福建東山風(fēng)能海水淡化裝置。按照設(shè)計(jì)，該裝置可日產(chǎn)淡化水10噸，滿(mǎn)足4000口左右網(wǎng)箱養(yǎng)殖的生產(chǎn)及其管理人員（200人）日常生活用水需要。

海南省樂(lè)東縣多效蒸餾海水淡化系統(tǒng)

風(fēng)光柴儲(chǔ)一體化可移動(dòng)式海水淡化系統(tǒng)

　　馮厚軍 謝春剛

　　據(jù)報(bào)道，國(guó)內(nèi)首個(gè)太陽(yáng)能光熱海水淡化商業(yè)示范項(xiàng)目日前在海南投產(chǎn)，此項(xiàng)目由國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所提供技術(shù)支持，標(biāo)志著我國(guó)光熱海水淡化技術(shù)取得重大突破。

　　事實(shí)上，利用沿海或海島地區(qū)豐富的可再生能源替代傳統(tǒng)能源進(jìn)行海水淡化，是前途十分廣闊的發(fā)展方向。

　　海水淡化是人類(lèi)追求了幾百年的夢(mèng)想。早在400多年前，英國(guó)王室就曾懸賞征求經(jīng)濟(jì)合算的海水淡化方法。從20世紀(jì)50年代以后，海水淡化技術(shù)隨著水資源危機(jī)的加劇得到了加速發(fā)展。

　　海水淡化的本質(zhì)是“以能源換水源”。然而，海水淡化產(chǎn)業(yè)是能耗密集型產(chǎn)業(yè)，利用傳統(tǒng)能源進(jìn)行海水淡化出現(xiàn)了資源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題。近年來(lái)，風(fēng)電、太陽(yáng)能、海洋能等可再生能源由于其可再生性、無(wú)污染等特點(diǎn)，受到世界各國(guó)研究機(jī)構(gòu)的重視�？稍偕�能源海水淡化也逐漸走進(jìn)了人們的生活。

　　風(fēng)能海水淡化產(chǎn)業(yè)化程度最高

　　風(fēng)能利用是一項(xiàng)技術(shù)發(fā)展最為成熟、產(chǎn)業(yè)化程度最高的可再生能源技術(shù)。風(fēng)能海水淡化主要有兩種形式：風(fēng)電海水淡化(分離式)；風(fēng)力直接驅(qū)動(dòng)海水淡化(耦合式)。分離式是先將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，然后再驅(qū)動(dòng)脫鹽單元進(jìn)行海水淡化。耦合式是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化的機(jī)械能直接用于驅(qū)動(dòng)脫鹽單元進(jìn)行海水淡化。兩者都必須采用相關(guān)的調(diào)節(jié)裝置解決風(fēng)能的波動(dòng)性問(wèn)題。分離式海水淡化的風(fēng)電可以并入電網(wǎng)，也可以不并網(wǎng)作為獨(dú)立能源直接為海水淡化廠供電。

　　美國(guó)GE公司對(duì)這兩種供電方式的風(fēng)電海水淡化廠進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和實(shí)體模型研究，表明風(fēng)力發(fā)電并入電網(wǎng)式的海水淡化廠成本更低。

　　風(fēng)電的重要特點(diǎn)是其隨機(jī)性(不連續(xù)性)，風(fēng)電并網(wǎng)后，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響。同樣，即使風(fēng)電不并網(wǎng)而直接為海水淡化廠供電，其淡水產(chǎn)量也不穩(wěn)定，難以保證城市的穩(wěn)定可靠供水。解決方法主要有：蓄水池法、電池法、抽水蓄能法等，其中第一種方法最為常用。

　　我國(guó)的內(nèi)陸山區(qū)、海島及沿海地區(qū)均擁有豐富的風(fēng)能資源（年平均風(fēng)速可達(dá)5米/秒以上），如果該地區(qū)淡水資源匱乏，有進(jìn)行海水或苦咸水淡化的需求，風(fēng)能海水淡化就可以同時(shí)解決淡水和能源的供應(yīng)問(wèn)題。特別是近年來(lái)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和海水淡化技術(shù)的進(jìn)步，使得風(fēng)能海水淡化技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并取得了許多有價(jià)值的研究成果。

　　太陽(yáng)能海水淡化更適合海島、平臺(tái)

　　利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化，主要是利用太陽(yáng)能的熱效應(yīng)和光效應(yīng)。熱效應(yīng)是直接利用太陽(yáng)能作為熱源加熱海水蒸餾；光效應(yīng)是利用太陽(yáng)能發(fā)電驅(qū)動(dòng)海水脫鹽。

　　太陽(yáng)能與多效蒸餾法的結(jié)合是利用太陽(yáng)能的熱效應(yīng)，使用高效的集熱器收集盡可能多的太陽(yáng)能，替代傳統(tǒng)能源加熱海水。

　　前不久，國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所與上海驕英能源科技有限公司合作，在海南省樂(lè)東縣自主建造完成國(guó)內(nèi)第一個(gè)太陽(yáng)能光熱海水淡化商業(yè)示范工程項(xiàng)目。該系統(tǒng)模仿“向日葵”自動(dòng)調(diào)整設(shè)備角度，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光熱輸出中溫高品質(zhì)蒸汽，對(duì)海水進(jìn)行多級(jí)蒸餾淡化，從而得到較低成本的蒸餾水。該項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱與海水淡化工藝優(yōu)化，自動(dòng)化程度高，同步響應(yīng)快，運(yùn)行穩(wěn)定，可無(wú)人值守。

