太阳能海水淡化技术研究-网络

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1、太阳能海水淡化技术研究-网络太阳能海水淡化技术应用研宄进展摘要：针对海岛普遍存在淡水资源匮乏、能源紧缺的问题，介绍了太阳能光伏发电-反渗透和太阳能-多效蒸发、太阳能-膜蒸馏和太阳能-增湿-去湿等海水淡化工艺的主要流程和关键技术的研宄进展，探讨了海岛上利用太阳能进行小规模海水淡化的发展前景及研宂重点。关键词：海水淡化；太阳能；光伏发电；多效蒸发；膜蒸馏；增湿-去湿随着我国对无人岛开发解禁和海军的战略转型，海岛及岛礁对淡水的需求也飞速增长，依靠传统的收集雨水、陆送淡水及开采地下水等方式已难以完全满足要求，海水淡化就成为进一

2、步增大海岛淡水供应量的最佳选择。国务院办公厅于近日下发了《关于加快海水淡化产业意见》（国办发[2012]13号）一文，提出我国海水淡化产业发展目标是到2015年海水淡化对海岛新增供水量的贡献率达到50%以上。海水淡化是一个高耗能的水处理过程，在能源冋样紧缺的海岛上，以石油等不可再生的燃料提供淡化所需的热能或电能不仅成本高昂，而且也给木己十分脆弱的海岛环境增添了新的环境负担，开发利用各种可再生清洁能源进行海水淡化具有重要的经济意义和环境效益，利用太阳能进行海水淡化就是其中最具代表性的技术之一。利用太阳能进行海水淡化最早可

3、追溯到15世纪，经过数百年的发展改进，太阳能在海水淡化过程中的应用形成了两种主要的技术途径：一是利用太阳能光伏发电并为海水淡化装置（反渗透或电渗析）提供动力；二是利用收集太阳能产生热能驱动海水相变过程（蒸馏过程）。1利用太阳能光伏发电的海水淡化利用太阳能光伏发电进行海水淡化，通常是将太阳能光伏发电系统与反渗透海水淡化工艺进行耦合，其主要工艺流程如图1所示。图1太阳能光伏发电-反渗透海水淡化工艺流程图采用太阳能光伏发电，可以与常规能源或其他可再生能源进行灵活组合，便于在工程实践中推广应用。如阿联酋某海岛采用离网型太阳能光

4、伏发电系统为反渗透海水淡化装置提供动力，可日产淡水120吨［1］。浙江省舟山市大色山岛建成了一套日产淡水5吨的光伏发电太阳能海水淡化示范工程，该工程配置了由30块功率为180W多晶硅电池板组成的光伏阵列，每个阵列的功率为1.8kW［2］。此外，我国南沙某岛礁建成了一套日发电300RW的离网型太阳能光伏发电系统，可向岛上的海水淡化系统和照明系统提供稳定电源；浙江舟山市在长峙岛规划建设以太阳能为主的光电应用示范岛。当前，利用太阳能光伏发电进行海水淡化存在的主要问题一是蓄电池组和太阳能电池制作成本高；二是太阳能电池组件光电转

5、化效率相对较低;三是蓄电池使用寿命短。太阳能光伏发电常用的蓄电池组有铅酸蓄电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池、锂离子电池等，新型的胶体密封铅蓄屯池、钠硫电池、氧化还原电池和超级电容器等也正在进一步研制。太阳能电池通常可分为多（单）晶硅太阳能电池、薄膜太能电池和其它新型太阳能电池等。太阳能电池的光电转化效率平均可达18%,部分新型太阳能电池性能可达19%-20%甚至更高，如曰本三洋电机公司利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池效率高达20.7%,我国尚德公司“冥王星”太阳能电池可实现20.3%的转换效率。为降低太

6、阳能电池的制造成本、提高电池性能的稳定性，研究人员利用纳米技术、丝网印刷工艺等开发了新型太阳能电池。如德国有机光伏开发商Heliatek研制了效率高达10.7%的有机层叠光伏电池；华东师大研宂人员研制的染料敏化太阳能电池光电转化效率超过10%，这些新型太阳能电池的制造成本较低，且在低光照和高温条件下性能稳定。被动式太阳能海水淡化占地面积大，产水量低，太阳能利用效率低。主动式太阳能海水淡化是指在被动式太阳能海水淡化系统中增加一些附属设备（如集热设备、水泵、风机等），使海水淡化过程的运行温度大幅提高，改善装置内部的传热传质

7、过程，同时主动回收利用蒸汽冷凝过程中释放的潜热，最终大幅提高太阳能海水淡化装置的产水量，比传统被动式太叫能海水淡化具有更高的产水率和太阳能利用效率，这也是当前太阳能海水淡化工艺研宄的重点。根据耦合的海水淡化工艺的不同，主动式太阳能海水淡化工艺乂可分为太阳能-多效蒸发、太阳能-膜蒸馏、太阳能-增湿-去湿等三种太阳能海水淡化工艺。2.1太阳能-多效蒸发海水淡化工艺太阳能-多效蒸发工艺直接利用太阳能加热海水，避免了中间的换热损失，同时利用低温多效蒸发原理充分回收利用水的凝结潜热，具有较高的日产水量。但该工艺存在的主要问题是太

8、阳能集热系统的结垢和腐蚀较为严重。图2所示为太阳能直接加热-多效蒸发海水淡化工艺流程。2利用太阳能光热转换的海水淡化利用太阳能光热转换进行海水淡化一般可分为被动式和主动式两种形式。其屮，被动式太阳能海水淡化完全依赖太阳光的热效应直接加热海水，在同一装置内实现海水的蒸发、冷凝、收集淡水的过程。早期研制的太阳能海水淡化装置，如顶棚型、