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基于海洋能的海水资源综合利用研究

来源:反渗透 时间:2023/4/21

「本文来源:中国工程院院刊」

一、研究背景

海洋能根据存在形式的不同,可以分为潮汐能、潮(洋)流能、波浪能、盐差能、温差能等,这些狭义海洋能的理论储量高达2.1×TWh/a[1],大大超出了目前人类利用各种能量(功率)的总和。此外还有广义的海洋能,如海上风能、海洋生物质能、海洋地热能等。上述狭义或广义海洋能均为可再生的清洁能源。然而,在海水中还蕴含了数量巨大的“海洋(水)化学能”。有效利用这种特殊的能量并将海量的海水“资源化”,是本文拟提出的研究新领域、技术新问题。具体而言,本文将着重讨论一个有研究价值的海洋能、海水淡化、海水资源综合利用新方案,即通过海洋能发电进行海水淡化,在获得宝贵淡水资源的同时,进一步利用海洋能转化的电力完成制淡副产品浓盐水的电解制氢、制碱工艺,从海水中直接获取氢气、氯气、纯碱、烧碱等化学制品,从而完成向大海要能源、向大海要淡水、向大海要资源的全过程,开拓海洋能与海水资源综合利用的新途径。

海水制淡是解决沿海(近海)地区淡水资源短缺的现实选择,具有重要的社会意义和经济价值,海水淡化技术本身产业已成熟。利用海洋能实现海能海用、就地取能、就近发电,实现沿海缺水地区或无水岛屿、岛礁的海水淡化供给,进一步实现了海上可再生能源技术与海水淡化技术的融合,拓展了产业链,可望进一步降低海水淡化的成本。海水淡化后的浓盐水中的氯化钠浓度与电解盐工艺溶液中氯化钠的浓度已经非常接近。在海洋能发电技术方面,包括浙江大学、中国科学院广州能源研究所等单位在内的国内外研究机构和企业在海洋能发电领域做了长期的、大量的工作,潮流能、波浪能等发电装备与技术日趋成熟。但是同时利用海洋能产生的电力和海水制淡产生的副产品浓盐水,来完成通常在内陆厂家消耗大量电力的电化工生产过程是一个新概念,目前尚无直接、具体的研究和实施案例。因此下文将分析上述方案中的利用海洋能发电和海水制淡剩余浓盐水(通常回弃大海)两种海上资源,通过电解制氢及生产其他化工产品的工艺、成本及应用技术等问题,探讨这一方案的可行性、有效性,评估其潜在的经济、社会效益。

二、海水淡化与其浓盐水副产品资源化利用可行性分析

中国是一个淡水资源缺乏的国家,在全国多个城市中,有多个城市缺水,其中个为严重缺水城市[2]。水资源缺乏已经成为制约社会经济发展的重要因素。利用海水淡化技术获取淡水可以不受时空和气候影响,水质好、价格合理,可以为沿海地区提供稳定的市政供水与工业用水。然而随着大规模反渗透膜法海水淡化工程的实施,其副产品浓海水的排放问题引起了广泛

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