　　光伏技術(shù)和海水淡化技術(shù)的結(jié)合，主要是利用太陽(yáng)能發(fā)電后驅(qū)動(dòng)海水淡化系統(tǒng)產(chǎn)生淡水，具有不受有無(wú)電源困擾、運(yùn)行成本低廉、無(wú)污染、無(wú)噪音等特點(diǎn)。研究表明，太陽(yáng)能較之柴油供電海水淡化系統(tǒng)效益明顯，成本僅為柴油的29.4%(10年運(yùn)行費(fèi)用之比)，按太陽(yáng)能光伏電池使用壽命20年計(jì)算，成本僅為柴油的17.6%；按0.5元/升銷(xiāo)售淡水，太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的初期投資只需1.5年即可回收。

　　國(guó)外太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)已有發(fā)展，過(guò)去幾十年內(nèi)，建造了大量的太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)，部分仍在運(yùn)行。目前，受光熱光伏轉(zhuǎn)換效率以及占地等因素的限制，太陽(yáng)能海水淡化只適合沒(méi)有電、油，淡水需求量小的島嶼、海洋移動(dòng)平臺(tái)等。

　　海洋能海水淡化是新的研究方向

　　海洋能是指依附在海水中的可再生能源，主要包括了潮汐能、波浪能、溫差能等。全世界海洋能的儲(chǔ)存量非�？捎^，其中溫差能和鹽差能的總體儲(chǔ)量最大，均為100億千瓦級(jí)，而波浪能和潮汐能的儲(chǔ)量也分別為10億千瓦級(jí)。

　　波浪能是指海洋表面波浪所具有的，在風(fēng)的作用下產(chǎn)生的，并以位能和動(dòng)能的形式由短周期波儲(chǔ)存的機(jī)械能。波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式。波浪發(fā)電的原理主要是將波力轉(zhuǎn)換為壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣透平發(fā)電機(jī)發(fā)電。波浪能海水淡化系統(tǒng)一般包括波能捕獲、能量轉(zhuǎn)換和海水淡化三部分。波能捕獲裝置吸收波浪能并將其轉(zhuǎn)換成為有規(guī)則運(yùn)動(dòng)形態(tài)（如直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)）的機(jī)械能，再通過(guò)能量轉(zhuǎn)換裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為穩(wěn)定的電能或其他形式的可用能，然后再與適合的海水淡化設(shè)備相耦合，最終實(shí)現(xiàn)淡水生產(chǎn)和能源供給。

　　印度國(guó)家海洋開(kāi)發(fā)部最早提出了振蕩水柱式波浪能海水淡化，該系統(tǒng)先將波浪能轉(zhuǎn)換為電能，然后用電機(jī)驅(qū)動(dòng)反滲透海水淡化裝置。該系統(tǒng)目前還在運(yùn)行當(dāng)中，是目前全世界運(yùn)行較好的波浪能海水淡化系統(tǒng)。該系統(tǒng)每天能產(chǎn)淡水14.4至21.6立方米，產(chǎn)水質(zhì)量達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)中科院廣州能源所也進(jìn)行了波浪能海水淡化的研究。

　　海洋溫差能又稱(chēng)海洋熱能，是利用海洋中受太陽(yáng)能加熱的暖和的表層水與較冷的深層水之間的溫差進(jìn)行發(fā)電而獲得的能量。它具有不存在間歇、受晝夜和季節(jié)的影響較少等優(yōu)點(diǎn)。目前，海洋溫差能主要用于發(fā)電，以海洋受太陽(yáng)能加熱的表層海水（25～28℃）做高溫?zé)嵩�，而�?00～l000米深處的海水（4～7℃）做低溫?zé)嵩�，用熱機(jī)組成的熱力循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。

　　海洋溫差能利用系統(tǒng)所需的冷海水需要從500～1000米的深海獲得，這就大大增加了系統(tǒng)投資及維護(hù)成本，在一定程度上也限制了商業(yè)化的發(fā)展。

　　延伸閱讀

　　多能互補(bǔ)海水淡化可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

　　太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能等可再生能源具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，而這些可再生能源在空間和時(shí)間上一般都具有較好的互補(bǔ)性，因此多能互補(bǔ)的海水淡化技術(shù)，能有效降低依靠單一資源所造成的能源供給不足，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

　　2013年8月，國(guó)家海洋局海水淡化與綜合利用研究所自主設(shè)計(jì)建造了集風(fēng)能、太陽(yáng)能、柴油機(jī)三種能源形式、反滲透海水淡化及智能控制技術(shù)為一體的多能互補(bǔ)的海水淡化系統(tǒng)。該系統(tǒng)風(fēng)電、光電、柴油發(fā)電可獨(dú)立或聯(lián)合向海水淡化裝置提供電力，為海水淡化裝置連續(xù)運(yùn)行提供了保障。

　　此外，考慮到海島自然環(huán)境惡劣，整套裝置集成安裝于集裝箱內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)吊裝，調(diào)試后可快速投產(chǎn)運(yùn)行。在風(fēng)、光都沒(méi)有的情況下，該裝置仍可連續(xù)運(yùn)行約4小時(shí)。

　　（作者為國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所研究員）