光伏扬水系统与膜技术结合生产淡水

摘要：太阳能是一种干净的可再生能源，越来越受到人们的青睐，在人们生活、工作中有广泛的用途， 其中之一就是将太阳能转换为

>> 基于PIC16F87单片机的新型光伏扬水系统的设计 韶关乳源：光伏扬水全国首创 光伏发电技术与现代建筑的结合 广州颐和集团别墅光伏光热热水系统描述与前景分析 海淡水系统中的腐蚀与防护 光伏发电系统设计与实践 光伏系统日常运营与维护 薄膜技术渐成热点，有望带动光伏市场新一轮增长 光伏发电技术与水上光伏研究 太阳能光伏发电供水系统在黄土高原的应用 光伏发电系统逆变技术研究与探讨 浅谈光伏技术 工学结合教学模式在光伏技术专业人才培养中的研究与实践 安装光伏发电系统施工技术保障分析 浅谈光伏发电系统施工技术 光伏并网系统设计关键技术研究 光伏发电系统施工安装技术保障分析 光伏发电并网系统相关技术讨论 光伏跟踪系统智能控制技术浅析 光伏发电并网系统的相关技术分析 常见问题解答 当前所在位置： > abstract: solar energy is a kind of clean renewable energy, more and more get the favour of people, has been widely used in people's life, work, and one of them is to convert solar energy into electricity < /view/48797.htm >, the solar cell is the use of solar energy to work. Solar water pump, also known as photovoltaic pumping system is mainly composed of photovoltaic pumping inverters, the exchange of water pump and solar array. Need solar water pump system fully automatic operation, without manual, system dispense out battery energy storage device, in order to replace electric storage water, direct drive pump pumping, running stability, greatly reduce the construction of system and maintenance costs. On board the vessel in the island, fresh water is very precious, if the solar pv pumping system with membrane technology combined with the production of fresh water, has a great significance in reality.

Keywords: photovoltaic (pv) power generation; The photovoltaic pumping system; Membrane technology; Fresh water

中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

首先介绍一下光伏发电扬水系统（光伏提水系统）亦称太阳能光伏水泵系统，主要由光伏扬水（光伏提水）逆变器、三相交流水泵、太阳能电池阵列组成，广泛运用于海水淡化、沙漠治理、生活用水、农业灌溉、林业浇灌、草原畜牧、景区喷泉、水处理工程等。

在海水淡化技术已成熟的今天，经济性是决定其广泛应用的重要因素。在国内，成本和投资费用过高一直被视为是海水淡化难以大胆使用的主要问题，但实际上这是一个认识问题。目前世界上常用的淡水取用方式主要有地下取水、远程调水和海水（苦咸水）淡化三种。开采地下水作为一个重要的开源措施，工程量小、成本低，这是很吸引人的优点，但地下取水受资源条件限制很大，而且许多地区多年来由于过度开采地下水，已形成地下漏斗，造成房屋倾斜，甚至导致了海水倒灌等环境危害，地下水的开采已经受到制约。远程调水，目前并没有把工程投资费用以及被引水地区的间接经济损失计算在内，仅以日常运行费用、管理费计算其成本，这与真正成本相差很大。其实引水工程，除了巨额的投资之外，还要占用大量耕地，还存在被引水地区的环境危害等问题。南水北调工程实施后，长江水流到北京，按现行不变成本计算，综合成本在5元/立方米以上，甚至有专家预测每立方米将达20元。美国有资料认为，远程调水超过40公里，成本将超过海水淡化。

对于海水淡化，能耗是直接决定其成本高低的关键。40多年来，随着技术的提高，海水淡化的能耗指标降低了90%左右（从26.4kwh/m3降到2.9kwh/m3），成本随之大为降低。目前我国海水淡化的成本已经降至4-7元/立方米，苦咸水淡化的成本则降至2-4元/立方米，如天津大港电厂的海水淡化成本为5元/立方米左右，河北省沧州市的苦咸水淡化成本为2.5元/立方米左右。如果进一步综合利用，把淡化后的浓盐水用来制盐和提取化学物质等，则其淡化成本还可以大大降低。至于某些生产性的工艺用水，如电厂锅炉用水，由于对水质要求较高，需由自来水进行再处理，此时其综合成本将大大高于海水淡化的一次性处理成本。可见，如果抛开政府补贴等政策性因素而单从经济技术方面分析，海水淡化尤其是苦咸水淡化的单位成本实际上是很有竞争力的。

在实际选用中，究竟哪种方法最好，也不是绝对的，要根据规模大小、能源费用、海水水质、气候条件以及技术与安全性等实际条件而定。

实际上，一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加必要的药剂等；脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分，这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回收措施；后处理则是对不同淡化方法的产品水针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等处理。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法，都存在着能量的优化利用与回收，设备防垢和防腐，以及浓盐水的正确排放等问题。

海水淡化技术的发展与工业应用，已有半个世纪的历史，在此期间形成了以多级闪蒸、反渗透和多效蒸发为主要代表的工业技术。专家普遍认为，今后三、四十年在工业应用上，仍将是这三项技术“唱主角”，但反渗透的比重将越来越大。从地区上来讲，中东海湾国家仍将以多级闪蒸为首选，因为它具有大型化和超大型化（单台设备产水量目前已高达日产淡水4～5万吨）、适应于污染重的海湾水以及预处理费用低的优势；然而在中东以外地区将以反渗透或膜法为首选，因为膜法的能耗和成本都具有优势，以北美地区为例，近期的发展已经表明，在淡化和水处理方面都将以膜法为主。

