太陽能海水淡化技術[一種海水淡化利用項目]

太陽能海水淡化技術：利用太陽能產生的熱能，直接或間接以驅動海水的相變過程.使海水蒸餾淡化；或是利用太陽能發電以驅動滲析過程.這是利用太陽能間接使海水淡化技術。

簡介

太陽能海水淡化技術

太陽能海水淡化技術無污染、低能耗、生產規模可有機組合,是有效解決淡水危機。太陽能海水淡化系統與現有海水淡化利用項目相比有許多新特點：首先是可獨立運行，不受蒸汽、電力等條件限制，無污染、低能耗，運行安全穩定可靠，不消耗石油、天然氣、煤炭等常規能源，對能源緊缺、環保要求高的地區有很大套用價值；其次是生產規模可有機組合，適應性好，投資相對較少，產水成本低，具備淡水供應市場的競爭力。

人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的套用有了近150年的歷史。由於它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛採用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中於材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環保等優點，將太陽能採集與脫鹽工藝兩個系統結合是一種可持續發展的海水淡化技術。太陽能海水淡化技術由於不消耗常規能源、無污染、所得淡水純度高等優點而逐漸受到人們重視。  

技術探索

人類利用太陽能淡化海水，已經有了很長的歷史。人類最早有文獻記載的太陽能淡化海水的工作，是15世紀由一名阿拉伯煉丹術士實現的。這名煉丹術士使用拋光的大馬士革鏡進行太陽能蒸餾。世界上第一個大型的太陽能海水淡化裝置，是於1874年在智利北部的Las Salinas建造的。它由許多寬1.14米， 長6l米的盤形蒸餾器組合而成，總面積47000米 。在晴天條件下，它每天生產2.3 萬升淡水(4.9升／天)。這個系統一直運行了近40年。
人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。早期的太陽能蒸餾器由於水產量低，初期成本高，因而在很長一段時間裡受到人們的冷落。第一次世界大戰之後，太陽能蒸餾器再次引起了人們極大的興趣。當時不少新裝置被研製出來，比如頂棚式、傾斜幕芯式、傾斜盤式以及充氣式太陽能蒸餾器等等，為當時的海上救護以及人民的生活用水解決了很大問題。

技術類型

太陽能海水淡化技術裝置

太陽能海水淡化中以蒸餾法為主。有三種方式：1、被動式太陽能蒸餾系統.如單級或多級頎斜盤式太陽能蒸餾器；回熱式、球面聚光式太陽能蒸餾器等。2、主動式太陽能蒸餾系統.有單級或多級附加集熱器的盤式、自然或強迫循環式太陽能蒸餾器。3、與常規海水淡化裝置相結合的太陽能系統。太陽能可與多數常規海水淡化系統相結合。如利用太陽能發電進行反滲透法或冷凍法進行海水淡化。此外，還有太陽能多級閃蒸、太陽能多級沸騰蒸餾等技術。

前景

未來的太陽能海水淡化技術，在近期內將仍以蒸餾方法為主。利用太陽能發電進行海水淡化，雖在技術上沒有太大障礙，但在經濟上仍不能跟傳統海水淡化技術相比擬。比較實際的方法是，在電力缺乏的地區，利用太陽能發電提供一部分電力，為改善太陽能蒸餾系統性能服務。
人們進一步認識到，太陽能海水淡化裝置的根本出路應是與常規的現代海水淡化技術緊密結合起來，取之先進的製造工藝和強化傳熱傳質新技術，使之與太陽能的具體特點結合起來，實現優勢互補，才能極大地提高太陽能海水淡化裝置的經濟性，才能為廣大用戶所接受，也才能進一步推動我國的太陽能海水淡化技術向前發展。

中國情況

發展背景

太陽能是用之不盡、取之不竭的可再生能源，清潔無毒且無環境污染，而缺水乾旱的地區，往往都是太陽能資源豐富的地區；在太陽能輻射強烈的季節，也正好是需求淡水最多的季節。因此，利用太陽能海水淡化不失為一項利國利民並有利於環境的工程。從地理環境上看，中國非常適合發展太陽能海水淡化，因為中國海岸線總長度為3.2萬公里，其中大陸海岸線1.8萬公里，島嶼海岸線1.4萬公里。另外隨著全球氣候變化，中國缺水的情況越發嚴重。

