太阳能光热海水淡化成本不断下降

时间:2020-02-14 17:17来源:国家光热联盟
  2018年8月,美国能源部(DOE)宣布资助2100万美元支持太阳能光热海水淡化技术研发项目,旨在加快太阳能光热海水淡化技术的创新突破,降低光热海水淡化的成本,其中低容量、高盐度水(如石油和天然气生产中的卤水)淡化处理成本降至1.5美元/每立方米,大容量、低盐度的海水或者市政盐水淡化处理成本降至0.5美元/立方米,从而加快该技术的商业化。
  2019年11月19日,中华人民共和国工业和信息化部、水利部联合发布《国家鼓励的工业节水工艺、技术和装备目录(2019年)》中,提及“太阳能光热低温度多效海水淡化技术”。《目录》指出:太阳能光热低温多效海水淡化技术集成聚焦集热系统、全自动太阳能跟踪驱动控制等技术生产高温蒸汽,并利用真空条件下海水低温沸腾蒸发的物力特性实现海水的多效蒸馏海水淡化。该技术配置高温相变储热系统,缓冲太阳能光热系统的热输出,可延长海水淡化系统工作时间,提高产水量和系统热效率。系统适用于海岛、沿海地区、中西部苦咸水地区工业行业,目前推广比例小于10%, 未来五年预计推广比例达到15%,节水能力2200万立方米/年。
  据美通社消息,近日,沙特NEOM项目宣布将采用聚光太阳能(CSP)技术进行海水淡化,生产成本约为每立方米0.34美元(约合2.37元RMB/m³)。NEOM项目于2017年10月提出,是沙特“后石油时代”经济来源多元化计划的主要项目,位于沙特阿拉伯西北部,项目旨在打造一座占地2.65万平方公里,横跨沙特、约旦和埃及三国边境的“全新高科技未来城市”NEOM,预计共投资5000亿美元。
  据介绍,NEOM已经与英国的Solar Water公司签署了一项协议,在沙特阿拉伯西北部的NEOM建造首批“太阳能圆顶”海水淡化厂。首个“太阳能圆顶”工程将于2020年2月开工,预计2020年底完工。这个试点项目旨在彻底改变海水淡化过程,帮助解决世界上最紧迫的问题之一 —— 淡水的获取。Solar Water在英国克兰菲尔德大学(Cranfield University)开发的突破性方法首次大规模使用聚光太阳能(CSP)技术进行海水淡化。在这个过程中,海水被注入一个由玻璃和钢铁制成的水力“太阳能圆顶”,然后被加热、蒸发,最终沉淀为淡水。由于白天全天产生的太阳能已经被存储,“太阳能圆顶”海水淡化过程也可以在晚上进行,这一过程将减少淡水提取过程中产生的盐水总量。通常情况下,盐水中的高浓度盐使处理更加困难、成本更高。由于没有盐水被排入大海,太阳能圆顶过程有助于防止对海洋生物造成任何伤害。
图:太阳能海水淡化项目示意图
  除了制取成本,效率也是太阳能海水淡化的关注点。无独有偶,近期,能源领域顶级期刊《Energy & Environmental Science》刊发了上海交通大学等学者(上海交通大学制冷与低温工程研究所的王如竹教授和徐震原副教授等组成的ITEWA创新团队与麻省理工学院Evelyn N. Wang教授和Lenan Zhang博士等合作)最新的超高效太阳能海水淡化研究成果《Ultra high-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still》。
  文中表示:在1000W/㎡太阳辐照下,通过采用商用和低成本材料搭建的实验装置,研究团队创纪录地实现了385%的太阳能蒸发效率和5.78L/(㎡·h)的海水淡化产水率。这比此前的效率记录高约2倍,为实现超高效的被动式太阳能海水淡化提供了全新思路和理论框架。除此之外,该装置可以通过毛细作用进行被动补水,同时通过盐分在夜间的反向扩散实现被动排盐,保证长效稳定的被动式工作。据研究人员介绍,该装置在基础设施有限但阳光和海水充足的地区具有较大的应用潜力。据估计,利用该技术可满足一个家庭日常饮用水需求的装置造价在100美元左右。
图:中科院电工所2013年在海南建设完成的我国首套太阳能电水联产实验示范系统,该项目对太阳能中高温集热系统驱动的低温多效海水淡化主要装备和系统集成技术进行了研究。
  据了解,全球每天有超过10亿人无法获得洁净水,将完全可再生的能源资源——太阳能与轻松获得的大量海水结合,利用太阳能海水淡化方法来生产低成本、可持续的淡水,为清洁水资源的生产提供了一条路径。

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