讓風(fēng)為我們“吹”出淡水與礦物

郝曉地

全球“口渴”中國“嗓干”

雖然地球表面71％的區(qū)域被水覆蓋，但居住在這個星球上的人類卻時時感到“口干舌燥”。原來，地球上存在的13億立方千米～14億立方千米的水中僅有2.8％是淡水，且這屈指可數(shù)的2.8％淡水資源中又有88％是以固體形式集中于冰川和冰帽之中的，只有剩下的12％才是人類可以利用的地表與地下淡水，其總量不過是地球水資源總量的0.34％。

目前，我國人均淡水擁有量為2400立方米，是全球平均量的1／4；而首都北京的人均水資源量才是全國平均的1／8(300立方米)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際公認(rèn)的1000立方米缺水線!缺水時代造就了“南水北調(diào)”這樣浩大而又成本巨大的水利工程。然而，這樣的調(diào)水工程并不會增加淡水資源的總量，只不過是對南北分布不均的水資源進(jìn)行人工、時空再分布而已。要想絕對增加淡水資源總量，只有向海洋要水。的確，海水淡化目前已成為沿海國家一勞永逸地解決淡水資源的共識。作為人類水資源的終極目標(biāo)，海水淡化越來越受到各國政府和有識之士的追捧。隨著海水脫鹽技術(shù)的發(fā)展，海水淡化工程在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用正方興未艾，其工程規(guī)模和應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。

中東是世界上水資源極度匱乏的地區(qū)，為緩解水資源不足的窘境，以海水淡化為主的脫鹽技術(shù)早在數(shù)十年前就得到了蓬勃發(fā)展。截止到2007年6月，中東地區(qū)以海水淡化為主的脫鹽能力幾乎已經(jīng)占到全球脫鹽總能力的3／4。一份2005年的報告指出，目前擬建、在建與已經(jīng)投入運行的世界上最大的38座海水淡化工廠中，有35座便位于中東。其中，以色列、沙特阿拉伯以及阿爾及利亞等國是中東地區(qū)海水淡化工程應(yīng)用的先驅(qū)；以色列海水淡化技術(shù)已經(jīng)可使制水成本降至0.5美元／立方米～0.6美元／立方米。

在日本，已安裝的海水淡化裝置總生產(chǎn)能力已超過109萬立方米／日；近年來，日本以平均每年新建一座生產(chǎn)能力為5萬立方米／日～6萬立方米／日的海水淡化工廠的速度發(fā)展海水淡化規(guī)模。此外，美國、英國、西班牙、法國、澳大利亞等國的海水淡化技術(shù)亦相當(dāng)發(fā)達(dá)，已相繼形成了海水淡化產(chǎn)業(yè)。美國加州本是嚴(yán)重缺水的地區(qū)，海水淡化已成為該州解決淡水資源的重要手段，目前美國一座最大的海水淡化工廠正在加州興建，到2015年加州淡水供應(yīng)中將有10％來自于海水淡化。英國目前海水淡化技術(shù)也正以8％～10％的年增長速度快速發(fā)展。澳大利亞在其西部城市珀斯已建立起一座生產(chǎn)能力為14萬立方米／日的海水淡化工廠；另外一座更大的海水淡化工廠(生產(chǎn)能力為25萬立方米／日～50萬立方米／日)即將在東部城市悉尼完工。

我國對海水淡化技術(shù)的研究始于上世紀(jì)50年代。由于我國水價長期處于低位運行水平，制約了海水淡化技術(shù)的工程應(yīng)用。截至2006年底，我國已建成海水淡化裝置43套，淡水產(chǎn)量僅為15萬立方米／日。其中，國外引進(jìn)的9套技術(shù)設(shè)備產(chǎn)水量就占了70％，34套國有技術(shù)設(shè)備產(chǎn)水量僅占30％的份額。可見，目前我國海水淡化工程規(guī)模與國際水平相差較大。但是，我國自主研發(fā)的海水淡化設(shè)備可以將制水成本控制在5元／立方米左右，已接近國際最低海水淡化成本，至少與“南水北調(diào)”水價持平。

