一种海水淡化暨分布式发电系统的设计

范莉+夏非

摘 要： 本文介绍了一种海水淡化暨分布式发电系统，利用该系统，可在海水淡化的同时，将其他形式能量（温差能、盐差能、太阳能）转化为电能，采用本系统能够充分地利用各种新能源发电形式，提高发电效率，降低淡水成本及发电成本。

关键词： 海水淡化 分布式发电 节能减排

中国大陆海岸线长达18000km，面积达500平方米以上的岛屿有6536个，总面积72800多平方公里，岛屿岸线长14217.8公里，其中有人居住的岛屿约为450个。在这些地区，淡水供应和电力供应需要高昂的成本。寻求一种高效的、低成本的能源供应方式一直是研究人员努力的方向。

海洋是巨大的能源库，主要以波浪能、海流能、潮汐能、温差能和盐差能等形式存在。以温差能为例，全球海洋温差能估计可开发利用量大约有100亿kW。如果这种温差被用于发电的话，就可以产生超过200亿kW的电能。

面对海洋中巨大的能源储备，我们设计了一种海水淡化暨分布式发电装置，本装置参加了我校第二届节能减排创新大赛，获得了校一等奖。

1.装置方案设计

该装置如下图所示，分为海水淡化、盐差发电、太阳能发电、温差发电四个主要部分，四个部分相互配合，力求充分利用海洋能源。

（1）海水淡化：在该环节采用反渗透[1][2]和多级闪蒸蒸馏技术[3]。利用反渗透进行海水淡化，脱盐率高、耗能少、淡水产量大、化学试剂消耗少、水质稳定，离子交换树脂寿命长，终端过滤器寿命长。采用多级闪急蒸馏方式保证能量的逐级利用，达到提高淡水生产效率、充分利用能源的目的。高温海水蒸发后温度降到相应的饱和温度，排出蒸馏器外并收集到高浓度海水池，用于后续的盐差发电。一台多级闪急蒸馏装置的蒸发室可有几个甚至几十个。

（2）温差发电[4][5]：将经多级闪急蒸馏后的高温海水（75℃～85℃）作高温热源，将500米～1000米深处海水（4℃～7℃）作低温热源，用热机组成的热力循环系统进行温差发电。从高温热源到低温热源，可能获得总温差70℃～80℃的有效能量。

（3）盐差发电[6]：本系统的盐差发电分为两部分，一部分是利用经闪急蒸馏后收集的高浓度海水和淡水池之间的化学电位差，另一部分是直接由海水与淡水的浓度差。本装置海水采用经多级闪急蒸馏后的高浓度海水与蒸馏后的淡水进行盐差发电，浓度差比普通海水高，发电效率更高。

（4）光伏发电：目前，光伏发电在很多地方都有应用，在本装置中利用分布在海岸线或海岛上的太阳能电池，将光能转换为电能。因为海岸线或海岛上无遮挡，光伏发电效率高，对居民生活生产影响小。

本装置模型按一定比例配置海水，首先模拟太阳光将海水预热，之后将海水引进闪蒸室，对其进行蒸馏操作，淡水会沿蒸馏室壁流出进入淡水池，而盐水将会从蒸馏室的下部流出进入重盐池。该装置用两个闪急蒸馏室来模拟系统的多级闪急蒸馏。经实验验证，本装置可正常运行。

2.应用前景和推广中存在的困难

对于海岛、沿海地区等缺乏淡水资源地区的居民，本系统可提供附近地区居民的饮用水需求及电能需求，根据缺水区域的面积和装置规模的大小，可部分或全部实现生产、生活淡水与电能的自给自足，甚至可进行农作物种植培育。此外，在海水淡化过程中可以提取大量的镁、溴、碘等离子，供化学工业生产使用。

该系统应用推广中存在的主要的问题有：（1）海洋能的能量密度较低；（2）海水的盐含量较高，易对装置设备造成腐蚀，增加维护费用；（3）装置占地面积较大，在某些地区开展应用达不到预期效果。

参考文献：

[1]詹红菱.反渗透（SWRO）海水淡化高压.中国建设信息（水工业市场），2009（10）.

[2]李相发.反渗透海水淡化远程集中监控系统的研究.杭州电子科技大学，2012.

[3]张百忠.多级闪蒸海水淡化技术.一重技术，2008（4）：48-49.

[4]封光，钟爽.海洋温差发电的研究现状与展望.东北电力大学学报，2011（02）.

[5]张鹏，曾狄根，黄学章.半导体温差发电在工业余热利用中的可行性分析.轻工技术，2009（12）.

[6]胡以怀，纪娟.海水盐差能发电技术的试验研究.能源工程，2009（05）.