Những khả năng phát triển nào có thể tồn tại trong khử mặn nước?

Tôi đang suy nghĩ chủ yếu ở và .$\frac{kWh}{m^3}$$\frac{\$}{m^3}$

Trong vài thập kỷ qua, một loạt các nhà máy khử mặn nước hiệu quả đáng ngạc nhiên đã được xây dựng, chủ yếu ở các vùng sa mạc (Trung Đông). Những nhà máy này sử dụng thẩm thấu ngược thông qua một hệ thống nhiều màng ép. Giải pháp này dường như rất hiệu quả trong ý nghĩa sử dụng năng lượng.

Nhưng nó không phải là đủ. So sánh giá khử muối (chủ yếu đến từ chi phí năng lượng) với các giải pháp thay thế, vẫn cần giảm thêm 60-90%. So sánh chúng, tiềm năng phát triển nào trong khử mặn nước?

Tôi nghĩ rằng khử mặn nước có thể có giới hạn năng lượng lý thuyết, có thể được tính toán từ các công thức năng lượng entropy và ràng buộc. Làm thế nào gần chúng ta đến giới hạn lý thuyết này?

Xét rằng thẩm thấu ngược không phải là cách duy nhất để khử muối trong nước, tôi nghĩ rằng có, có rất nhiều tiềm năng phát triển trong khử muối, nhưng tiềm năng đó có thể không nằm ở những cải tiến đối với các kỹ thuật hiện có.

Để biện minh cho kết luận này và minh họa một số lĩnh vực có thể có nhiều tiềm năng phát triển, tôi trình bày cho bạn ý tưởng của tôi về một nhà máy điện, khử gió và năng lượng mặt trời kết hợp. Tôi đã không thực hiện bất kỳ phép toán nào về điều này để tính diện tích đất cần thiết, hoặc chi phí hoặc sản lượng, vì vậy nó có thể không khả thi như hiện tại. Nhưng tôi nghĩ các khái niệm được mô tả dưới đây (và hãy nhớ rằng đây chỉ là một ý tưởng) chứng minh rằng có tiềm năng phát triển trong các lĩnh vực sau:

• Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo tại chỗ để cung cấp năng lượng cho nhà máy
• Sử dụng năng lượng truyền động trực tiếp thay vì năng lượng truyền điện
• Chỉ đạo và khuếch đại các quá trình khử muối tự nhiên

Kết hợp sóng, gió, và khử mặn mặt trời và nhà máy điện

Đầu vào

• Không có đầu vào năng lượng bên ngoài
• Khéo léo khai thác sóng, gió và mặt trời

Đầu ra

• Năng lượng (điện)
• Nước ngọt
• Không khí mát mẻ

Vị trí

Nhà máy này đòi hỏi một vị trí nóng với diện tích lớn của vùng đất giá rẻ bên đại dương và một cơn gió tương đối phù hợp.

Giai đoạn 1 - Bơm sóng

Một máy bơm chạy bằng sóng làm tăng nước biển vào một hồ nước lớn trên đất liền. Dưới đây là một ví dụ về máy bơm chạy bằng sóng trực tiếp , các loại khai thác năng lượng sóng khác thường chuyển đổi chuyển động cơ học thành điện năng. Tuy nhiên, chuyển động đó có thể dễ dàng được sử dụng để lái xe trực tiếp.

Giai đoạn 2 - Hồ bốc hơi

Hồ bốc hơi là một khu vực nông rộng lớn, được bao phủ trong một cách giống như nhà kính để hỗ trợ sự bốc hơi. Nước biển chảy ra từ đại dương dọc theo các kênh trong lòng hồ sau đó quay trở lại đại dương trong kênh liền kề tiếp theo, nơi nó chảy ngược ra biển. Điều này ngăn chặn sự tích tụ của tiền gửi vì nước biển quay trở lại sẽ mang chúng theo và trở về biển tập trung hơn. Mái nhà có thể chứa thấu kính Fresnel hoặc các bộ tập trung năng lượng mặt trời khác để giúp bay hơi.

Một tòa tháp đón gió thổi không khí qua hồ để giảm áp suất không khí và hỗ trợ bay hơi. Tòa tháp này có thể giống như những cái được sử dụng trong Masdar City , hoặc một tháp tuabin gió tiêu chuẩn với truyền tải điện hoặc trực tiếp đến một loạt các quạt. Kết quả là một luồng không khí liên tục chảy qua hồ mang hơi nước đến phía xa nơi nó được dẫn lên một cột rộng vào giai đoạn tiếp theo.

Giai đoạn 3 - Tháp ngưng tụ

Hơi nước được dẫn lên một cột lớn đến một buồng ngưng tụ cao trên tháp. Tại đây, một loạt các vây được làm mát bằng bơm nhiệt được điều khiển trực tiếp bởi một tuabin gió trên đỉnh tháp. nước ngưng tụ trên vây và thoát ra một bể nước ngọt gần đỉnh tháp.

Giai đoạn 4 - Phát điện

Nước từ tháp ngưng tụ được hạ xuống độ cao phù hợp với tháp nước tiêu chuẩn thông qua một hoặc nhiều tua bin nước để tạo ra điện.

