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1、利用风为能源的海水淡化途径论文摘要：大力发展廉价的可再生能源并用于海水淡化将是解决海水淡化高成本的重要途径。文中介绍了风能海水淡化的技术发展现状和应用实例，并为推动我国风能海水淡化进程提出了制定海水淡化远景规划和开展沿海各主要城市海水淡化厂最优厂址研究等项建议。 论 论文摘要：大力发展廉价的可再生能源并用于海水淡化将是解决海水淡化高成本的重要途径。文中介绍了风能海水淡化的技术发展现状和应用实例，并为推动我国风能海水淡化进程提出了制定海水淡化远景规划和开展沿海各主要城市海水淡化厂最优厂址研究等项建议。论文关键词：风能；水资源；海水淡化由于工业的不断发展，城市化进程加快，人口不断增加，人们对于水资
2、源的需求量越来越大。然而，由于环境污染等因素，可直接利用的水资源却越来越少。将海水淡化，使其成为取之不尽的水资源是解决未来水资源短缺的重要渠道。海水淡化的一个重要制约因素是其高能耗。实践表明，在所有海水淡化技术中，反渗透法（RO）是最经济的。即便是这种最经济的反渗透法，其成本的45也是来自于能耗。尽管随着技术的不断提高，常规发电成本将会有所降低，但寻找可替代的能源仍是海水淡化的关键。海上风资源丰富，具有风速大、相对稳定的特点，风能是海水淡化的重要能源选择。国际上利用风能进行海水淡化的国家主要有西班牙（Canary Islands海水淡化厂）、希腊、墨西哥、挪威、澳大利亚、荷兰等。1.技术发展现
3、状风能海水淡化主要有2种形式：（1）风电海水淡化（分离式）；（2）风力直接驱动海水淡化（耦合式）。最近，荷兰Dem大学研究出一套风力直接驱动反渗透膜海水淡化装置，其优点是省去了“机械能一电能一机械能”转换过程，提高了能量利用效率，并简化了系统结构，但该技术方案每套装置自成一套系统，不适于大型海水淡化厂。其原因是海水淡化厂对海水质量要求较高，对海流、生态等也有一定要求。大型海水淡化厂往往需要几十台乃至几百台风力机组，延绵几十公里，每套装置的取水点相距较远，海水质量、海流条件和生态情况等很难同时满足每台机组的要求。图1所示为澳大利亚提出的一个海上漂浮式风力海水淡化厂。也是一种耦合式的海水淡化装置。
4、分离式海水淡化的风电可以并人电网，也可以不并网作为独立能源直接为海水淡化厂供电。最近，美国GE公司对这2种供电方式的风电海水淡化厂进行了系统的理论和实体模型研究，实体模型由风力发电机系统（装机容量1.5MW）、R0系统、能源回收系统和能源储存系统等组成，研究内容包括：（1）2种供电方式对海水淡化成本的影响；（2）分析联网方式对不稳定风能的适应性和对输出淡水质量的影响；（3）寻找优化海水淡化厂规模、评价海水淡化厂效益、规范海水淡化厂运行的一般方法。在该项研究中，对RO系统的状态参数、功率变化、风机状态进行了全面检测，分析各系统在不同水泵转速、不同阀门位置、不同连接方法、不同海水水质条件下的极限值
5、。GE的研究结果表明，将风力发电并人电网式的海水淡化厂的淡化成本更低一些。在电价为12美分的情况下，风电并网式海水淡化厂的造水成本约为0.77美元m3，而独立风电海水淡化厂的造水成本约为1.11美形m3。同时，GE还试验对比分析了不同海水淡化形式的经济性能。在风电装机1.5MW情况下，RO海水淡化厂产水能力为5500m3d，而蒸馏式海水淡化厂产水能力仅为1350m3d。风电的一个重要特点是其随机性（或不连续性），风电并网后，会对电网产生负面影响。同样，即使风电不并网而直接为海水淡化厂供电，其淡水产量也不稳定。难以保证城市的稳定可靠供水。解决这一问题的方法有很多，主要有：蓄水池法、蓄电池法、抽水
