摘要：本文總結了不同形式的可再生能源海水淡化方法，側重太陽能海水淡化方法及性能，對太陽能海水淡化技術研究進展進行了概括。對小容量的太陽能海水淡化工程，太陽能增濕去濕和太陽能蒸餾器是最好的選擇;太陽能驅動的多效蒸發對大容量太陽能海水淡化工程是最好的選擇。不同太陽能海水淡化系統的制水成本受很多因素影響變化很大。最后，本文指出了降低太陽能海水淡化系統制水成本的方向。

　　關鍵詞：高新科技職稱論文發表,新能源,太陽能,海水淡化,制水成本

　　0 介紹

　　所有偉大文明發祥地都靠近河流，證明了淡水資源對人類的不可或缺。如今社會經濟的發展，需要更多的淡水，而淡水資源匱乏且分布不均與水體污染同時存在。毋庸置疑，海水淡化技術是一個很好的解決辦法。多級閃蒸(MSF)，多效蒸發(MED)，反滲透(RO)，蒸汽壓縮(VC)，電滲析(ED)等傳統海水淡化技術已經成熟，并解決了全球范圍內一億多人的飲用水問題。據估計，一個裝機容量1.3×107m3/d的海水淡化廠，消耗原油為1.3×108t/年。但能源消費的強勁增長與能源、環境可持續發展要求消耗化石燃料的傳統海水淡化技術必須有新的進展。

　　可再生能源海水淡化技術受到青睞應運而生，圖0-1和0-2示出了2003年可再生能源海水淡化各新能源比重和不同海水淡化技術與可再生能源結合情況，圖0-3和圖0-4示出了2005年份此情況的變化[1] [2]。

　　圖0-1 2003年可再生能源海水淡化各新能源比重

　　圖0-2 2005年不同海水淡化技術與可再生能源結合情況

　　圖0-3 2005年可再生能源海水淡化各新能源比重

　　圖0-4 2005年不同海水淡化技術與可再生能源結合情況

　　可再生能源海水淡化技術的選擇取決于裝機容量、海水濃縮比、市政電網和可再生能源的形式等因素。太陽能是可以同時解決能源和淡水短缺的最有前途的新能源[3]。截止到2007年，太陽能海水淡化的裝機容量僅是海水淡化總裝機容量的0.006%[4]，可見太陽能海水淡化還有很大空間和潛力。

　　1 太陽能海水淡化技術

　　1.1太陽能海水淡化方法

　　根據太陽能集熱模塊和海水淡化模塊是否集中設置，太陽能海水淡化方法分為直接、間接法兩種。直接法的典型代表是太陽能蒸餾器，間接法包括太陽能多效蒸發、太陽能多級閃蒸、太陽能反滲透、太陽能增濕去濕，太陽能驅動機械壓縮，太陽能吸附等。

　　根據驅動太陽能海水淡化的能源是否全部來自太陽能，太陽能海水淡化方法可以分為全太陽能海水淡化和部分太陽能海水淡化兩種。Soteris[5]指出，由于太陽能集熱系統的昂貴和太陽能夜間不復存在，僅僅使用太陽能來淡化海水是不經濟的。Glueckstern[6]分別分析并對比了20000m3/d的全太陽能海水淡化系統和200000m3/d的部分太陽能海水淡化系統，只有在土地成本很低和高電價條件下，全太陽能海水淡化比部分太陽能海水淡化更有競爭力。

　　1.2 太陽能海水淡化技術進展

　　太陽能可以轉化成熱能或者電能，=可以與幾乎所有淡化技術組合來淡化海水。不同的太陽能海水淡化技術根據地理位置、容量等因素有各自的優點，世界各地的學者都在研究太陽能海水淡化技術：

　　Ali[7]和Tzen[1]都認為最有前途的太陽能海水淡化方法是太陽能光伏電滲析和反滲透、太陽能熱多效蒸發和多級閃蒸。Sagie[8]比較了太陽能多效蒸發和化石燃料反滲透驅動的裝機容量為100000 m3/d海水淡化廠，只有電力成本高于$0.071kWh-1時，太陽能多效蒸發的制水成本才會低于化石燃料驅動的反滲透制水成本，可見太陽能多效蒸發是優勢。

　　Glueckstern[6]提出一個綜合考慮地域、技術和經濟參數的評價大型太陽能海水淡化系統制水成本的方法，并用此方法對比分析了太陽池多效蒸發驅動的20000m3/d淡化系統和太陽能多效蒸發和市政電力反滲透混合驅動的200000m3/d的淡化系統，并認為有合適的地理條件存在時，太陽池淡化系統經濟且更具潛力;

　　Hoffman[9]對四種太陽能海水淡化技術組合(太陽能熱發電低溫多效蒸發，太陽池低溫多效蒸發，中溫拋物面集熱器熱力壓縮器和太陽能熱發電反滲透)驅動的100000m3/d太陽能海水淡化系統進行了理論研究和制水成本比較。他的研究表明，隨利率、太陽池成本和造水比等變化，制水成本本約為0.67-1.44$/m3。其中，太陽池與低溫多效蒸發組合是唯一不需要儲熱設備且制水成本最廉價，為0.67$/m3;