Giai đoạn 5 - Lọc và điều trị

Không khí biển mặn cũng sẽ ngưng tụ trên vây, và có thể có các hạt và hạt nhỏ trong không khí bị mòn trên các giai đoạn trong quá trình này vào trong nước, vì vậy nó có thể sẽ cần lọc và xử lý thêm để có thể uống được. Một số năng lượng từ tuabin nước có thể được sử dụng cho việc này.

Ở đó bạn có nó, bạn có nước sạch, trên mặt đất nên áp lực đã có sẵn, và hy vọng một số điện dư thừa và làm mát không khí khô như các sản phẩm phụ.

Carnegie, thông qua thiết bị CETO của họ và những người khác đã xem xét sử dụng năng lượng sóng để trực tiếp điều áp nước để thẩm thấu ngược : một quá trình cơ học hoàn toàn thay vì chuyển đổi thành điện và trở lại (giúp tiết kiệm hiệu quả tiềm năng). Hai thách thức: thứ nhất, không có nhiều nơi trên thế giới có nguồn sóng thực sự lớn (Anh, Bồ Đào Nha là hai nơi xuất hiện trong tâm trí); và thứ hai, nó đã được chứng minh là rất khó để làm cho các máy sóng hoạt động đáng tin cậy. Đó là vượt trội, nhưng đầy thách thức.

Sự phát triển tiềm năng quan trọng khác sẽ có vẻ phản trực giác và chìa khóa để mở khóa nó là xem xét hệ thống rộng hơn, chứ không chỉ là quá trình khử muối. Sự phát triển đó là để chuyển sang các quy trình khử mặn hiệu quả thấp hơn .

Đó là bởi vì các quy trình hiệu quả thấp hơn có thể có chi phí vốn thấp hơn nhiều. Ưu điểm của điều đó là sau đó chúng có thể được vận hành trong một tỷ lệ nhỏ hơn của thời gian, mà không ảnh hưởng lớn đến chi phí cho mỗi mét khối nước khử muối.

Vậy tại sao bạn muốn chạy khử muối trong một tỷ lệ nhỏ hơn của thời gian? Bởi vì những nơi phụ thuộc vào nước khử muối có rất nhiều ánh sáng mặt trời. Mà làm cho điện PV giá rẻ. Nhưng PV có một hồ sơ thế hệ chỉ phù hợp với một phần nhu cầu. Sẽ có những lúc không đủ năng lượng và những lần thừa năng lượng. Công suất dư thừa đó thực sự rất rẻ. Và đó là thời gian tuyệt vời để chạy khử muối.

Vì vậy, một hệ thống năng lượng và nước kết hợp có nhiều PV và rất nhiều capex thấp, khử mặn hiệu quả thấp có thể hoạt động rất tốt. Trong thực tế, nước khử muối hoạt động như một hình thức lưu trữ ảo. Tất cả các hệ thống điện cần lưu trữ ở đâu đó trong hệ thống. Đối với một số quốc gia, đó là dưới dạng thủy điện lưu trữ. Đối với những người khác, nó ở dạng hầm chứa khí, hầm than hoặc hầm sinh khối. Những cửa hàng đó là cửa hàng tiền thế hệ. Trong các hệ thống khác, có lưu trữ sau thế hệ lưu trữ, dưới dạng lưu trữ nhiệt cấp thấp: khi năng lượng sẽ được sử dụng dưới dạng nhiệt cấp thấp, sẽ rất hợp lý khi lưu trữ ở dạng đó, vì lưu trữ như vậy rất rẻ và rất có thể mở rộng. Tương tự, lưu trữ nước khử muối rất rẻ và rất có thể mở rộng. Nó hoạt động như một bộ đệm thời gian, một cơ chế trì hoãn linh hoạt, giữa việc cung cấp điện PV,

Đối với thẩm thấu ngược

Trang web này cung cấp năng lượng cần thiết tối thiểu để khử mặn nước biển bằng RO là 2,78 kJ / l (nước ngọt) , đây là nếu bạn chỉ xem xét quá trình đảo ngược. Theo wikipedia, các nhà máy khử muối RO tốt nhất hoạt động ở mức 3kWh / m³ , có thể đạt tới 10,8 kJ / l.

AFAIK, tổn thất năng lượng là tổn thất áp suất qua màng (ngoài áp suất thẩm thấu, màng giới thiệu tổn thất áp suất không thể đảo ngược), tiền xử lý nước và năng lượng (dưới dạng áp suất) trong nước muối. Ngoài ra, rất nhiều nước chỉ cần được di chuyển, có các bước xử lý trước, v.v.

Theo báo cáo xu hướng IWA này , hai lĩnh vực trong phạm vi rộng của màng nơi nghiên cứu được thực hiện nhiều hơn là màng tốt hơn về tổn thất áp suất và khả năng chống tắc nghẽn (gây ảnh hưởng trực tiếp đến tổn thất áp suất). Những phát triển gần đây trong khử mặn RO như thẩm thấu về phía trước chủ yếu được hưởng lợi từ khả năng chống ô nhiễm tốt hơn so với RO.

Đối với
dế khử muối nhiệt
(sẽ cập nhật khi tôi tìm thêm thông tin)