6、蓄能法等，目前第一种方法用的较多。最近，德圉著名风电公司Enercon投入大量资源进行了基于风力发电的海水淡化研究，并取得了很大进展。设计并生产出以反渗透海水淡化技术为基础的新型可变负荷运行的风电海水淡化装置（工作原理如图2所示），成功地解决了因风电不稳定而在独立为海水淡化系统供电上的限制。其成果和创新主要集中在2个方面：一是新型高效的能量回收装置；二是负载功率和产水量可连续调节。该项技术显著降低了海水淡化的能耗和成本，同时也大大降低了风电独立海水淡化的难度和技术风险。该系统已经在挪威Utsira进行了运行测试。2.应用实例2.1西班牙加那利群岛海水淡化系统（Canary Island）加那利
7、群岛位于非洲西北，大西洋东部，由13个火山岛组成，面积7273km2，人口约200万，是著名旅游胜地。全境属亚热带地中海式气候，年平均降水量为300mm，蒸发量高，海水淡化是岛上日常淡水的主要来源。从20世纪60年代以来，全岛共建有采用不同技术的海水淡化厂34座，其中反渗透法（RO）30座，蒸馏法3座，电渗析法1座。截至2001年，最大日淡化能力达331800in3。随着技术的不断进步，单位产水能耗逐渐减少，已从20世纪60年代12kWhm3下降至目前约2.64kWhm3。2l世纪初，在欧盟的资助下，西班牙的科技人员在这个岛上兴建了一座独立风电海水淡化厂，对比研究了3种不同的海水淡化技术（RO
8、法、压缩蒸汽法和电渗析法）对风电波动性和随机性的适应性问题？，其中RO法共采用8组RO系统，每套RO系统产水能力为25n13d。研究表明，3种技术都可用于独立风电海水淡化，其中RO在技术和经济上最佳。该系统一个重要特点是它不需要柴油发电机、电池、抽水蓄能等常规储能装置或设备来平衡和消除风电的随机性和波动性的影响，只需配备一定转动惯量的飞轮来抑制风机输出功率的快速波动，系统即可正常运行。整个独立电网由2台230kW的风机供电，当风速达到启动风速时，风机开始启动，并优先加速飞轮。（与飞轮相连的）同步电机与飞轮一起为独立电网提供基本频率保证。当电网频率达到52Hz时，若风机输出功率足够大，将启动第一
9、组RO系统；若发电功率仍足以支撑另一组RO系统，则启动下一组RO系统；依次类推，直到所有RO系统都已投入运行。在系统运行过程中，若风电输出功率过剩，则优先通过加速飞轮蓄能；其次是调整迎风角以降低发电输出功率。若风电输出功率仍过大，则关闭其中一台或多台风电机组。当风速降低时，首先通过变桨增加风机输出功率；若输出功率仍偏小，则利用飞轮储能进行弥补。当飞轮转速低至电网最低频率48Hz时，若风机输出功率仍不能维持已连接RO系统的正常运行，则关闭其中一组RO系统；若还不能实现功率平衡，则继续关闭更多组RO系统，直到所有RO系统均已停止运行。实验结果表明，采用以上运行策略的独立风电RO海水淡化系统在不进行
10、能量回收情况下单位产水耗电量为7.5kWhm。2.2挪威阿奇若岛（IslandofUtsira）风力海水淡化系统挪威Utsira岛风力发电厂可能是目前世界上惟一的独立于电网的大型风力发电系统，该系统建于2004年，由德国恩那康公司设计。整个系统包括：（1）Enercon风机；（2）柴油发电机组；（3）主同步装置；（4）用于控制频率的飞轮蓄能装置；（5）蓄电池装置。柴油发电机组主要用于当风速波动过大或风速过小而供电不足时保证电厂的正常供电。主同步装置和飞轮蓄能装置的作用是尽可能地减少柴油发电机组的启动。在一般情况下，主同步装置和飞轮蓄能装置可保证系统的稳定运行，不需柴油发电机组投入工作。对于引起
11、风机功率快速波动的阵风，飞轮储能装置可以起到稳定电网的作用。蓄电池装置主要用于平衡长周期的供电用电不匹配。当用水（或用电）低谷时，多余的电用来为蓄电池装置充电；而当用水（或用电）高峰时，仅靠风力发的电不能满足供电要求，蓄电池装置会自动放电进行功率补充。除了蓄电池装置之外，作为试验，Utsira岛风力发电厂还安装了一套电解槽装置。当风电过剩时，富余电力用于电解制氢，用于低风速时段发电。整个系统比较复杂，由一套能源管理系统进行统一管理。各部件的运行状态信息会及时传送到远在德国奥尔赤（Aurich）的Enercon公司控制中心，由该中心根据系统运行情况自动对其进行必要的调整和管理。Utsira岛海水
