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淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一,而目前仅存在于河流、湖泊和可供人类直接利用的地下淡水已不足0.36%。占地球总水量的97%以上的海水,由于含盐度太高不能直接饮用或灌溉,剩下不足3%的淡水分布极其不均,其中3/4被冻结在地球的两极及高寒地带的冰川中,余下的淡水中地下水又比地表水多出了37倍。
随着社会经济发展及工业化进展的加快,人类对淡水资源的需求日益增长;一些岛屿和沿海盐碱地区以及内陆苦咸水地区一直属于缺乏淡水的地区。为解决这一发展中的矛盾,尤其是缺水地区对淡水的渴求,就近进行海水或苦咸水淡化已成为扩大淡水来源的有效途径之一。
当然,对海水或苦咸水进行淡化的方法有很多,如常规蒸馏法、离子交换法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等。这些传统的方法除需要消耗大量的燃料或电力外,还会污染空气并造成温室效应。因此,95%的能耗来自太阳能,几乎不消耗石油、天然气、煤炭等常规能源,绿色无污染,所得淡水纯度高的太阳能海水淡化技术得到了广泛应用。
2018年,美国能源部宣布资助2100万美元支持太阳能光热海水淡化技术研发项目,旨在加快太阳能光热海水淡化技术的创新突破,降低光热海水淡化的成本;2019年,我国工业和信息化部、水利部联合发布的《国家鼓励的工业节水工艺、技术和装备目录(2019年)》中,“太阳能光热低温度多效海水淡化技术”被提及。
2013年,我国首个太阳能光热海水淡化示范项目在海南建成投产,日产蒸馏水约30吨,可解决约5000人对健康饮用水的需求,其产水成本约为传统装置的45%;2020年,沙特首个“太阳能圆顶”海水淡化厂将开工建设,将采用聚光太阳能技术进行海水淡化,生产成本约为0.34美元/吨,远远低于海水淡化厂采用反渗透方法的生产成本。
除了制取成本,效率也是太阳能海水淡化的关注点。此前,美国莱斯大学研究人员利用廉价塑料透镜将太阳光聚焦到“热点”,将太阳能海水淡化系统的效率提高了50%左右。他们表示,提高太阳能海水淡化系统性能的典型方法是增加太阳能聚光器并增加光线,而该方法的最大优势在于使用相同数量的光,既可低成本地重新分配电力,还能大幅提高纯净水的生产率。
日前,上海交通大学制冷与低温工程研究所与麻省理工学院的研究人员发表了有关超高效太阳能海水淡化研究的最新进展,即在1000W/m2的太阳辐照下,通过采用商用和低成本材料搭建的实验装置,创纪录地实现了385%的太阳蒸发效率和5.78L/(m2h)的海水淡化产水率,相关成果已发表于《Energy & Environmental Science》杂志。
图 1 麻省理工的光热海水淡化测试装置
全被动式的太阳能海水淡化技术,由于其装置结构简单、取材方便,是解决海水淡化适应性的有效技术之一,尤其适用于缺乏基建和偏远地区,然而其效率一直偏低(约35%)。近年来,太阳能界面蒸发为高效便携式海水淡化提供了新的思路,成为了能源科学、材料科学和热科学等交叉领域的研究热点,但其效率也十分有限(约100%)。
该研究团队指出,系统性的能量传递优化是达到超高效太阳能海水淡化的关键,而非高性能材料。他们提出的“界面局部加热型多级太阳能蒸馏架构”,结合了太阳能界面局部加热和蒸汽焓回收利用,显著提升了被动式太阳能海水淡化的效率,比此前的有关研究所得的效率高出了2倍多。
图 2 局部加热多级太阳能蒸馏(TMSS)
图3 TMSS装置的设计与部件
据介绍,该被动式太阳能海水淡化装置还可以通过毛细作用进行被动补水,同时通过盐分在夜间的反向扩散实现被动排盐,可保证长效稳定的被动式工作。
该研究团队进一步表示,可满足一个家庭日常饮水需求的该装置预造价估约100美元,在基础设施有限但阳光和海水充足的地区有着极高的应用潜力。因此,该研究成果为解决偏远或离网地区的淡水短缺问题提供了更加切实有效的解决方法,还为界面太阳能蒸发走向实用化和高效化提供了全新的思路和理论框架。
