书城科普青少年应该知道的太阳能
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第18章 海水淡化与蒸馏

1.太阳能海水蒸馏器

在地球资源中,淡水资源是很重要的一个组成部分。尽管地球表面多数被海水覆盖,但是海水不能被人饮用或用于灌溉。

地球上的淡水资源非常少,仅占地球总水量的2%左右,并且能被人类利用的淡水也仅占淡水总蓄量的0.34%。

目前,世界上二十亿人饮水困难,已有超过一半的陆地面积、遍及一百多个国家和地区缺水。于是,为了弥补淡水资源的不足,人们千方百计地利用海水这个巨大的水资源。

在第二次世界大战中,美国国防部制造了一种简易的太阳能蒸馏容器装置,作为许多军用海水淡化急救装置,供飞行员和船员落水后取水用。

20世纪60年代,在美国佛罗里达的戴托纳海滩上,美国建立了供大规模太阳能蒸馏研制工作使用的特殊实验站。希腊、阿尔及利亚、澳大利亚等国也进行了诸多太阳能蒸馏试验。例如,在希腊的帕特莫斯建有世界上最大的池式太阳能蒸馏器,总面积为8651平方米,最大日产量为40立方米淡水。

太阳能蒸馏器结构简单,主要是由水盘和玻璃或透明塑胶盖板构成,水盘装满海水,玻璃或透明塑胶盖板覆盖在水盘上面。水盘表面涂成黑色,装满待蒸馏的水,盘下绝热,有集水沟安装在水盘上覆盖的玻璃或透明塑胶盖板下缘,与外部集水槽相通。

太阳辐射透过透明盖板,水盘中的水不断吸热,温度逐渐增高,最后蒸发变为水蒸气,与蒸馏室内空气一起产生对流。由于盖板本身吸热少,温度低于池中水温,水蒸气上升接触盖板后便凝结成水滴,借助重力沿着倾斜盖板流到集水沟里,最后再流到集水器中。蒸馏器中海水的补充既可以是连续的,也可以是不连续的。

虽然太阳能蒸馏器的结构形式有很多不同种类,但基本原理是一样的。这类蒸馏器利用太阳能进行海水淡化,是一种较为理想的装置。

2.太阳能海水淡化技术

在海水淡化产业化发展方面,能源消耗过大,一直存在着淡化海水成本过高的问题。

目前,太阳能中高温集热多效蒸馏海水淡化装置已经进入市场引入阶段,许多先进的公司已建成、调试成功该装置,并且具备了设计和建设规模化海水淡化工程的技术和管理能力。

与现有海水淡化利用项目相比,太阳能海水淡化系统有许多新的特点。首先,它无需受蒸汽、电力等条件的影响和限制,可独立运行,无污染、低能耗,运行安全稳定可靠,节约大量的石油、天然气、煤炭等常规能源,可弥补能源紧缺,在能源少、环保要求高的地区有很大的应用价值;其次,太阳能海水淡化系统生产规模可以有机组合,适应性好,投资较少,产水成本相对低,具有淡水供应市场应具备的竞争力。

目前,淡水资源短缺已成为世界性的问题。19世纪,西方各国争夺煤碳;20世纪,各国争夺石油,所以才有各种石油之战;那么,21世纪人们最需要什么?就是水。联合国曾不止一次发出警告:除非各国采取有利措施,否则到2025年世界上将有近三分之一的人口无法获得安全的饮用水。

我国是世界上13个缺水国家之一,解决我国淡水资源紧缺的一条重要战略途径就是有效地开发利用海水资源。

北京华瑞能公司研究开发了太阳能中高温集热海水淡化技术。该技术以北京大学最新科研成果及科技人才为依托,以太阳能的有效利用为着眼点,通过新型高温集热管系统研究出来的。

太阳能中高温集热海水淡化技术可实现连续、长期、稳定地将太阳能直接转化为温度达150℃~200℃高温液态介质,利用储集起来的能量提供给海水淡化装置。运用这种技术,每产出一吨淡水比用普通能源作动力生产一吨水节约近800度电。这大大降低了淡化海水的成本,提高了海水淡化的可行性,具有突破性意义。