12、淡化系统采用Enercon公司开发的产品，整个系统由4组反渗透膜（RO-Unit）组成，每组产水能力为7.515m3h，系统最大产水能力为1440m3d。因系统采用Enercon专门设计的能量回收装置，产水耗电量很小，仅22.8kWhm3。2.3小结利用风力进行海水淡化的形式有2种：分离式和耦合式。目前分离式较多，分离式又分非并网式和并网式。在分离式中，厂址的选取很重要：既要满足海水水质、水流、生态、环境的要求，又要具备相对稳定，风速较大的风场。由于风速的随机性，对于非并网式的风力海水淡化厂，如何稳定电能输出（或淡水输出）是关键。常用的方法有：蓄电池储能、飞轮储能、电解制氢储能、柴油发电互补、
13、抽水蓄能等。本章介绍了2种独立电网风能海水淡化形式：一种是采用飞轮进行功率平衡；另一种是利用柴油互补发电平衡。3.对我国发展风力海水淡化的建议中国是一个水资源严重缺乏的国家。全国绝大多数城市都存在缺水问题。随着经济的发展，人口的增加，缺水面必然会持续增大。南水北调同然可解决北方一些地区的用水问题，但对于广大沿海地区，从长远角度来看，发展海水淡化，不论从经济上，还是从环境上都更加可行。海水淡化水源稳定、清洁，产水成本逐渐降低，已经受到越来越多国家，尤其是干旱缺水国家的重视。然而，海水淡化耗能多，大力发展便宜的可再生能源并用于海水淡化将是解决海水淡化高成本的重要途径。发展我国海水淡化，建议首先开展
14、如下几项工作。（1）制定我国海水淡化远景规划。由于我国总体上是一严重缺水国家，水资源必将是我国经济发展的制约因素，而海水淡化必将是我国解决这一问题的重要途径。实际上，淡化的海水也是一种水资源，因此，这一规划应由水行政主管部门结合地表水、地下水、废水利用、南水北调等其他淡水资源统一制定。海水淡化是高耗能产业，海水淡化的远景规划应与能源的远景规划，尤其是海上风力发电规划协调制定。（2）沿海各主要城市海水淡化厂最优厂址的研究。风力海水淡化厂的最优厂址应至少具备以下条件：合格的海水水质、水流、生态、环境，相对稳定的、风速较大的风场。合理的取水口可大大降低淡化厂建厂成本。国家应以重大项目的形式进行资助。
15、研究的内容包括：流态研究。取水口应选在对流较大的地区，以增加其净化能力，提高水质。排水口也应选在流速较大的区域，以便浓盐水的快速稀释，减轻浓盐水排放的环境污染，并避免对取水口水质产生不利影响。水质研究。取水口处的水质，不但现阶段应满足要求，而且将来也应该满足要求。生态影响研究。海水淡化厂排放的浓盐水对附近海域的生态会有一定影响，尤其是长远的影响。多年风资料的研究。（3）反渗透膜的研究。海水淡化反渗透膜是海水淡化厂成本的重要组成部分，这方面我国研究和生产水平与国外有很大差距。国家应投资支持对低成本、高效率、长寿命反渗透膜的研究。（4）建设独立风电示范海水淡化厂。在原理与工艺试验取得成功后，首先在
16、具有1000一10000人的缺乏淡水水源、依靠柴油发电的海岛建设小型独立风电海水淡化厂。取得经验后再在沿海一带建一座具有一定规模的独立风力海水淡化厂，以积累经验，培养人才。国外的经验表明，海水淡化成本与海水淡化厂规模密切相关。大规模海水淡化厂（日产水大于10万m3）可显著降低产水成本。（5）风能平衡器的研究。由于风能的随机性，合理的平衡器可大大降低海水的淡化成本，并提高供水的可靠性。不同的风力发电厂址所需的合理平衡器的形式也可能不同。若地形允许，由于其技术的可靠性，应优先选取抽水蓄能式平衡器。水利论文网欢迎您的到访，如有业务需要请咨询本站客服人员！谢谢！如需转载本文请保留一个链接：http:/参考文献：1 Carta J A，G
