

該系統(tǒng)應(yīng)用推廣中存在的主要的問題有：（1）海洋能的能量密度較低；（2）海水的鹽含量較高，易對(duì)裝置設(shè)備造成腐蝕，增加維護(hù)費(fèi)用；（3）裝置占地面積較大，在某些地區(qū)開展應(yīng)用達(dá)不到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]詹紅菱.反滲透（SWRO）海水淡化高壓.中國(guó)建設(shè)信息（水工業(yè)市場(chǎng)），2009（10）.

[2]李相發(fā).反滲透海水淡化遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)的研究.杭州電子科技大學(xué)，2012.

[3]張百忠.多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù).一重技術(shù)，2008（4）：48-49.

[4]封光，鐘爽.海洋溫差發(fā)電的研究現(xiàn)狀與展望.東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（02）.

[5]張鵬，曾狄根，黃學(xué)章.半導(dǎo)體溫差發(fā)電在工業(yè)余熱利用中的可行性分析.輕工技術(shù)，2009（12）.

[6]胡以懷，紀(jì)娟.海水鹽差能發(fā)電技術(shù)的試驗(yàn)研究.能源工程，2009（05）.