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摘要本发明提供的一种风冷式太阳能海水淡化装置,将冷凝面设置在加热面蒸发面上方,海水蒸发冷凝过程成为自发过程。利用烟囱效应解决蒸汽冷凝问题。风冷技术措施加速海水蒸发冷凝。海水管将海水从装置外输运到光热转换单元。光热转换单元将太阳能转换成热能并产生蒸汽。蒸汽管将蒸汽从光热转换单元输运
摘要:本发明提供的一种固液分离的太阳能海水淡化装置,整合顶置加热面太阳能蒸发技术和新型热法海水淡化技术,开创了太阳能海水淡化蒸汽冷凝热回收利用新技术。光热转换单元采用减压蒸发技术,能尽可能多地制得蒸汽,提高太阳能利用率。固液分离的海水淡化装置能最大限度回收利用蒸汽冷凝热,解决了现
顶置加热面太阳能蒸发技术是中国创造的最新专利技术。据此专利技术,顶置加热面太阳能海水淡化试验装置成功开发。妥善解决了太阳能海水淡化技术必须解决的光热转换、海水蒸发、蒸汽冷凝等问题。顶置加热面太阳能海水淡化试验装置可广泛用于科研教学及太阳能海水淡化项目建设原理验证。现将装置结构、工
摘要根据顶置加热面太阳能海水淡化装置的结构特点和构建材料性能,用透光率、光热转换效率、绝热效率、回热效率量化表达了各因素对太阳能利用率的影响,推导出太阳能利用率理论计算公式。在此基础上,创立了顶置加热面太阳能海水淡化装置设计理论。为此,将同一时间内被回收利用的冷凝热量与冷凝热总量
阿拉伯联合酋长国(UAE)初创公司——曼哈特(Manhat)开发了一种太阳能海水蒸馏技术,可与漂浮农场相结合,以解决中东(MiddleEast)和北非(MENA)地区水和食物短缺问题。深度技术解决方案该蒸馏技术可以通过捕获海洋表面中蒸发水来生产淡水。该技术的工作原理是在海岸边上放置一个类似温室的大型结
自从世界上第1个大型太阳能海水淡化装置建成以来,被动式太阳能海水淡化技术没有取得突破性进展。其原因在于没有妥善解决光热转换、蒸发和冷凝问题。作为当前研究热点的太阳能界面蒸发技术只是对盘式太阳能海水淡化技术的改良。顶置加热面太阳能蒸发技术将加热面、蒸发面、冷凝面自上而下依次设置,光热转换效率高,海水蒸发量大,冷凝效果好,部分冷凝热加热上行海水被回收利用,是颠覆性技术。纵观被动式太阳能海水淡化技术发展历程,盘式太阳能海水淡化技术是全程起点,太阳能界面蒸发技术是当前研究热点,顶置加热面太阳能蒸发技术将是全程终点。
预计到2025年,全球将有三分之二的人口面临获取淡水的问题,而把海水和地下水中的盐分和污染物去除,是缓解人类淡水危机的方法之一。然而,目前大型海水淡化厂的建设成本高达数百万美元。这类工厂大都使用了反渗透技术,这是一道需要施压让海水挤过反渗透膜的技术,所需的电力成本几乎占到了整个工厂开
【摘要】大连理工大学极端条件热物理与能源系统团队的李林副教授和唐大伟教授利用玉米秸秆开发了一种高效、低成本的蒸发体用于太阳能海水淡化。玉米秸秆不仅是一种低成本的农业废弃物,它还具有孔隙发达、密度低等特点。其内部具有复杂的多孔结构,可以在高效输水的同时保持良好的隔热。这些特点使该蒸
近日,美国能源部(DOE)宣布将投入900万美元启动一项奖项竞赛——“美国制造挑战:太阳能海水淡化奖”,旨在推动太阳能光热海水淡化技术(即利用太阳热能淡化高盐度咸水以生产淡水的技术)加速创新。(来源:微信公众号“CSPPLAZA光热发电平台”ID:icspplaza)美国能源部长布卢埃特(DanBrouillette
近日,澳大利亚墨尔本斯威本科技大学(SwinburneUniversityofTechnology)转化原子材料中心(CenterforTranslationalAtomaterials,CTAM)的研究人员开发了一种新型石墨烯薄膜,这种薄膜可以吸收90%以上的太阳光,同时消除了大部分红外热发射损失,这是该项壮举的首次报道。(来源:微信公众号“CSPFoc
