【關(guān)鍵字】精品太陽能海水淡化系統(tǒng)太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與保守動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個系統(tǒng)結(jié)合是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術(shù)。太陽能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無污染、所得淡水純度高等優(yōu)點而逐漸受到人們重視。[]基本介紹太陽能海水淡化系統(tǒng)與現(xiàn)有海水淡化利用項目相比有許多太陽能、風能協(xié)同海水淡化系統(tǒng)（圖）新特點：首先是可獨立運行，不受蒸汽、電力等條件限制，無污染、低能耗，運行安全穩(wěn)定可靠，不消耗、、等常規(guī)能源，對能源緊缺、環(huán)保要求高的地區(qū)有很大應(yīng)用價值；其次是生產(chǎn)規(guī)?？捎袡C組合，適應(yīng)性好，投資相對較少，產(chǎn)水低，具備淡水供應(yīng)市場的競爭力。人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統(tǒng)被動式太陽能蒸餾系統(tǒng)的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應(yīng)用有了近150年的歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與保守動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個系統(tǒng)結(jié)合是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術(shù)。太陽能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無、所得淡水純度高等優(yōu)點而逐漸受到人們重視。重要意義淡水是人類社會賴以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)之一。人體的60%是，其中主要是。水對人體健康至關(guān)重要，一旦失去體內(nèi)水分10%，生理功能即嚴重紊亂；失去水分20%，人很快就會死亡。水對其他的生命也是如此，是一切生命之源。水對社會經(jīng)濟而言也不可或缺，農(nóng)作物無水會枯死，工業(yè)生產(chǎn)無水會面臨癱瘓。因此，水又是一切文明之源。地球表面積約為5.1億平方公里，其中海洋面積就占據(jù)了它的70.8%。的平均深度約為，所以地球上的總水量約有近14億立方公里。若從地球上人均占有水量來看，水資源是十分豐富的，人類似乎不應(yīng)有缺水之虞。然而，由于含鹽度太高而不能直接飲用或灌溉的海水占據(jù)了地球上總水量的97%以上，僅剩的不到3%的淡水，其分布也極其不均，它的3/4被凍結(jié)在地球的兩極和高寒地帶的中，其余的從分布上說，地下水也比地表水多得多（多37倍左右）。剩下的存在于河流、湖泊和可供人類直接利用的地下淡水已不足0.36%。就人均占有量來說，中國在水資源方面是一個窮國。據(jù)測算，我國人均占有水量只居世界的第108位。我國海岸線長，一些島嶼和沿海鹽堿地區(qū)以及內(nèi)陸苦咸水地區(qū)均屬缺乏淡水的地區(qū)。這些地區(qū)的人們由于長期飲用不符合衛(wèi)生標準的水，產(chǎn)生了各種病癥，直接影響著他們的身體健康和當?shù)氐慕?jīng)濟建設(shè)。因此，解決淡水供應(yīng)不足是我國面臨的一個嚴峻問題。為了增大淡水的供應(yīng)，除了采用常規(guī)的措施，比如就近引水或跨流域引水之外，一條有利的途徑就是就近進行海水或苦咸水的淡化，特別是對于那些用水量分散而且偏遠的地區(qū)更適宜用此方法。對海水或苦咸水進行淡化的方法很多，但常規(guī)的方法，如蒸餾法、離子交換法、滲析法、反滲透膜法以及冷凍法等，都要消耗大量的燃料或電力。據(jù)報道，截至1990年，全世界已安裝的海水淡化裝置的產(chǎn)水能力為13,000， /天。到2000年，這個數(shù)字已經(jīng)翻了一倍。淡化水的迅速增加，就會產(chǎn)生一系列的問題，其中最突出的就是能源的消耗問題。據(jù)估計，每天生產(chǎn)13,000，的淡化水，每年需要消耗原油I.3億噸。即使人們支付得起這筆燃料的費用，但地球的溫室效應(yīng)、空氣污染等也告示人們必須謹慎從事。因此，尋求用太陽能來進行海水淡化，必將受到人們的青瞇。從中國國情出發(fā)，情況更是如此。我國廣大、孤島等地區(qū)至今仍普遍缺乏電力，因此在中國能源較緊張的條件下，利用太陽能從海水（苦咸水）中制取淡水，乃是解決淡水缺乏或供應(yīng)不足的重要途徑之一。所以，利用太陽能進行海水淡化，有廣泛的應(yīng)用前景。