技術研究

中國對太陽能海水淡化技術的研究也有較好的基礎，在這方面做過較多工作的有中國科學院廣州能源研究所和中國科學技術大學等。20世紀80年代初，廣州能源研究所即開展了太陽能海水淡化技術的研究，完成了空氣飽和式太陽能蒸餾器的試驗研究，並於1982年左右在中國嵊泗島建造廠一個具有數百平方米太陽能採光面積的大規模的海水淡化裝置，成為中國第一個實用的太陽能蒸餾系統。接著，中國科學技術大學也進行了一系列的太陽能蒸餾器的研究，並在理論上進行了探討。對海水濃度、海水中添加染料及裝置的幾何尺寸等因素對海水蒸發量的影響進行了實驗，給出了有益的結果。
進入20世紀90年代後，天津大學、西北工業大學、西安交通大學等單位也加入到了太陽能海水淡化技術研究的行列，提出了一系列新穎的太陽能海水淡化裝置的實驗機型，並對這些機型進行了理論和實驗研究。比較有代表意義的有西北工業大學提出的“新型，高效太陽能海水淡化裝置”；天津大學提出的“回收潛熱的太陽能蒸餾器”；中國科學技術大學提出的“降膜蒸發氣流吸附太陽能蒸餾器”等等，使太陽能海水淡化技術有了較大進步。

太陽能海水淡化設備

進入21世紀之後，太陽能海水淡化技術進一步成熟。其中西安交通大學、北京理工大學等提出了 “橫管降膜蒸發多效回熱的太陽能海水淡化系統”，試製出了多個原理樣機，並對樣機進行實驗測試和理論研究。清華大學等單位在借鑑國外先進經驗的基礎上，對多級閃蒸技術在太陽能海水淡化領域的套用進行了探索，試製出了樣機，並在我國的秦皇島市建立了主要由太陽能驅動的實際運行系統，取得有益的經驗。
中國太陽能海水淡化技術的研究，走過了近25年的歷史，取得了可喜的成績。綜觀整個研究過程，基本可分為3個階段。第一階段在上世紀整個 80年代至90年代初期。這個階段是中國太陽能海水淡化技術研究的起步階段．也是中國太陽能熱利用研究的起步階段。那時，包括太陽能蒸餾器在內的許多太陽能套用技術，如太陽能幹燥器、太陽能熱水器、太陽能集熱器、太陽房以及太陽能聚光器等都吸引了許多科學家進行研究。但由於是起步階段，所以整個研究都處於較低的水平上，如對太陽能海水淡化技術的研究，基本都集中在單級盤式太陽能蒸餾器上。上面的討論已經指出，這種蒸餾器具有取材方便、結構簡單、無動力部件、建造和維修便利以及可以長期無故障運行等優勢，因而受到廣大用戶的青睞。但這種裝置由於其內部海水容量大，因而升溫緩慢，致使海水蒸發動力不足，加之整個蒸餾過程中未能回收蒸汽的凝結潛熱，所以一般系統的效率都不高， 約在35％ 以下。在晴好天氣下。每平方米採光面積的產淡水量在3.5—4.0kg 左右。
第二階段在20世紀90年代初到90年代末。此階段上，許多研究者逐步認識到了盤式太陽能蒸餾器的缺陷。在設法減少裝置中海水的容量方面，採取了梯級送水、濕布芯送水以及在海水錶層加海綿等方式，大大減小了裝置中的海水存量，使裝置中待蒸發的海水溫度得到進一步提高，也使裝置更快地有淡水產出，延長了產水時間，提高了裝置的產水效率。在回收水蒸汽的凝結潛熱方面，實驗了多級迭盤式太陽能蒸餾器以及其他回收水蒸汽潛熱的太陽能蒸餾器。採取這些措施之後，裝置的總效率提高到了約50％ 。

20世紀90年代末至現在，對太陽能海水淡化技術的研究進入到了第三個階段。在總結和分析了第二階段的研究成果後，人們發現：儘管採取了許多被動強化傳熱傳質措施，如減小裝置中海水的容量、多次回收蒸汽的凝結潛熱等，仍不能滿足用戶的要求，即太陽能蒸餾器的經濟性仍然不夠理想。分析發現，裝置內自然對流的傳熱傳質模式是限制裝置產水率提高的主要因素。於是研究者紛紛選擇了對主動式(加有動力，如水泵或風機等)的太陽能蒸餾器的研究。此期間出現了氣流吸附式、多級降膜多效回熱式、多級閃蒸式等許多新穎的太陽能海水淡化裝置，裝置的總效率也有了較大提高，達到80％ 左右(包括電能的消耗)。

太陽能海水淡化技術套用原理

太陽能海水淡化設備的運行原理是利用太陽能產生熱能驅動海水發生相變過程，即產生蒸發與冷凝。運行方式一般可分為直接法和間接法兩大類。顧名思義，直接法系統直接利用太陽能在集熱器中進行蒸餾，而間接法系統的太陽能集熱器與海水蒸餾部分是分離的。但是，近20多年來，已有不少學者對直接法和間接法的混合系統進行了深人研究，並根據是否使用其他的太陽能集熱器又將大型太陽能海水淡化設備分為主動式和被動式兩大類。