PDF《新能源海水淡化技术》

369 新能源海水淡化技术 北京中水科水电科技开发有限公司(监测) 张金接、张俊娥、冯宾春、符平、莫为泽、赵卫全

1 调研背景概述 本次调研是在

2011 年院水利水电动态调研《海岛非常规水资源开发》专题的基 础上,结合部门研究特点以新能源海水淡化为题进行的更深层次的调研.

本次调研 查阅相关文献数百篇,最终参考

82 篇文献,其中包括专著;

国际脱盐协会、国际能 源机构、海水淡化与水再利用海水淡化西湖论坛等学术研讨会的会议论文;

全国优 秀博士、硕士学位论文;

以及国内国外优秀期刊,刊名如下. 国外期刊: Desalination , Progress in Energy and Combustion Science , Solar Energy Engineering,Renewable Energy,Marine Policy,Energy,Solar Energy. 国内期刊: 华北电力技术、水处理技术、水利水电技术、海洋学研究、净水技术、太阳能 学报、华电技术、新材料产业、中国给水排水、真空、高科技与产业化、国外核新 闻、海洋科学、海洋开发与管理、可再生能源、广东造船、能源与环境、膜科学与 技术.

2 选择本专题进行调研的原因、必要性和意义 随着社会经济的不断发展,全球对水资源的需求持续增长,但由于受自然环境 和气候变化等因素的影响,区域淡水资源正变得越来越稀缺,尤其是干旱半干旱地 区、沿海及海岛地区,缺水现象更加严重.为缓解水资源危机,我国在厉行节水的 同时,积极开发利用海水等非常规水源.海水淡化是一种增加区域可利用水资源量 的技术,可作为水资源的重要补充和战略储备(栾维新等,2010) .发展海水淡化产 业,对缓解我国沿海缺水地区和海岛水资源短缺状况,优化用水结构,保障水资源 可持续利用具有重要意义.然而,海水淡化产业是能耗密集型产业,利用传统能源

370 进行海水淡化难以维持其可持续性(Markus etc., 2007;

Soteris etc., 2005) .一方面, 随着能源消耗急剧增长,传统化石燃料出现了资源短缺、环境污染等问题;

另一方 面,一些偏远山区和海岛由于所处地理位置较远,本身就存在缺电现象,更无多余 能源用于海水淡化.近年来,风电、太阳能、海洋能等新能源由于其可再生性、无 污染等特点,受到世界各国研究机构的重视.随着相关技术研究的深入与突破,市 场价格将会进一步下降,新能源将具有更大的竞争力. 本文以新能源海水淡化技术为题进行动态跟踪调查,主要基于以下三个方面的 原因. (1)国家战略需求.近年来,我国大力发展海水淡化技术与新能源开发. 十 一五 期间,我国海水淡化产能年均增长超过 60%,截止

2010 年底,国内建成海水 淡化装置

70 多套,设计淡化水产能

60 万m3 /d;

在建装置

5 套,设计淡化水产能

26 万m3 /d. 《海水淡化产业发展 十二五 规划》中,规划到

2015 年,我国海水淡化 产能达到

220 万m3 /d 以上, 海水淡化对解决海岛新增供水量的贡献率达到 50%以上, 对沿海缺水地区新增工业供水量的贡献率达到 15%以上. 在新能源利用中, 十一五 期间,我国风电已进入规模化应用阶段,到2010 年底,风电累计并网装机容量

3100 万kW;

太阳能发电的国内市场也已启动,2010 年光伏电池产量占到全球光伏电池 市场的 50%,效率也不断提高,晶硅组件效率达到 15%以上,非晶硅组件效率超过 8%;

生物质能、 地热能和海洋能也均有不同程度的发展. 《可再生能源发展 十二五 规划》中,规划 十二五 期间,新增装机风电

7000 万kW,太阳能发电

2000 万kW,生物质发电

750 万kW. 综合以上,目前国家对海水淡化产业化与新能源开发方面投入较大的政策支持, 然而对海水淡化与新能源的发展主要存在两大方面的问题.一方面,将新能源与海 水淡化联合的技术发展欠缺;

