一種海水淡化暨分布式發電系統的設計

范莉+夏非

摘 要： 本文介紹了一種海水淡化暨分布式發電系統，利用該系統，可在海水淡化的同時，將其他形式能量（溫差能、鹽差能、太陽能）轉化為電能，采用本系統能夠充分地利用各種新能源發電形式，提高發電效率，降低淡水成本及發電成本。

關鍵詞： 海水淡化 分布式發電 節能減排

中國大陸海岸線長達18000km，面積達500平方米以上的島嶼有6536個，總面積72800多平方公里，島嶼岸線長14217.8公里，其中有人居住的島嶼約為450個。在這些地區，淡水供應和電力供應需要高昂的成本。尋求一種高效的、低成本的能源供應方式一直是研究人員努力的方向。

海洋是巨大的能源庫，主要以波浪能、海流能、潮汐能、溫差能和鹽差能等形式存在。以溫差能為例，全球海洋溫差能估計可開發利用量大約有100億kW。如果這種溫差被用于發電的話，就可以產生超過200億kW的電能。

面對海洋中巨大的能源儲備，我們設計了一種海水淡化暨分布式發電裝置，本裝置參加了我校第二屆節能減排創新大賽，獲得了校一等獎。

1.裝置方案設計

該裝置如下圖所示，分為海水淡化、鹽差發電、太陽能發電、溫差發電四個主要部分，四個部分相互配合，力求充分利用海洋能源。

（1）海水淡化：在該環節采用反滲透[1][2]和多級閃蒸蒸餾技術[3]。利用反滲透進行海水淡化，脫鹽率高、耗能少、淡水產量大、化學試劑消耗少、水質穩定，離子交換樹脂壽命長，終端過濾器壽命長。采用多級閃急蒸餾方式保證能量的逐級利用，達到提高淡水生產效率、充分利用能源的目的。高溫海水蒸發后溫度降到相應的飽和溫度，排出蒸餾器外并收集到高濃度海水池，用于后續的鹽差發電。一臺多級閃急蒸餾裝置的蒸發室可有幾個甚至幾十個。

（2）溫差發電[4][5]：將經多級閃急蒸餾后的高溫海水（75℃～85℃）作高溫熱源，將500米～1000米深處海水（4℃～7℃）作低溫熱源，用熱機組成的熱力循環系統進行溫差發電。從高溫熱源到低溫熱源，可能獲得總溫差70℃～80℃的有效能量。

（3）鹽差發電[6]：本系統的鹽差發電分為兩部分，一部分是利用經閃急蒸餾后收集的高濃度海水和淡水池之間的化學電位差，另一部分是直接由海水與淡水的濃度差。本裝置海水采用經多級閃急蒸餾后的高濃度海水與蒸餾后的淡水進行鹽差發電，濃度差比普通海水高，發電效率更高。

（4）光伏發電：目前，光伏發電在很多地方都有應用，在本裝置中利用分布在海岸線或海島上的太陽能電池，將光能轉換為電能。因為海岸線或海島上無遮擋，光伏發電效率高，對居民生活生產影響小。

本裝置模型按一定比例配置海水，首先模擬太陽光將海水預熱，之后將海水引進閃蒸室，對其進行蒸餾操作，淡水會沿蒸餾室壁流出進入淡水池，而鹽水將會從蒸餾室的下部流出進入重鹽池。該裝置用兩個閃急蒸餾室來模擬系統的多級閃急蒸餾。經實驗驗證，本裝置可正常運行。

2.應用前景和推廣中存在的困難

對于海島、沿海地區等缺乏淡水資源地區的居民，本系統可提供附近地區居民的飲用水需求及電能需求，根據缺水區域的面積和裝置規模的大小，可部分或全部實現生產、生活淡水與電能的自給自足，甚至可進行農作物種植培育。此外，在海水淡化過程中可以提取大量的鎂、溴、碘等離子，供化學工業生產使用。

該系統應用推廣中存在的主要的問題有：（1）海洋能的能量密度較低；（2）海水的鹽含量較高，易對裝置設備造成腐蝕，增加維護費用；（3）裝置占地面積較大，在某些地區開展應用達不到預期效果。

參考文獻：

[1]詹紅菱.反滲透（SWRO）海水淡化高壓.中國建設信息（水工業市場），2009（10）.

[2]李相發.反滲透海水淡化遠程集中監控系統的研究.杭州電子科技大學，2012.

[3]張百忠.多級閃蒸海水淡化技術.一重技術，2008（4）：48-49.

[4]封光，鐘爽.海洋溫差發電的研究現狀與展望.東北電力大學學報，2011（02）.

[5]張鵬，曾狄根，黃學章.半導體溫差發電在工業余熱利用中的可行性分析.輕工技術，2009（12）.

[6]胡以懷，紀娟.海水鹽差能發電技術的試驗研究.能源工程，2009（05）.