海水淡化设备的工艺流程如下：

海水提升泵（光伏扬水系统）盘式过滤器活性炭过滤器UF超滤自制海水专用滤芯保安过滤器光伏扬水系统反渗透RO1能量转化装置反渗透RO1生活用淡水二级增压泵（光伏扬水系统）反渗透RO2弱碱性过滤生饮引用淡水开停机淡水冲洗水箱。淡水水箱的作用是，停机前，对机组进行淡水冲洗，使机组中的含盐海水进行淡化冲洗，冲洗完成后，关闭进水阀，出水阀，作用相当于机组保护液，开机时将机组中的保护水用准备淡化的海水进行冲洗，几分钟后即可进行淡化操作，不需要反冲洗装置，与加药装置。

海水提升泵（光伏扬水系统）：根据后级的需求将海水从海里或海水水箱中抽出，其工作压力为0.2Mpa，流量根据海水淡化设备的日产淡水量决定。

盘式过滤器：将流经海水中可视的悬浮物、絮状物、海藻、泥沙及不可视的明胶体进行有效吸附过滤排放，以解轻活性碳过滤器与UF超滤膜的负担，有效地将大量的泥沙，悬浮物、絮状物、海藻类，进行大范围的清楚，盘式过滤器几乎不消耗能源。

超虑过滤器：采用聚丙烯中空纤维膜（内压式）其有效截留孔径为0.1―0.01um，对流经海水中的微生物及大于该孔径的各类分子团截留，泵系统中UF超滤装置上，装有一个调节阀，调节量是5%-10%的脓水进行排放，防止过多的悬浮物、絮状物、海藻、泥沙及不可视的明胶体，吸附物进行有效的排放，使UF超滤膜无大量的堆积，保证UF超滤膜正常稳定的工作。

从节约水之源的角度考虑，用UF超滤排出的脓水来冲洗盘式过滤器，也是一个不错的选择，这样可以节约一部分淡水，也可以做到废水不废的再次利用。

海水专用膜：

（一）对流经海水中的分子进行活化分离，(1)重金属分子进行有效清除，(2)对钙镁离子、(3)大分子团进行分离，(4)去除水中余氯，(5)去除硫化氢，(6)减少悬浮固体，(7)减少矿物质结垢，(8)打断分子链结构，使海水水分子细小化分裂，使海水分子链发生断裂细小化，给RO膜进行脱盐， (9)加快了RO膜的透水率，由单支膜%8的回收率，提高到了12%，海水的了利用率由40%，提高到了60%，也就是讲1吨海水可以出500-600L的淡水。

（二）从而大大的提高后级RO膜的透水率，RO膜系统的寿命可提高一倍以上，膜的寿命由原来的一年提高到了两年以上，RO膜的工作压力由4.5Mpa-6.5Mpa的工作压力，降低至2.5Mpa-4.5Mpa，开始出水压力2.5Mpa，饱和压力4.5Mpa，如再增加压力的情况下，出水率已经达到了饱和恒定状态流量，所以讲功耗，由原来每吨水淡水6Kwh驱动功率，降至现在3.5Kwh以下，RO两级出水可以达到生饮用水标准，吨水5-5.5kwh能耗，电导率20ppm以下，出水水质弱碱性负电位，吨水成本4.8元以内。

（三）一级出水电导率200ppm以下，吨水成本3.2元以内，与现在的民用自来水相示，生产每吨淡水用电3.5度，单支膜的出水率12%，RO两级膜的出水率42%，同时由于膜工作压力的降低，出水率的提高，延长了RO膜的寿命，也降低了用行成本，简化了工艺。

（四）更为突出的是，免去了加药系统，与反冲洗系统，工艺自带正向冲洗系统，不需要另外，外加任何设备，由于采用了自制海水专用滤芯：操作起来简单化，一级出水电导率在200ppm以下，两级RO系统电导率在20ppm以下。

（五）可以很好的利用水资源，对水资源没有二次污染，如果利用在大型系统中，可以做成零排放，综合利用，丛淡化后的浓水中提取化工原料，重金属等，脓水中的含盐量可达到6.5-7.5%，如果盐化工与海水淡化综合利用共同开发，可同时降低淡化成本，沿海发电厂利用热能进行海水淡化，再与化盐化工合作，淡化成本会更低，海水淡化事业是一个联动产业链的链条，需要更多的人与企业参与，双互共赢！

反渗透RO-1：采用国际上流行的海德能，陶氏，东丽，世韩等反渗透膜分离技术进行海水淡化脱盐，该工艺是迄今为止国际上公认的最先进的海水淡化技术，经反渗透RO-1过滤后淡化水质可达到生活水标准，经过调节阀，流量计，电导仪测量水质后，由输出管路到生活水储水器皿储存，可做为一般生活用水水质。

反渗透RO-2：也采用国际上流行的海德能淡水膜，进行二级过滤，经反渗透RO-2过滤后淡化水质可达到生饮水标准，经过调节阀，流量计，电导仪测量水质后，由输出管路到生活水储水器皿储存，可做为一般生饮用水水质，可灌装桶装水或瓶装水。

弱碱性过滤：它的工作原理是将经反渗透RO-2膜过滤后的饮用水，再进行精密过滤，将水中的碱性成分进行物理中和，去除水中碱性成分，达到需要的水质标准，如想再添加其他矿物质成分也是可行的，可根据用户要求进行添加各种矿物质过滤器，进行处理。

海水淡化的关键是海水脱盐的效率和环境、能源的关系，无论哪种方法评价的指标不可能离开环境冲击和能源的消耗。目前的水的回收率在35-55%，海水淡化过程也是海水浓缩过程，所以如果提高淡水的收率，浓海水中的有价元素富集程度提高，为化学资源回收提供良好的条件。光伏扬水系统在海水淡化的能源利用，降低成本有很大的远景。