另一方面,海水淡化技术最大的产业化发展壁垒是能 耗较高,致使成本较高.利用沿海或海岛地区较丰富的风能、太阳能、海洋能等新 能源替代传统能源进行海水淡化可在一定程度上减轻对常规化石燃料需求过高的压 力,追踪了解国际新能源海水淡化技术发展动态,可为我国未来缓解能源短缺和水 资源短缺的战略规划提供技术储备. (2)地区实际需求.改革开放以来,沿海地区已成为我国经济发展最具活力的 地区,今后一个时期,我国还将进一步从海洋大国向海洋强国迈进. 《我国国民经济

371 和社会发展 十二五 规划纲要》中明确阐述要科学规划海洋经济发展,加强海洋 基础性、前瞻性、关键性技术研发,提高海洋科技水平,增强海洋开发利用能力;

强化海域和海岛管理,推进海岛保护利用,扶持边远海岛发展.现阶段,我国东部 沿海发达省市由于社会经济的快速发展,电力资源和水资源出现短缺的状况;

偏远 海岛由于所处地理位置远离大陆,水、电、交通等基础设施严重缺乏.新能源海水 淡化技术的发展可以为缓解沿海发达地区的水资源短缺,解决偏远海岛居民生活用 水、改善民生,提供有力的技术支撑. (3)单位发展需求.中水科技新能源事业部自成立以来一直积极参与新能源相 关的研发、风电建设等关键技术研究.2008 年,部门在院专项、公司专项、水利部 行业专项支持下,同时自筹一部分资金开展了风能反渗透海水淡化技术研究,通过 室内模拟与现场示范运行,已取得一定的研究经验和成果.但是目前我们的研究仍 然处于起步阶段.近年来,国际上新能源开发与海水淡化技术两大课题均成为各国 争相研究的热点,然而在应用上,利用新能源进行海水淡化的仅占全球海水淡化市 场的 1%(IEA-ETSAP and IRENA, 2012) ,其中还存在很多技术难点需要攻克.通过 本次新能源海水淡化技术动态调研跟踪,了解国内外研究现状的同时,也可以为部 门今后的发展方向提供研究思路.

3 近年来本专题发展新动向和值得关注点 目前来看,风能、太阳能、核能、波浪能、潮汐能等新能源是海水淡化技术中 可利用的清洁能源(张海春等,2010) .近年来,我国新能源取得了很大的成绩,风电、光伏发电、太阳能热利用和生物质能高效利用均取得了明显进展,为调整能源 结构、保护环境、促进经济和社会发展做出了重大贡献,其中以风力发电和光伏发 电尤为突出(邓勇,2011) .近年来,在利用新能源进行海水淡化方面的研究也取得 了很大的进展,但仍然存在很多问题,本专题首先综述新能源海水淡化的发展动态 和值得关注点,并对目前的研究进行点评,最后结合部门需求提出本专题未来发展 的若干建议. 3.1 发展新方向和值得关注点 本专题研究人员通过多渠道的调研发现,近年来,多种新能源海水淡化方法中,

372 针对风能海水淡化、太阳能海水淡化、核能海水淡化以及各种形式的海洋能海水淡 化方面的研究比较集中,以下将着重综述这几方面的研究动态和进展. 3.1.1 风能海水淡化 风能海水淡化可以分为直接风能海水淡化和间接风能海水淡化两种.直接风能 海水淡化是将风能转化的机械能直接用于驱动脱盐单元进行海水淡化的方法.间接 风能海水淡化是先将风能转化为电能,然后再驱动脱盐单元进行海水淡化的方法. 直接风能海水淡化的优点是省去了 机械能→电能→机械能 之间的转换,提高了 能量利用效率,并简化了系统结构,但该技术方案每套装置自成一套系统,不适合 大型海水淡化厂.其原因是海水淡化厂对海水质量要求较高,对海流、生态等也有 一定要求.大型海水淡化厂往往需要几十台乃至几百台风力机组,延绵几十公里, 每套装置的取水点相距较远,海水质量、海流条件和生态情况等很难同时满足每台 机组的要求(宿俊山等,2009) .丹麦、荷兰等国家建造了风能直接驱动........