一、研究背景:安全饮用水的短缺是目前面临的一个全球性问题,尤其是在偏远贫困地区。近年来,基于光热材料的太阳能海水淡化技术受到了广泛关注。不同于传统的太阳能蒸发水技术,基于光热材料的太阳能海水淡化技术可通过光热材料高效地将太阳能转化为热能,并将产生的热量锁定在水的表面,使表面水快速
7月13日,中国电建所属山东电建三公司与ACWAPower签订沙特拉比格四期海水淡化项目。这是中国电建在沙特继拉比格三期,朱拜勒二期、3A海水淡化、3B海水淡化工程后,签订的第5个大型海水淡化项目。项目位于沙特红海沿岸拉比格市,采用100%反渗透海水淡化技术,日产水量60万立方米,主要为圣城麦地那供水
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沙特阿拉伯国际电力(ACWAPower)与全球供水公司(WaterGlobalAccess)签订了一项工业发展协议,旨在开发和推广水力射流脱盐(HID)技术。探索替代反渗透的方法在沙特达成协议后,一种新型热法海水淡化技术的开发工作正在被持续推进。沙特海水淡化与绿氢开发商沙特国际电力(ACWAPower)已经与全球供水
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从天津滨海新区发展改革委获悉,近日,《天津市海水淡化产业发展“十四五”规划》(以下简称《规划》)发布。未来,天津市将发挥海水淡化的良好产业基础和先发优势,瞄准世界海水淡化产业科技前沿,突破“卡脖子”技术,发展装备制造,构建全产业链条,建设全国海水淡化技术创新高地、装备制造基地,形
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盐差能是指2种含盐浓度不同的溶液之间的化学电位差能,广泛存在于海水与河水间,是一种重要的海洋蓝色能源。当今膜市场的快速发展以及对可再生能源日益增长的需求,推动着盐差能转换技术的发展,有效地利用盐差能可以在产电的同时降低浓海水的盐度。随着海水淡化技术的日渐成熟,海水淡化产业的规模不
由于当今社会经济的迅速发展,淡水资源短缺已是一个全球性的问题。我国是海洋强国,对海水进行有效地开发利用,可成为淡水重要的补充来源。海水淡化作为沿海地区非常规的新型水资源,其开发利用已逐渐受到中央和地方政府的重视。海水资源综合利用的研究有3个重要领域:(1)海水淡化,即运用海水淡化的
以色列解决本国用水问题的海水淡化技术现在有了新用途:把淡化过的海水注入境内最大淡水湖加利利海,以缓解这一重要水源地因气候变化和过度利用不断“缩水”的环境危机。加利利海也称加利利湖,位于以色列东北部,源于约旦河,与南部的盐水湖死海一样均为内陆湖,是以色列最大天然淡水水源,也是全球海
日前,哈尔滨工业大学环境学院马军院士团队与阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)赖志平教授团队联合攻关,在膜法水处理技术研究领域取得突破,研究成果以《超高通量纳米多孔石墨烯膜利用低品质热源实现可持续海水淡化》(AnUltrahigh-FluxNanoporousGrapheneMembraneforSustainableSeawaterDesalinationusi
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海水三千,取之一瓢,化其为淡,可解全球用水短缺之难。海洋面积占地球表面的71%,可供人类饮用的淡水面积却只占2.5%。联合国新发布的《世界水发展报告》指出,目前仍有超过1/4的人口生活在水资源严重稀缺的地区。海水淡化技术被认为是缓解淡水紧缺的途径之一,有效解决了沙漠、海岛及沿海发达地区的“
摘要:近年来,我国的太阳能技术有了很大进展。本文分析了传统太阳能海水淡化技术效率低下的原因,重点介绍利用增湿—除湿技术或膜蒸馏技术与海水淡化技术结合的新型海水淡化系统,该系统可充分利用太阳能热能实现能量的综合利用;然后介绍了太阳能、风能或其他形式的能量在海水淡化过程中能量的耦合匹
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