日前，我國首個(gè)太陽(yáng)能光熱海水淡化示范基地在海南省建設完工，上海驕英成為國內率先開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能光熱海水淡化技術(shù)的能源科技有限公司。
很多人或許會(huì )有疑問(wèn)，天津的超市，貨架上擺滿(mǎn)海水淡化后的瓶裝水，價(jià)格與普通礦泉水差不多。舟山、大連等地也都建有海水淡化的市政工程，居民家的水龍頭里流出的是淡化后的海水，海南的“首個(gè)示范基地”從何而來(lái)？
殊不知，但凡市場(chǎng)上出售的淡化海水，無(wú)一例外都是用膜反滲透法制取的。
“傳統的海水淡化需要的技術(shù)大體分為兩類(lèi)——膜法和熱法。”北京理工大學(xué)教授、熱能工程研究所所長(cháng)鄭宏飛向《中國科學(xué)報》記者解釋說(shuō)。
在太陽(yáng)能海水淡化領(lǐng)域鉆研近20年的鄭宏飛，對太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)情有獨鐘，而現實(shí)是“市場(chǎng)上大家喝到的淡化海水全部是利用膜滲透方法制取的，利用太陽(yáng)能加熱蒸餾的熱法始終難以推向市場(chǎng)”。
究其原因，鄭宏飛認為，盡管太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)本身已不是難題，但由于材料價(jià)格昂貴，利用熱法制取的淡水價(jià)格成本偏高，阻礙了研究進(jìn)展和市場(chǎng)接受度。他同時(shí)指出，作為更適合分布式發(fā)展的熱法，提高經(jīng)濟性、盡早建立示范工程是發(fā)展太陽(yáng)能海水淡化的重要途徑。
自身優(yōu)勢難取代
反滲透膜海水淡化是一種現代的海水淡化技術(shù)。反滲透膜生產(chǎn)者萊特萊德環(huán)境工程有限公司負責人向記者介紹，在反滲透膜技術(shù)中，海水在高壓下穿過(guò)過(guò)濾膜，受到過(guò)濾膜孔大小的限制，一些不需要的物質(zhì)將被留在高壓的一邊。這種技術(shù)所需能量?jì)H僅是給海水加壓。
盡管如此，鄭宏飛告訴記者，為了獲得較高的產(chǎn)出率，反滲透膜技術(shù)依然是高耗能并且昂貴的。
“滲透膜需要1到2年更換一次，由于自主技術(shù)不過(guò)關(guān)，我國使用的滲透膜全部由國外進(jìn)口，因電能消耗巨大而造成運營(yíng)成本昂貴。”鄭宏飛認為，滲透法受電價(jià)影響較大。“如果沒(méi)有低電價(jià)的照顧，其淡化海水的成本并不低廉。”
反滲透法對海水的利用率也低于太陽(yáng)能淡化方式，滲透法只能將廢棄海水濃度由3.5%提高到最多8.5%左右，“再提高一點(diǎn)都很困難，因為反滲透壓過(guò)大會(huì )造成能耗過(guò)高。但是利用太陽(yáng)能淡化技術(shù)則可以使出水含鹽率達到20%，鹽水結晶率為25%。”也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能淡化技術(shù)產(chǎn)生的廢棄海水，不需要經(jīng)過(guò)太多晾曬就可以產(chǎn)出鹽。
反滲透方法的不足之處還在于海水不能直接滲透，需要進(jìn)行嚴格的預處理，添加一些化學(xué)處理劑。萊特萊德負責人表示，過(guò)濾膜的孔非常細小，海水必須經(jīng)過(guò)沉淀、有機物去除等環(huán)節的預處理，才能通過(guò)滲透壓來(lái)提純。
而利用蒸發(fā)冷凝原理的太陽(yáng)能淡化技術(shù)，則對海水的濃度、溫度要求不高，控制管理也非常簡(jiǎn)單，特別適合中小型分布式系統采用。
“太陽(yáng)能是清潔能源，可持續、可再生，太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)不但節能環(huán)保、運行成本比較低，太陽(yáng)能集熱器的效率也很高，用太陽(yáng)能給海水淡化供熱技術(shù)成熟。”在2015太陽(yáng)能海水淡化專(zhuān)題研討會(huì )上，大連理工大學(xué)教授郭亞麗說(shuō)。
成本太高成瓶頸
既然太陽(yáng)能海水淡化優(yōu)勢明顯，為何我國的此項技術(shù)仍沒(méi)有獲得商業(yè)化？太陽(yáng)能豐富、苦咸水聚集的地區為何沒(méi)有享受到此項技術(shù)的好處？
