上海純水設(shè)備解讀：超高效太陽(yáng)能海水淡化研究
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及工業(yè)化進(jìn)展的加快，人類(lèi)對(duì)淡水資源的需求日益增長(zhǎng)；一些島嶼和沿海鹽堿地區(qū)以及內(nèi)陸苦咸水地區(qū)一直屬于缺乏淡水的地區(qū)。為解決這一發(fā)展中的矛盾，尤其是缺水地區(qū)對(duì)淡水的渴求，就近進(jìn)行海水或苦咸水淡化已成為擴(kuò)大淡水來(lái)源的有效途徑之一。
當(dāng)然，對(duì)海水或苦咸水進(jìn)行淡化的方法有很多，如常規(guī)蒸餾法、離子交換法、滲析法、反滲透膜法以及冷凍法等。這些保守的方法除需要消耗大量的燃料或電力外，還會(huì)污染空氣并造成溫室效應(yīng)。因此，95%能耗來(lái)自太陽(yáng)能，幾乎不消耗石油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源，綠色無(wú)污染，所得淡水純度高的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。
2018年，美國(guó)能源部宣布資助2100萬(wàn)美元支持太陽(yáng)能光熱海水淡化技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，旨在加快太陽(yáng)能光熱海水淡化技術(shù)的創(chuàng)新突破，降低光熱海水淡化的本錢(qián)；2019年，國(guó)工業(yè)和信息化部、水利部聯(lián)合發(fā)布的國(guó)家鼓勵(lì)的工業(yè)節(jié)水工藝、技術(shù)和裝備目錄(2019年)中，太陽(yáng)能光熱低溫度多效海水淡化技術(shù)”被提及。
2013年，國(guó)太陽(yáng)能光熱海水淡化示范項(xiàng)目在海南建成投產(chǎn)，日產(chǎn)蒸餾水約30噸，可解決約5000人對(duì)健康飲用水的需求，其產(chǎn)水利息約為傳統(tǒng)裝置的45%2020年，沙特“太陽(yáng)能圓頂”海水淡化廠將開(kāi)工建設(shè)，將采用聚光太陽(yáng)能技術(shù)進(jìn)行海水淡化，生產(chǎn)利息約為0.34美元/噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于海水淡化廠采用反滲透方法的生產(chǎn)本錢(qián)。
除了制取成本，效率也是太陽(yáng)能海水淡化的關(guān)注點(diǎn)。此前，美國(guó)萊斯大學(xué)研究人員利用廉價(jià)塑料透鏡將太陽(yáng)光聚焦到熱點(diǎn)”將太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的效率提高了50％左右。表示，提高太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)性能的典型方法是增加太陽(yáng)能聚光器并增加光線(xiàn)，而該方法的最大優(yōu)勢(shì)在于使用相同數(shù)量的光，既可低利息地重新分配電力，還能大幅提高純真水的生產(chǎn)率。
日前，上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所與麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)表了有關(guān)超高效太陽(yáng)能海水淡化研究的最新進(jìn)展，即在1000W/m2太陽(yáng)輻照下，通過(guò)采用商用和低利息資料搭建的實(shí)驗(yàn)裝置，創(chuàng)紀(jì)錄地實(shí)現(xiàn)了385%太陽(yáng)蒸發(fā)效率和5.78L/m2h海水淡化產(chǎn)水率，相關(guān)效果已發(fā)表于《Energi&EnvironmentScienc雜志。
全被動(dòng)式的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)，由于其裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、取材方便，解決海水淡化適應(yīng)性的有效技術(shù)之一，尤其適用于缺乏基建和偏遠(yuǎn)地區(qū)，然而其效率一直偏低（約35%近年來(lái)，太陽(yáng)能界面蒸發(fā)為高效便攜式海水淡化提供了新的思路，成為了能源科學(xué)、資料科學(xué)和熱科學(xué)等交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但其效率也十分有限（約100%
該研究團(tuán)隊(duì)指出，系統(tǒng)性的能量傳送優(yōu)化是達(dá)到超高效太陽(yáng)能海水淡化的關(guān)鍵，而非高性能資料。提出的界面局部加熱型多級(jí)太陽(yáng)能蒸餾架構(gòu)”結(jié)合了太陽(yáng)能界面局部加熱和蒸汽焓回收利用，顯著提升了主動(dòng)式太陽(yáng)能海水淡化的效率，比此前的有關(guān)研究所得的效率高出了2倍多。
據(jù)介紹，該主動(dòng)式太陽(yáng)能海水淡化裝置還可以通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)水，同時(shí)通過(guò)鹽分在夜間的反向擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)主動(dòng)排鹽，可保證長(zhǎng)效穩(wěn)定的主動(dòng)式工作。
該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步表示，可滿(mǎn)足一個(gè)家庭日常飲水需求的該裝置預(yù)造價(jià)估約100美元，基礎(chǔ)設(shè)施有限但陽(yáng)光和海水充足的地區(qū)有著極高的應(yīng)用潛力。因此，該研究效果為解決偏遠(yuǎn)或離網(wǎng)地區(qū)的淡水短缺問(wèn)題提供了更加切實(shí)有效的解決方法，還為界面太陽(yáng)能蒸發(fā)走向?qū)嵱没透咝Щ峁┝巳碌乃悸泛屠碚摽蚣堋?span>
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