太阳能海水淡化设备

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什么是太阳能

太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应可以维持几十亿至上百亿年的时间,太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能,太阳向宇宙空间发射的辐射功率位3.8*10^23kW的辐射值,其中20亿分之一到达地球大气层,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。到达地球大气层的太阳能,30%被大气层反射,23%被大气层吸收,其余的到达地球表面,其功率为8×10^13kW。

地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染。


太阳能海水淡化技术

利用历史

人类最早有文献记载的太阳能淡化海水的工作,是15世纪由一名阿拉伯炼丹术士实现的。这名炼丹术士使用抛光的大马士革镜进行太阳能蒸馏。世界上第一个大型的太阳能海水淡化装置,是于1872年在智利北部的Las Salinas建造的。它由许多宽1.14米, 长6l米的盘形蒸馏器组合而成,总面积4700㎡ 。在晴天条件下,它每天生产2.3 万升淡水(4.9升/米 ·天)。这个系统一直运行了近40年。

近代以来,人类早期利用太阳能进行海水淡化,主要是利用太阳能进行蒸馏,所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。早期的太阳能蒸馏器由于水产量低,初期成本高,因而在很长一段时间里受到人们的冷落。第一次世界大战之后,太阳能蒸馏器再次引起了人们极大的兴趣。当时不少新装置被研制出来,比如顶棚式、倾斜幕芯式、倾斜盘式以及充气式太阳能蒸馏器等等,为当时的海上救护以及人民的生活用水解决了很大问题。


新特点

与其他的海水淡化技术相比,太阳能海水淡化技术首先是可独立运行,不受蒸汽、电力等条件限制,无污染、低能耗,运行安全稳定可靠,不消耗石油、天然气、煤炭等常规能源,对能源紧缺、环保要求高的地区有很大应用价值;其次是生产规??捎谢楹?,适应性好,投资相对较少,产水成本低,具备淡水供应市场的竞争力。


技术原理

太阳能蒸馏器的运行原理是利用太阳能产生热能驱动海水发生相变过程,即产生蒸发与冷凝。运行方式一般可分为直接法和间接法两大类。顾名思义,直接法系统直接利用太阳能在集热器中进行蒸馏,而间接法系统的太阳能集热器与海水蒸馏部分是分离的。但是,近20 多年来, 已有不少学者对直接法和间接法的混合系统进行了深入研究,并根据是否使用其他的太阳能集热器又将太阳能蒸馏系统分为主动式和被动式两大类。

1、被动式太阳能蒸馏系统

被动式太阳能蒸馏系统的例子就是盘式太阳能蒸馏器,人们对它的应用有了近150年的历史。由于它结构简单、取材方便,至今仍被广泛采用。目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。目前,比较理想的盘式太阳能蒸馏器的效率约在35% ,晴好天时,产水量一般在 3~4kg/m 左右。如果在海水中添加浓度为 172.5ppm 的黑色萘胺, 蒸馏水产量可以提高约 30% 。

2、主动式太阳能蒸馏系统

被动式太阳能蒸馏系统的一个严重缺点是工作温度低,产水量不高,也不利于在夜间工作和利用其它余热。为此,人们提出了数十种主动式太阳能蒸馏器的设计方案,并对此进行了大量研究。

在主动式太阳能蒸馏系统中,由于配备有其它的附属设备,使其运行温度得以大幅提高,或使其内部的传热传质过程得以改善。而且,在大部分的主动式太阳能蒸馏系统中,都能主动回收蒸汽在凝结过程中释放的潜热,因而这类系统能够得到比传统的太阳能蒸馏器高一至数倍的产水量。


利用典范

海水淡化需要大量能量,所以在不富裕的国家经济效益并不高。而太阳能海水淡化技术的发展有望让这个难题得到解决。

沙特阿拉伯是一个水资源极度匮乏的国家,淡化海水是其最主要的居民用水来源。为了进一步提高海水淡化效能,降低工业成本,沙特阿卜杜·阿齐兹国王科技城日前公布了一项利用太阳能和纳米技术淡化海水的研究发展计划。   海水淡化在沙特是关系到国计民生的基础工业,具有极其重要的战略意义。科技城已与美国IBM公司合作建立了科研中心,将联合开发新技术,以用太阳能在蒸馏过程中替代成本相对高昂的油气燃料,该中心还将研究如何把先进的纳米渗透膜技术应用到淡水提取工艺中,使水分子更容易与其他海水成分分离。苏威利说,有关研究计划对于沙特海水淡化乃至整个国民经济的发展将起到巨大的推动作用。

目前,沙特海水淡化工业要消耗大量原油作为燃料,尽管沙特油气资源丰富,这仍然是一个不可忽视的开销。沙特拥有丰富的太阳能资源,利用太阳能可以大大节省海水淡化成本。 新技术的应用将大幅提高海水淡化工业的效率,有望将每吨淡化海水的成本控制在1.5里亚尔(约合2.7元人民币)以内。有关研究计划为期3年,包括在沙特北部与科威特交界的海湾地区建立一个世界上规模最大的太阳能海水淡化工厂,日产淡化海水3万吨,同时具备10兆瓦的发电能力。

据介绍,沙特已成为全球最大的淡化海水生产国,在沙特东部的阿拉伯湾和西部的红海沿岸共有30多个大规模海水淡化和发电一体化工厂。此外,沙特目前超过70%的城市居民用水来自海水淡化。


总结

太阳能作为一种新能源,具有许多优良的特点,在海水淡化方面结合太阳能的利用技术将会逐渐成熟,并在一定程度上缓解世界淡水资源的短缺问题。

注:由于现阶段太阳能设备业务量较大,本公司暂停定制太阳能海水淡化设备的定制,如有需要请移步反渗透海水淡化系统定制。