　　有研究人員[5][10]也認為多效蒸發能耗最低、最廉價且海水前處理最簡單，是間接太陽能海水淡化系統中最經濟的。并指出低溫多效蒸發器中，MES(塔式多效蒸發器)自身能夠適應0~100%變負荷運行，而且能夠適應驅動蒸汽負荷變化而不產生其他損失，是最好的低溫多效蒸發器。

　　Said[11]認為，研究各種太陽能集熱系統和傳統淡化技術的組合目的是為了降低淡化的制水成本。在所有太陽能電廠和海水淡化系統的組合中，以槽型拋物面太陽能集熱器為熱源的熱法海水淡化技術(比如MED)是最有前途的;而且當淡化容量相對較小時(大于90m3/d)，太陽能增濕去濕淡化技術(Solar HD)以其低投資和低運行成本，可以取代其他太陽能淡化技術;

　　Zamena[12]以降低制水成本為目標，對太陽能模塊和增濕去濕模塊進行了數學程序優化，認為系統最優運行工況點不是產水量最大時，且太陽能增濕去濕技術非常適合偏遠干旱地區，尤其適合分散式地供給淡水。

　　Mathioulakis[13]總結了大量的文獻，玻璃蓋板熱損失過大導致太陽能蒸餾器效率低，但小社區如果以獲得淡水為唯一目的，太陽能蒸餾器是最適合的;另外，對太陽能驅動的小容量淡化廠，太陽能增濕去濕相對其他技術來說更加高效，是最有前途的淡化技術;

　　Karen[14]對太陽能蒸餾進行了總結，太陽能蒸餾器易于建造和維護，在缺少電網和技術人員的地區，太陽能蒸餾器非常適合小規模淡化(一升~幾十升/天)。

　　以上研究者所處地域不同，經濟性標準和分析前提也不同，但可得出這樣的結論：增濕去濕和太陽能蒸餾器對中小容量的太陽能海水淡化來說是最好的選擇;大容量太陽能海水淡化，多效蒸發經濟性更好，且如果有合適地理資源時，太陽池低溫多效技術是最好的選擇;在太陽能熱電聯供海水淡化領域，槽形拋物面集熱器與多效蒸發是最好的組合。

　　1.3 太陽能海水淡化的制水成本

　　太陽能海水淡化系統中投資占比例最大，高額的投資導致制水成本居高不下。很多研究人員關注太陽能海水淡化的制水成本，表1-1列出了一些太陽能海水淡化系統的制水成本。

　　表1-1 太陽能海水淡化系統的制水成本

　　類型成本(/m3)特性描述文獻

　　多級太陽能蒸餾器$50容量7m3/d，考慮管道安裝，泵功，控制設備，操作維護等費用[15]

　　太陽能蒸餾器$13.5~23017種太陽能蒸餾器，淡水成本最低和最高分別是金字塔形蒸餾器、自動跟蹤太陽型蒸餾器[16]

　　SP+LT-MED(太陽池+低溫多效蒸發)$0.52~1.59容量大于100000m3/d[9]

　　PTC+MED(槽型拋物面+多效蒸發)$2裝機容量大于72m3/d，利用吸收式熱泵[17]

　　PTC+MED/熱泵€2.36, €3.3西班牙運行的PSA海水淡化廠，容量72 m3/d，成本分別對應有和無熱泵聯合運行[18]

　　從他們的研究可以看出，太陽能海水淡化系統的制水成本變動比較大，甚至難以給出一個確切的成本范圍。Said[11] 、Ioannis[19]和Mohamed[20]認為，太陽能海水淡化系統制水成本計算取決于不同的淡水容量、地理位置、能源種類等條件，目前的經濟性分析不能夠確定各種淡化技術的可行性，這使得比較和評價各種淡化技術的經濟性變的很困難。

　　2 降低太陽能海水淡化的制水成本

　　高昂的太陽能海水淡化制水成本和日益緊張的能源與環境問題，使得降低制水成本成為燃眉之急。降低制水成本的方向還是很明確的：

　　1)使用儲熱設備，提高集熱系統的性能

　　盡量多的收集太陽能而盡量少的損失能量無疑會降低制水成本。Holst[21]建造的0.5 m3/d多級太陽能增濕去濕淡化系統，因為使用儲熱水箱降低制水成本50%以上。

　　2)太陽能海水淡化系統良好的運行與維護

　　Nashar[22]分析了迪拜真空管集熱多效蒸發120 m3/d海水淡化廠，由于塵土積累當真空管透光率降低到0.6，淡水產量降低到40%，可見集熱管的塵土對系統的性能影響很大。

　　3)太陽能集熱系統和海水淡化系統的匹配優化

　　4)與化石燃料或其他能源實現聯合運行[5][2]，并拉長產業鏈條[23]。

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