潮汐能直接驱动海水淡化 可提高约46.35%的潮汐能利用率

水资源是人类生活社会进步，经济发展过程中不可缺少的资源，是实现可持续发展的物质基础。反渗透海水淡化技术已经成为解决我国乃至全球淡水危机的一个根本性举措，并且成为沿海地区经济可持续发展的有力保障。潮汐能是海洋能源中技术最成熟和利用规模最大的一种能源，其具有高度可预测性的优势。然而，海水淡化过程需要消耗大量的能源，淡化成本也因此一直居高不下。

记者从广东海洋大学获悉，该大学机械与动力工程学院教授凌长明团队在“适应变潮差的潮汐能直接驱动海水淡化技术”项目中提出了潮汐能直接驱动海水淡化的方法。该项目日前获得了由中国发明协会颁发的2020年度发明创新奖二等奖。

“海洋能是绿色可再生能源，合理利用不仅可以缓解能源危机，而且可以有效的减缓环境恶化问题。若将海洋能利用技术和海水淡化技术相结合，利用绿色能源海洋能代替化石能源电能生产淡水，不仅可以解决淡水紧缺问题，也可避免因为化石能源消耗引起的能源危机和全球变暖问题。海洋能海水淡化技术的发展可以解决我国沿海城市以及偏远海岛的缺水问题，也可以保证经济的可持续发展步伐稳定。”凌长明在接受记者采访时表示。

凌长明团队首先采用熵分析法和火用分析法对潮汐能聚能增压方案的可行性进行研究，证实了其可行性。得到了流量比与增压比之间的量化关系，增压比随着流量比的减小而增大， 只要有足够量的做功海水，就可以使一定量的少量海水达到足够大的压力。根据理论分析、概念，设计并研制出了可以输出稳定转速的变频高效聚能增压器，并搭建了以此为核心的变频高效聚能增压试验台，通过实验对比潮汐能直接驱动海水淡化与潮汐能发电驱动海水淡化两种系统的能效，证实潮汐能直接驱动海水淡化方法能源利用率等方面有显著优势。

“潮汐能直接驱动反渗透海水淡化方法可提高约46.35%的潮汐能利用率。此方法不经过电能转化过程，系统可省去发电机、整流并网设备和电动机设备，且系统中的水轮机不再需要调速机构。故此方法可以降低系统的复杂性，这不仅能使设计简单化，大幅度降低系统设备成本，更可有效地控制系统的可靠性。”凌长明说。

研究发现，利用潮汐的能量可直接将低水头海水变为高压海水，从而可以替代电能为反渗透海水淡化提供高压海水，证实了潮汐能直接驱动海水淡化方法的可行性，同时给出了聚能增压过程的增压比和流量比的量化关系，增压比随着流量比的减小而增大，理论上只要有足够量的做功海水 就可以使一定量的少量海水达到足够大的压力；在同一流量比下，增压比随水位差的增大而增大，即水位差越大，产生的高压海水的压力也就越大，聚能增压的效果就越好。

“为适频高效聚能增压系统设计了积分流量器，稳定压力脉动的同时分流出多的高压海水，分流出的高压海水可以并联反渗透海水淡化系统进行制淡，也可以用于每日设备的反冲洗用水；组装了聚能增压器样机，实验证明同一潮差下生产相同压力的高压海水，相比利用潮汐能先发电后利用电能生产高压海水的方法，利用潮汐能直接生产高压海水的方法效率更高，流量比更大。”凌长明说。

研究指出，从潮汐能利用率和能源利用效率两方面对潮汐能直接驱动反渗透海水淡化方法的能效优势和成本优势进行了分析，得出潮汐能直接驱动反渗透海水淡化系统可提高约46.35%的潮汐能利用率，提高约31.22%的能源利用效率，总能效优势可提高约41.42%； 并且该方法在节省设备成本的同时，可降低能耗成本约20.71%。

文章来源： 科技日报