裝置分類人類利用太陽能淡化海水，已經(jīng)有了很長的。人類最早有文獻記載的太陽能淡化海水的工作，是15世紀由一名阿拉伯煉丹術(shù)士實現(xiàn)的。這名煉丹術(shù)士使用拋光的大馬士革鏡進行太陽能蒸餾。世界上第一個大型的太陽能海水淡化裝置，是于1874年在智利北部的LasSalinas建造的。它由許多寬1.，長米的盤形蒸餾器組合而成，總面積。在晴天條件下，它每天生產(chǎn)2.3萬升淡水（4./米?天）。這個系統(tǒng)一直運行了近40年。人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。早期的太陽能蒸餾器由于水產(chǎn)量低，初期成本高，因而在很長一段時間里受到人們的冷落。第一次世界大戰(zhàn)之后，太陽能蒸餾器再次引起了人們極大的興趣。當時不少新裝置被研制出來，比如頂棚式、傾斜幕芯式、傾斜盤式以及充氣式太陽能蒸餾器等等，為當時的海上救護以及人民的生活用水解決了很大問題。太陽能蒸餾器的運行原理是利用太陽能產(chǎn)生熱能驅(qū)動海水發(fā)生相變過程，即產(chǎn)生與。運行方式一般可分為直接法和間接法兩大類。顧名思義，直接法系統(tǒng)直接利用太陽能在集熱器中進行蒸餾，而間接法系統(tǒng)的太陽能集熱器與海水蒸餾部分是分離的。但是，近20多年來，已有不少學(xué)者對直接法和間接法的混合系統(tǒng)進行了深人研究，并根據(jù)是否使用其他的太陽能集熱器又將太陽能蒸餾系統(tǒng)分為主動式和被動式兩大類。被動式太陽能蒸餾系統(tǒng)被動式太陽能蒸餾系統(tǒng)的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應(yīng)用有了近150年的歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。目前，比較理想的盤式太陽能蒸餾器的效率約在35%，晴好天時，產(chǎn)水量一般在3?4kg/m左右。如果在海水中添加濃度為172.5ppm的黑色萘胺，蒸餾水產(chǎn)量可以提高約30%。主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)被動式太陽能蒸餾系統(tǒng)的一個嚴重缺點是工作溫度低，產(chǎn)水量不高，也不利于在夜間工作和利用其它余熱。為此，人們提出了數(shù)十種主動式太陽能蒸餾器的設(shè)計方案，并對此進行了大量研究。在主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)中，由于配備有其它的附屬設(shè)備，使其運行溫度得以大幅提高，或使其內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程得以改善。而且，在大部分的主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)中，都能主動回收蒸汽在凝結(jié)過程中釋放的潛熱，因而這類系統(tǒng)能夠得到比保守的太陽能蒸餾器高一至數(shù)倍的產(chǎn)水量。[]發(fā)展現(xiàn)狀中國對太陽能海水淡化技術(shù)的研究也有較好的基礎(chǔ)，在這方面做過較多工作的有中國科學(xué)院廣州能源研究所和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等。還在上世紀80年代初，廣州能源研究所即開展了太陽能海水淡化技術(shù)的研究，完成了空氣飽和式太陽能蒸餾器的試驗研究，并于1982年左右在我國嵊泗島建造廠一個具有數(shù)百平方米太陽能采光面積的大規(guī)模的海水淡化裝置，成為我國第一個實用的太陽能蒸餾系統(tǒng)。接著，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)也進行了一系列的太陽能蒸餾器的研究，并在理論上進行了探討。對海水濃度、海水中添加染料及裝置的幾何尺寸等因素對海水蒸發(fā)量的影響進行了實驗，給出了有益的結(jié)果。進入上世紀90年代后，、、等單位也加入到了太陽能海水淡化技術(shù)研究的行列，提出了一系列新穎的太陽能海水淡化裝置的實驗機型，并對這些機型進行了理論和實驗研究。比較有代表意義的有西北工業(yè)大學(xué)提出的“新型，高效太陽能海水淡化裝置”；天津大學(xué)提出的“回收潛熱的太陽能蒸餾器”；中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)提出的“降膜蒸發(fā)氣流吸附太陽能蒸餾器”等等，使太陽能海水淡化技術(shù)有了較大進步。進入本世紀之后，太陽能海水淡化技術(shù)進一步成熟。其中西安交通大學(xué)、北京理工大學(xué)等提出了“橫管降膜蒸發(fā)多效回熱的太陽能海水淡化系統(tǒng)'，試制出了多個原理樣機，并對樣機進行實驗測試和理論研究。