太阳能光热海水淡化系统应用研究

上海发电设备成套设计研究院 陶 晔

上海电力安装第一工程公司王健

上海骄英能源科技有限公司危应泽

太阳能光热海水淡化系统应用研究

上海发电设备成套设计研究院 陶 晔

上海电力安装第一工程公司王健

上海骄英能源科技有限公司危应泽

介绍太阳能光热产蒸汽系统和海水淡化系统，将高温蒸汽和海水淡化装置在集成系统中加以融合，实现一种太阳能光热海水淡化系统，并以风力发电作为辅助系统。文章以全国第一个太阳能光热海水淡化示范项目为例，对该系统进行详细的性能和效果应用分析，在该项目成功产水之后展望太阳能海水淡化今后的发展方向与前景。

太阳能光热；海水淡化；风力发电

0 前言

太阳能是最大的无碳、洁净、低成本的可再生能源，太阳能的利用是真正实现碳排放绝对值降低的切实可行途径，从而可以立即启动可再生能源大规模替代化石能源的历史进程。

在远离大陆的小海岛上，淡水资源非常珍贵，它已成为海岛开发、发展的瓶颈。我国有很长的海岸线，拥有许多小海岛。在小海岛上，在复杂海洋性气候条件下发展高效独立运行的太阳能光热海水淡化系统，利用清洁、可无限利用的太阳能来制取淡水，并通过综合可再生能源的补充，实现真正不依赖化石燃料能源、完全独立的能源系统与资源高效综合利用，具有重大的经济、社会、军事意义。

本文首先介绍太阳能光热产蒸汽系统，其次介绍蒸汽作为动力的海水淡化系统，然后介绍风力发电辅助系统。最后对目前全国第一个太阳能光热海水淡化示范项目进行详细的分析，探讨今后的发展方向。

1 太阳能光热产蒸汽系统

太阳能光热产蒸汽系统详见图1。该系统分为太阳能集热器模块、汽水循环系统、汽包补水系统。

太阳能集热器模块采用线性菲涅尔太阳集热系统，反光阵为一维平面定日镜阵列，将太阳辐射能量集中反射到集热器上。集热器内布置有管道，里面流动着的水被强烈的太阳能加热。

汽水循环系统由汽包，循环泵及循环管道组成。该系统运行原理和锅炉汽包一样，水从汽包底部流出，经过循环泵将水打入集热器进口集箱，水在集热器内吸收热量后回到汽包，形成循环回路。汽包内的水吸收热量后转变为饱和蒸汽，从顶部对外的蒸汽管道排出，进入海水淡化装置。

汽包补水系统由给水泵及补水箱组成。该系统主要用于设备启动前给汽包上水以及设备运行时随时补充汽包内因水蒸发输出所减少的水量，以保证整个系统汽水量平衡。

图1 太阳能光热产蒸汽系统

2 海水淡化系统

本系统海水淡化采用低温多效蒸馏法，该技术是指盐水的最高蒸发温度约70℃的海水淡化技术，其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。

生蒸汽输入到温度最高一效的蒸发管内部，在管内发生冷凝的同时，管外也产生了与冷凝量基本相同的蒸发。产生的二次蒸汽在穿过浓盐水液滴分离器以保证蒸馏水的纯度之后，又引入到下一效的传热管内，第二效的操作温度和压力要略低于第一效。

这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效一直重复，每效都产生了相当数量的蒸馏水，到最后一效的蒸汽在排热段被海水冷却液冷凝。第一效的冷凝液被收集起来，该蒸馏水的一部分又返回到蒸汽发生器，超过输入的生蒸汽量的部分流入到一系列特殊容器的首个容器中，每一个容器都连接到下一低温效的冷凝侧。这样使一部分蒸馏水产生闪蒸并使剩余的产品水冷却下来，同时把热量传给热回收效的主体中去[1]。

此海水淡化装置所需要的动力能源为高温蒸汽，而前面介绍的太阳能光热产蒸汽系统就为此装置提供了所需要的能源，因此将两者结合在一起就可组成太阳能光热海水淡化系统，非常适合在远离大陆的海岛上投入使用。

3 风力发电辅助系统

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来拖动发电机发电。小型风力发电系统效率很高，它由风力发电机、充电器和数字逆变器组成。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。叶片用来接受风力并通过机头转为电能，尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能，转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能，机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能[2]。

依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。而在远离大陆的海岛上有着取之不尽的风能，能量非常大。更为重要的是，风能不受早晚天气的限制，可以和太阳能在时间和空间上形成良好的互补。

4 太阳能光热海水淡化系统应用实例

本系统的海水淡化装置以太阳能光热系统产生的蒸汽为动力，风力发电为辅助，采用低温多效海水淡化技术得到淡化水。

下面以全国第一个太阳能光热海水淡化示范项目为例进行应用分析。该项目以多种能源的融合形式，在对太阳能光热运行特性准确把握的基础上，深入研究多种能源包括太阳能光热、风能的综合运行特性，将现代优化控制理论应用于太阳能光热海水淡化系统的能量管理研究，结合线性菲涅尔太阳能集热技术、海水淡化新技术等形式，最终以高温蒸汽和运行动力电作为统一的能源形式将各种分布式能源在集成系统中加以融合，以实现电、水、热等综合能源利用效果的最大化、降低系统能耗。