風(fēng)能發(fā)電+海水淡化

在業(yè)已成熟的海水淡化技術(shù)中，反滲透已成為當(dāng)今海水脫鹽技術(shù)的主體，占據(jù)著全球應(yīng)用的絕對市場。所謂反滲透，是利用一種只允許溶劑分子(水)透過而不會讓溶質(zhì)分子(鹽份等)通過的半透膜，在海水一側(cè)加壓，強(qiáng)迫水分子通過膜到淡水一側(cè)，從而水與鹽份分離。遺憾的是，在反滲透海水淡化技術(shù)應(yīng)用中需要靠消耗電能來維持設(shè)備的高壓運行a所需電能固然可以靠目前以煤電為主的電力來提供，但是，燃煤發(fā)電一方面會“燒空”我們有限的煤炭資源，另一方面還會產(chǎn)生大量二氧化碳、二氧化硫而污染大氣。毋容置疑，如果我們不采用像風(fēng)電、汐電這樣的清潔能源實施海水淡化，其后果將是以犧牲大氣環(huán)境為代價!而事實上，我國擁有的3萬多千米海岸線不僅僅是我們?nèi)≈槐M、用之不竭的水資源寶庫，同時也蘊藏著極為豐富的風(fēng)力資源。

傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備需要每秒大于6米的風(fēng)速才適合經(jīng)濟(jì)發(fā)電。按此數(shù)字統(tǒng)計，我國可利用風(fēng)力發(fā)電的地區(qū)約占國土面積的76％。日本最新研發(fā)出一種垂直軸風(fēng)車可以利用各個方向的風(fēng)，使風(fēng)速達(dá)到3米／秒即可發(fā)電。按此風(fēng)速計算，我國目前可利用的風(fēng)力資源顯然可以成倍地增加。

1999年歐洲風(fēng)能協(xié)會的一項報告指出，全球風(fēng)電發(fā)展在最近10年以近40％的速度飛速增長；至2002年，世界累計風(fēng)電裝機(jī)容量超過3100萬千瓦；至2020年，風(fēng)能將可提供世界電力需求的10％，同時在全球范圍減少100多億噸二氧化碳，排放。國際風(fēng)電技術(shù)經(jīng)過20年的開發(fā)已日臻成熟，商業(yè)化風(fēng)電價格已經(jīng)下降了85％，風(fēng)電成本已從先前的20美分(1.40元)／千瓦時持續(xù)下降到目前的3美分(0.21元)／千瓦時。我國目前風(fēng)電成本約在每千瓦時0.42元～0.72元之間，在沒有優(yōu)惠政策及補貼的前提下，尚無法與火力發(fā)電競爭。但隨著2006年1月1日《可再生能源法》的實施，這一狀況將會大為改觀，必將帶來風(fēng)力發(fā)電的春天。

剩余鹽液也不浪費

在海水淡化問題上一個不容忽視的問題就是如何處理被濃縮后的鹽液(鹵水)。大量向海洋中回排鹵水勢必導(dǎo)致局部海水鹽分的增加，這顯然會影響海洋生物的生長。因此，鹵水回排在國際上已開始受到嚴(yán)格限制。實際上，鹵水是一種十分有效的鹽業(yè)進(jìn)料。例如，傳統(tǒng)曬鹽方法便是通過海水水分自然蒸發(fā)后獲取食鹽。而被濃縮幾倍的鹵水如果用于曬鹽，不就相當(dāng)于提高了幾倍的曬鹽效率嗎?其實，海水中所含3，5％的礦物質(zhì)是大自然賜與人類的巨大財富。被濃縮后的鹵水用于提取海水中的鉀、鎂、澳、氯、鈉、硫酸鹽這樣的化學(xué)物質(zhì)，比起簡單曬鹽將會具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

理想的“零污染”

綜上所述，一個以反滲透海水淡化為核心，上游并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電，下游連接鹽業(yè)化工這樣一個三位一體的生態(tài)技術(shù)便應(yīng)運而生。這樣的生態(tài)技術(shù)以清潔風(fēng)電作為動力去驅(qū)動反滲透海水淡化裝置，在從大海獲取淡水的同時又可以為下游鹽業(yè)化工提供濃縮鹵水。

風(fēng)力發(fā)電、海水淡化、鹽業(yè)化工三位一體的生態(tài)技術(shù)從各自單元看，相關(guān)技術(shù)已十分成熟。被集成后，集成技術(shù)除了“零污染排放”這一顯著的生態(tài)效應(yīng)外，其綜合經(jīng)濟(jì)成本和效益顯然也會比各單元獨立核算時更具吸引力。也正因如此，上述澳大利亞的兩座海水淡化工廠便采用了這一類似的理念，我國也有部分沿海城市開始嘗試將這一全新理念的技術(shù)進(jìn)行推廣。

風(fēng)不僅能解決我們的清潔電力供應(yīng)，它更能為我們向大海索取淡水并提取礦物質(zhì)創(chuàng)造生態(tài)技術(shù)條件，使已進(jìn)入海洋時代的人類今后走上更加可持續(xù)的發(fā)展道路。今后，即使像北京這樣的非沿海城市，飲用淡化的海水恐怕也不再是夢。這也定會有助于使全球目前正在“冒煙”的“喉嚨”永遠(yuǎn)地濕潤下來。