清華大學(xué)等單位在借鑒國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對多級閃蒸技術(shù)在太陽能海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用進行了探索，試制出了樣機，并在我國的秦皇島市建立了主要由太陽能驅(qū)動的實際運行系統(tǒng)，取得有益的經(jīng)驗。中國太陽能海水淡化技術(shù)的研究，走過了近25年的歷史，取得了可喜的成績。綜觀整個研究過程，基本可分為3個階段。第一階段在上世紀整個80年代至90年代初期。這個階段是中國太陽能海水淡化技術(shù)研究的起步階段.也是中國太陽能熱利用研究的起步階段。那時，包括太陽能蒸餾器在內(nèi)的許多太陽能應(yīng)用技術(shù)，如太陽能干燥器、太陽能熱水器、太陽能集熱器、太陽房以及太陽能聚光器等都吸引了許多科學(xué)家進行研究。但由于是起步階段，所以整個研究都處于較低的水平上，如對太陽能海水淡化技術(shù)的研究，基本都集中在單級盤式太陽能蒸餾器上。上面的討論已經(jīng)指出，這種蒸餾器具有取材方便、結(jié)構(gòu)簡單、無動力部件、建造和維修便利以及可以長期無故障運行等優(yōu)勢，因而受到廣大用戶的青睞。但這種裝置由于其內(nèi)部海水容量大，因而升溫緩慢，致使海水蒸發(fā)動力不足，加之整個蒸餾過程中未能回收蒸汽的凝結(jié)潛熱，所以一般系統(tǒng)的效率都不高，約在35%以下。在晴好天氣下。每平方米采光面積的產(chǎn)淡水量在3.5—4.Okg左右。第二階段在上世紀90年代初到90年代末。此階段上，許多研究者逐步認識到了盤式太陽能蒸餾器的缺陷。在設(shè)法減少裝置中海水的容量方面，采取了梯級送水、濕布芯送水以及在海水表層加海綿等方式，大大減小了裝置中的海水存量，使裝置中待蒸發(fā)的海水溫度得到進一步提高，也使裝置更快地有淡水產(chǎn)出，延長了產(chǎn)水時間，提高了裝置的產(chǎn)水效率。在回收水蒸汽的凝結(jié)潛熱方面，實驗了多級迭盤式太陽能蒸餾器以及其他回收水蒸汽潛熱的太陽能蒸餾器。采取這些措施之后，裝置的總效率提高到了約50%。上世紀90年代末至現(xiàn)在，對太陽能海水淡化技術(shù)的研究進入到了第三個階段。在總結(jié)和分析了第二階段的研究成果后，人們發(fā)現(xiàn)：盡管采取了許多被動強化傳熱傳質(zhì)措施，如減小裝置中海水的容量、多次回收蒸汽的凝結(jié)潛熱等，仍不能滿足用戶的要求，即太陽能蒸餾器的經(jīng)濟性仍然不夠理想。分析發(fā)現(xiàn)，裝置內(nèi)自然對流的傳熱傳質(zhì)模式是限制裝置產(chǎn)水率提高的主要因素。于是研究者紛紛選擇了對主動或加有動力，如水泵或風機等）的太陽能蒸餾器的研究。此期間出現(xiàn)了氣流吸附式、多級降膜多效回熱式、多級閃蒸式等許多新穎的太陽能海水淡化裝置，裝置的總效率也有了較大提高，達到?80%左右（包括的消耗）。[]未來發(fā)展未來的太陽能海水淡化技術(shù)，在近期內(nèi)將仍以蒸餾方法為主。利用太陽能發(fā)電進行淡化，雖在技術(shù)上沒有太大障礙，但在經(jīng)濟上仍不能跟保守海水淡化技術(shù)相比擬。比較實際的方法是，在電力缺乏的地區(qū)，利用太陽能發(fā)電提供一部分電力，為改善太陽能蒸餾系統(tǒng)性能服務(wù)。由于中溫太陽能集熱器的應(yīng)用日益普及，比如真空管型、槽形拋物面型集熱器以及中溫大型太陽池等，使得建立在較高溫度段（）運行的太陽能蒸餾器成為可能。也使以太陽能作為能源，與常規(guī)海水淡化系統(tǒng)相結(jié)合變成現(xiàn)實，而且正在成為太陽能海水淡化研究中的一個很活躍的課題。由于太陽能集熱器供熱溫度的提高，太陽能幾乎可以與所有保守的海水淡化系統(tǒng)相結(jié)合（保守的以電能為主的海水淡化系統(tǒng)在此暫不考慮）。已經(jīng)取得階段性成果并有推廣前景的主要有：太陽能多級閃蒸系統(tǒng)、太陽能多級沸騰蒸餾系統(tǒng)和太陽能壓縮蒸餾系統(tǒng)等。例如，科威特已建成了利用：的槽形拋物面太陽能集熱器及一個的貯熱罐為多達12級的閃蒸系統(tǒng)供熱的太陽能海水淡化裝置，每天可產(chǎn)近10噸淡水。該裝置可在夜間及太陽輻射不理想的情況下連續(xù)工作，其單位采光面積每天的產(chǎn)水量甚至超過保守太陽能蒸餾器產(chǎn)水量的10倍。可見，太陽能系統(tǒng)與常規(guī)海水淡化裝置相結(jié)合的潛力是巨大的。理論計算表明，多級沸騰蒸餾比多級閃蒸系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點，在擁有相同性能系數(shù)的條件下，它所需的級數(shù)更少、耗能更低，所需的外界功量也更少。太陽能蒸汽壓縮系統(tǒng)也具有廣闊的前景，特別在電能相對便宜的地區(qū)。有報道指出，在各類多級沸騰蒸餾系統(tǒng)中，多級堆積管式蒸發(fā)系統(tǒng)最適合以太陽能作為熱源。這種裝置有許多優(yōu)點，其中最主要的一點是它能在輸入蒸汽量為0?100%之間的