太阳能集热器模块采用5个M2型线性菲涅尔太阳能跟踪聚焦集热模块。两台0.75kW的循环泵（一开一备）作为闭式循环的动力，介质水不断经过集热器进行加热。该系统在太阳光照强烈或者较差时都能运行，最大程度的将太阳能光热所带来的热量转化收集到水中，在汽包中克服汽化潜热后转变为饱和蒸汽。太阳能光热产蒸汽系统最后得到的蒸汽参数为170℃、0.7MPa，此蒸汽参数将足够满足海水淡化装置的要求。另设两台1.1kW的给水泵（一开一备）将补充水从补水箱打到汽包以补充汽水消耗。

海水淡化装置布置在光热蒸汽系统的钢结构一层，采用MED+TVC工艺，3效换热器，造水比＞5。

该系统运行所需要的电负荷如表1所示，整个系统在产水的过程中所需要的额定电负荷总计为10.39kW。

图2 全国第一个太阳能光热海水淡化示范项目现场布置图

表1 系统运行所需电负荷

本项目的现场布置图如图2所示：

本项目为太阳能光热产蒸汽系统和海水淡化装置，目前已完全投入使用，太阳能集热功率为180kW，海水淡化产水量为1260kg/h，年产淡水量约为2100t。其中太阳能集热阵占地面积为500m2，海水淡化装置占地面积为40m2，产蒸汽装备占地面积为25m2。今后考虑模块组装式建设，可将海水淡化装置布置在一层，产蒸汽装备布置在二层，在节约用地的同时可以减少相关蒸汽管道的连接长度，节约成本。纯净水封装流水线厂房、产品仓库、维修车间等占地面积可根据实际需要进行调整。

风力发电系统作为该项目二期建设内容，已在现场留有一块试验示范系统预留区，今后可为太阳能光热海水淡化系统建立辅助系统。

太阳能光热海水淡化站建成后，单个项目可解决约100人生活用水。将此项目建设在远离大陆补给困难的小岛上，可有效减少远洋海岛常规补给次数和补给量，尤其是淡水的运输量，从而使大量的无水无人岛屿具备居住和开发利用的条件。

5 结论及发展方向

本文通过对太阳能光热产蒸汽系统、海水淡化系统、风力发电系统的结合应用进行了分析，组成一种全新的太阳能光热海水淡化系统。并以目前全国第一个太阳能光热海水淡化示范项目为实例进行数据分析，项目运行结果表明：太阳能可以作为海水淡化装置的运行能源，将两者结合在一起是可行的、有效的。

目前该项目一期的太阳能光热产蒸汽和海水淡化系统已投入使用，二期建设内容风力发电系统已经在现场预留空间，在不久的将来必将建设与投入使用。以太阳能和风能两种可再生能源为海水淡化的动力源，可有效的解决海水淡化高能耗的问题。

[1]《低温多效蒸馏法海水淡化技术》李济英《中国水利》2003年14期

[2]《风力发电原理》徐大平机械工业出版社

英国曼彻斯特总部大楼被评为世界最生态节能建筑

不久前，英国爱丁堡公爵和女王在曼彻斯特出席了某集团公司新总部大楼仪式。该建筑于去年十一月被BREEAM评估认证，被评为世界上最生态友好型建筑。

始创于1990年的英国建筑研究院绿色建筑评估体系（BREEAM）是世界上第一个也是全球最广泛使用的绿色建筑评估方法。该评估体系采取“因地制宜、平衡效益”的核心理念，是全球唯一兼具“国际化”和“本地化”特色的绿色建筑评估体系。在全世界，有超过11万幢建筑完成了BREEAM认证。汇丰银行全球总部、普华永道英国总部、联合利华英国总部、伦敦斯特拉大厦、巴黎贺米提积广场、德国中央美术馆等全球知名地标建筑都采用了BREEAM评估体系进行绿色建筑评估认证。

（黄赟译）

日本成功分离可燃冰将推动全球能源结构转型

日本政府近日宣布，已成功从日本近海地层蕴藏的可燃冰中分离出甲烷气体，从而成为世界上首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家。

据了解，“可燃冰”的正式名称为“甲烷水合物”，是水和甲烷在高压、低温条件下混合而成的一种固态物质，存在于海底或陆地冻土带内，被形象地称为“可燃冰”。可燃冰燃烧时产生的二氧化碳仅为煤炭的一半，可有效减少地球温室效应。目前，世界上已发现的可燃冰分布区多达116处，其矿层之厚、规模之大，大大超过常规天然气田。日本率先开发可燃冰将产生示范效应，推动全球能源结构的转型。

据悉，日本对可燃冰开发的研究始于上世纪90年代，美国、加拿大、俄罗斯、印度、韩国等国也分别制定了可燃冰长期研究计划。

（日本读卖新闻）

Application and Research For the Solar-Thermal Seawater Desalinization System

Tao Ye,Wang jian,Wei ying ze

Throughtheintroductionofthesolar-thermalproducesteamsystem,water desalination system,set the high temperature steam and seawater desalination equipment in the integration system to receive a solar-thermal seawater desalination system.And the wind power generation is the auxiliary system.In this paper,the first solar hot water desalination demonstration project as an example,the system is detailed analysis of the performance and effect of application,looking after the project successful water production solar desalination development direction and prospect in the future.

Solar thermal;Seawater desalinization;Wind power generation

陶晔（1982.1～），男，工程师。上海发电设备成套设计研究院，主要从事常规火电站、太阳能光热发电、生物质发电等设计工作。