“與滲透膜的投入比起來(lái)，太陽(yáng)能淡化方法中用到的器件成本更加昂貴。”萊特萊德負責人說(shuō)，這也是許多企業(yè)未曾涉足太陽(yáng)能淡化技術(shù)的原因之一。
這得到了鄭宏飛的坦率認可：“太陽(yáng)能海水淡化的主要器件包括集熱器、換熱器和淡化器，而集熱器中真空管的成本占系統總價(jià)的一半以上。”
通過(guò)太陽(yáng)能淡化系統產(chǎn)出的淡水，每噸售價(jià)達到20元左右，這比人們日常使用的自來(lái)水價(jià)格高出兩至三倍，也大大高于膜滲透法制取的淡水價(jià)格。
為了降低各組件成本，提高系統可靠性和穩定性，鄭宏飛提出了多種方案，而最近的研究——聚光直接加熱式，似乎契合了對此項技術(shù)的所有訴求。
據介紹，聚光直接加熱式無(wú)需冗長(cháng)管路，減少了管路投資與熱損失；用陶瓷粒子或其他方法功能化海水，使得海水直接吸收太陽(yáng)光，利用強光直接蒸發(fā)海水，省略了換熱器，減少了傳熱環(huán)節，提高了聚熱效率，將有望成為未來(lái)具有重要前景的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)。
此外，功能粒子在水中運動(dòng)并相互碰撞，從而磨掉蒸騰器表面的結垢，徹底解決高溫加熱海水的結垢問(wèn)題；聚光接收器的換熱部分，即與海水接觸的部件全部可以用非金屬材料制造，比如接受太陽(yáng)光而使海水蒸發(fā)的加熱管可以用石英玻璃制造，從而提高整個(gè)系統的抗腐蝕性；末端海水處理裝置采用傳統的海水淡化系統，技術(shù)成熟，效率高，同時(shí)可以規?；?。
“把太陽(yáng)能集熱器和淡化器合二為一，直接將成本降低了一半。”因為此項技術(shù)的申報，鄭宏飛于近日得到國家自然科學(xué)基金支持，獲得數十萬(wàn)元研究經(jīng)費。
示范工程盼建立
“太陽(yáng)能海水淡化的研究發(fā)展不是要擠掉反滲透，而是作為技術(shù)補充，依據不同地域的特點(diǎn)，提供更多選擇。”鄭宏飛說(shuō)。
如今，世界上利用太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)最多的地區集中在沙特等中東國家，大量的光照和充裕的資金是他們的優(yōu)勢。但在鄭宏飛看來(lái)，技術(shù)的先進(jìn)不代表技術(shù)方案同樣先進(jìn)：“國外多采用太陽(yáng)能集熱器驅動(dòng)多級閃蒸或低溫多效系統，把原有的工業(yè)技術(shù)和太陽(yáng)能技術(shù)相結合，管理起來(lái)較復雜，系統檢測或控制的指標過(guò)多，一項失誤都可能導致系統停運。”
鄭宏飛團隊要解決的也正是太陽(yáng)能海水淡化系統的普遍要求：控制簡(jiǎn)單、運行平穩、適應太陽(yáng)光照強度的不穩定性。
目前我國并不缺乏自主研發(fā)的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)，“只有建立更多大型的示范工程，發(fā)現更多問(wèn)題，系統才能得到完善，才能加快商業(yè)化。”鄭宏飛說(shuō)。
但做示范工程需要資金支持，找到感興趣的企業(yè)投資，是技術(shù)商品化最快的辦法。就在記者采訪(fǎng)當天，鄭宏飛接到河北天朗環(huán)保工程有限公司的邀約，公司盛情邀請其前往當地考察污水處理工藝，并表示愿與校方合作，支持鄭宏飛團隊示范工程的建立。
企業(yè)參與、政府支持才能達到產(chǎn)業(yè)規?；?，示范工程的建設將使新技術(shù)更有展示性，吸引更多的資金進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。
“將太陽(yáng)能利用技術(shù)與海水淡化技術(shù)有機結合將是今后海水淡化發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。”郭亞麗強調，需要注意的是，在發(fā)展中應避免形成以能源換水源，從而加重能源緊缺和環(huán)境污染，進(jìn)一步使水源更加緊缺的惡性循環(huán)。將太陽(yáng)能海水淡化系統運行過(guò)程真正優(yōu)化為大自然水循環(huán)過(guò)程，成為最經(jīng)濟環(huán)保的生態(tài)新技術(shù)才是太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)的永恒追求。
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