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用清洁能源解决缺水危机

——访“HM/HD型太阳能海水淡化技术研究”课题组
Eedu.org.cn 作者:李禾    资讯来源:科技日报    点击数:    更新时间:2009-5-13
   本报记者:李禾

    课题描述:HM/HD型太阳能海水淡化技术研究

    点评专家:黄鸣(皇明太阳能集团有限公司董事长)

  据世界银行提供的数据,我国年人均水资源拥有量约为2151立方米,这只有世界平均水平的四分之一,是世界上人均拥有水资源量最低的国家之一。

  我国除了在总体上是一个水紧缺的国家,在不同地区,水资源量还存在巨大差距。即南方每年的降雨量平均超过2000毫米,而北方只有约200—400毫米,因此我国北方人均水资源拥有量每年只有757立方米,不到南方的四分之一,约为世界平均水平的十一分之一,低于通常界定为“水稀缺”的阈值水平1000立方米。

  水资源的稀缺必然影响人们的生活质量和经济发展,但我国是一个海洋大国,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,获得可以饮用的淡水,需要能源。于是美、法、日、以色列以及中国等国家的眼光都投向了清洁、可再生的太阳能。太阳能蒸馏淡化技术主要是指从太阳能采集热量,加热海水。但是太阳能是稀薄、低密度的能源,想用太阳能进行海水淡化,一个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,也存在一般采用自然对流,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的化石能源,用于预热海水和生产蒸汽,但是目前传统的太阳能海水淡化装置的产水效率不高,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的能源还不具有竞争力。同时,由于太阳能集热器方面的成本投资高,也相应提高了单位水量的成本投入,造成太阳能海水淡化系统一方面是产水率较低,另一方面成本投资较大,成为制约太阳能海水淡化商业发展的缺陷。

  于是,皇明太阳能集团等组成的课题组,研发了HM/HD型太阳能海水淡化技术研究,即通过加湿除湿的技术,进行海水淡化。也就是以太阳能真空管空气加热器提供的高温湿空气为介质,并利用了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。专家点评:

  据悉,目前世界上有数以千计的海水淡化工程,每天大约2750万立方米的海水或苦咸水变成淡水,但这仅占世界淡水消费量的3%%。目前,海水淡化大规模的工程成本为1美元/立方米,小型的海水淡化工程的成本从1美元—3美元/立方米不等,随着海水淡化工程成本的降低,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的发展,太阳能集热器与常规海水淡化装置的联合运行成为当前各界研究的热点,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

  HM/HD型太阳能海水淡化是利用太阳能提供热源,在海水或者苦咸水中提取淡水的技术和装置。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;高温高湿的空气通过冷凝器,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的淡水。

  课题组表示,该系统除了在能量效率上有显著优势,安全可靠、耗电量小外,还具有多种优点,如系统模块化,安装便捷;系统常压运行,无易损件,无真空设备,运行安全稳定;利用太阳能作为淡化能源,环保节能,使用于海岛、沿海等地区;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,寿命长等。专家点评:

  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,但是平板式空气集热器热损较大,集热温度较低;而课题组研发的海水淡化热源,采用太阳能全玻璃真空管空气集热器,这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。不但启动快、温度高,而且系统要求低,特别是集热温度可达到100℃以上,大大扩展了真空管集热器的应用领域。

  随着真空管集热器等太阳能利用核心技术和设备的进一步深入的研究与发展,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的竞争优势。

  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,清洁无毒无环境污染,尤其在缺水干旱的地区,往往都是太阳能资源丰富的地区;在太阳能辐射强烈的季节,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。

  课题组认为采用大规模真空管太阳能空气加热器提供热源,利用湿空气的热力学性质,加湿和减湿的处理,进行海水淡化,可以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,便于使用和维修,维护工作量小,有利于在海岛,以及沙漠、戈壁等缺少其他能源的偏远地区使用。

  由于课题组研发的HM/HD型太阳能海水淡化系统中,采用蒸馏方法进行海水淡化,采用了大规模的真空管空气加热器作为热源,不同于传统工艺,节约了大量的热耗,节约了能源损耗和运行成本。此外,由于采用了合理的强化传热传质措施,空气加热器输出热空气的高性能,在产水率相对于一般的太阳能海水淡化装置有一定程度的提高,而单位成本的投资水平基本与传统工艺持平,即每吨水的投资不高于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。专家点评:

  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,都直接卷入了海水淡化的发展潮流。无论是中东产油国还是西方发达国家,都建设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有近100亿美元,仍在高幅增长之中,南亚、中亚和非洲也有众多的海水淡化潜在用户。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的补充,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。

  课题组研发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的饮水困难问题,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,还可以在太阳能干燥、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,并减少了温室气体的排放,减轻了对于环境的破坏。

  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。随着技术的逐渐成熟,社会的发展和环保政策的实行,该技术将有着更好的市场前景和经济、社会效益。

  ■攻关动态

  国家科技支撑计划重点项目“汽车自动变速箱(AT)产品开发及关键技术研究”通过专家论证

  4月28日,安徽省“十一五”国家科技支撑计划重点项目“汽车自动变速箱(AT)产品开发及关键技术研究”顺利通过了专家可行性论证。

  论证会由科技部高技术中心主持召开,来自中国工程院、中国汽车工程研究院、上海磁悬浮交通工程技术研究中心、清华大学、重庆长安汽车集团有限公司等13位技术专家、管理专家及财务专家组成论证会专家组。省科技厅有关处室和奇瑞汽车股份有限公司、江淮汽车股份有限公司、合肥工业大学等项目参与单位负责人参加了项目论证会。

  与会专家一致认为项目符合《国家中长期科技发展规划纲要》的要求,以自动变速箱(AT)及关键零部件技术为目标,分为自动变速箱关键零部件及技术、4速前置前驱自动变速箱产品、6速纵置后驱自动变速箱产品研究开发3个课题进行实施,任务设置与总目标结合紧密、课题分解合理,技术路线清晰,关键技术把握准确,项目计划实施期限恰当,项目实施条件具备,建议尽快启动。



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