日前，我國(guó)首個(gè)太陽(yáng)能光熱海水淡化示范基地在海南省建設(shè)完工，上海驕英成為國(guó)內(nèi)率先開發(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(tǒng)的海水淡化需要的技術(shù)大體分為兩類——膜法和熱法。”北京理工大學(xué)教授、熱能工程研究所所長(zhǎng)鄭宏飛向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》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(duì)太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)情有獨(dú)鐘，而現(xiàn)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(rèn)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(jì)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(shì)難取代
反滲透膜海水淡化是一種現(xiàn)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(fù)責(zé)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?jī)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(guó)使用的滲透膜全部由國(guó)外進(jìn)口，因電能消耗巨大而造成運(yùn)營(yíng)成本昂貴。”鄭宏飛認(rèn)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(duì)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?yàn)榉礉B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(dá)到20%，鹽水結(jié)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(yán)格的預(yù)處理，添加一些化學(xué)處理劑。萊特萊德負(fù)責(zé)人表示，過(guò)濾膜的孔非常細(xì)小，海水必須經(jīng)過(guò)沉淀、有機(jī)物去除等環(huán)節(jié)的預(yù)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(duì)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(tǒng)采用。
“太陽(yáng)能是清潔能源，可持續(xù)、可再生，太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)不但節(jié)能環(huán)保、運(yùn)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(shì)明顯，為何我國(guó)的此項(xiàng)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(qū)為何沒(méi)有享受到此項(xiàng)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(fù)責(zé)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(rèn)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(tǒng)總價(jià)的一半以上。”
通過(guò)太陽(yáng)能淡化系統(tǒng)產(chǎn)出的淡水，每噸售價(jià)達(dá)到20元左右，這比人們?nèi)粘Ｊ褂玫淖詠?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(tǒng)可靠性和穩(wěn)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(duì)此項(xiàng)技術(shù)的所有訴求。
據(jù)介紹，聚光直接加熱式無(wú)需冗長(zhǎng)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(qiáng)光直接蒸發(fā)海水，省略了換熱器，減少了傳熱環(huán)節(jié)，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(yùn)動(dòng)并相互碰撞，從而磨掉蒸騰器表面的結(jié)垢，徹底解決高溫加熱海水的結(jié)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(tǒng)的抗腐蝕性;末端海水處理裝置采用傳統(tǒng)的海水淡化系統(tǒng)，技術(shù)成熟，效率高，同時(shí)可以規(guī)模化。
“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?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)的申報(bào)，鄭宏飛于近日得到國(guó)家自然科學(xué)基金支持，獲得數(shù)十萬(wàn)元研究經(jīng)費(fèi)。
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(bǔ)充，依據(jù)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(qū)集中在沙特等中東國(guó)家，大量的光照和充裕的資金是他們的優(yōu)勢(shì)。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(guó)外多采用太陽(yáng)能集熱器驅(qū)動(dòng)多級(jí)閃蒸或低溫多效系統(tǒng)，把原有的工業(yè)技術(shù)和太陽(yáng)能技術(shù)相結(jié)合，管理起來(lái)較復(fù)雜，系統(tǒng)檢測(cè)或控制的指標(biāo)過(guò)多，一項(xiàng)失誤都可能導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)。”
鄭宏飛團(tuán)隊(duì)要解決的也正是太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的普遍要求：控制簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、適應(yīng)太陽(yáng)光照強(qiáng)度的不穩(wěn)定性。
目前我國(guó)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(xiàn)更多問(wèn)題，系統(tǒng)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。就在記者采訪當(dāng)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(qǐng)其前往當(dāng)?shù)乜疾煳鬯幚砉に嚕⒈硎驹概c校方合作，支持鄭宏飛團(tuán)隊(duì)示范工程的建立。
企業(yè)參與、政府支持才能達(dá)到產(chǎn)業(yè)規(guī)模化，示范工程的建設(shè)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(jī)結(jié)合將是今后海水淡化發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。”郭亞麗強(qiáng)調(diào)，需要注意的是，在發(fā)展中應(yīng)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(tǒng)運(yùn)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(jì)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。
