太阳能海水淡化的新技术发展现状
摘要：当前水资源的严重匮乏已成为全球性的问题，并严重制约着社会、经
济的快速发展。

联合国教科文组织公布过的一组数据指出:在未来相当长的一段
时间内，将会有2400万至7亿人面临缺水危机而背井离乡，到2030年，如果缺
水问题无法得到有效解决，全球半数人口将会生活在严重缺水的环境中［1］。

虽然地球上水资源总量大，但是淡水资源仅占到了2.5%，而实际上可供人类使用
的淡水资源仅占到地球上水资源总量的0.26%。

我国水资源总量约为28000亿m3，占世界水资源总量的6%左右，由于人口众多，人均占有量仅为世界人均占有量的
1/4，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。

据有关报道指出，我国约有
360多个县级以上的城市存在缺水问题，随着我国经济的发展，水资源供给压力
会进一步扩大，严重地影响着城市的建设和社会的发展。

关键词：海水淡化；太阳能；太阳能收集器
太阳能电驱动海水淡化主要指利用光伏发电原理将太阳能转化为电能，然后
用电能驱动高压水泵压缩海水进行反渗透来完成海水淡化。

海水被高压水泵送入
到反渗透(ＲO)系统中，反渗透膜只能使淡水通过，而盐分则会通过旁路系统排除，ＲO装置能量回收率大于50%，脱盐率可达到90%以上。

1太阳能海水淡化装置的分类
利用太阳能进行海水淡化，主要利用太阳能的热效应和光效应。

利用太阳能
热效应驱动的海水淡化方法，即将收集到的太阳热能驱动海水发生相变进行分离，又可分为直接法和间接法两大类：直接法是将集能部分和脱盐部分集于一体，间
接法是将集能部分和海水蒸馏部分分开，热量通过工质运送。

Tiwari也提出将太
阳能蒸馏系统分为主动式和被动式两种。

被动式海水淡化的装置中不使用电能驱
动元件，工作温度较低，产水量小；主动式太阳能蒸馏使用了附加设备，运行温
度提高，加上回收了蒸汽的冷凝潜热，效率大大提高，受到了世界各国的广泛重视。

利用太阳能光效应海水淡化就是利用光电效应产生电能后驱动渗析过程生产
淡水。

光伏发电系统按其应用形式可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统
两大类。

目前太阳能光效应海水淡化的关键问题包括光伏电池技术、光伏发电成
本以及与海水淡化系统的对接等。

2对传统系统改进的新技术
传统集热器太阳能收集效率不高，加上对冷凝潜热回收不够，系统升温缓慢，效率低下。

近几年来，新型高效集热管的出现使加热水温度越来越高，太阳能替
代传统化石燃料与传统海水淡化装置结合有了可能，再加上不断发展的光电转换
技术，未来定会出现新型高效太阳能海水淡化系统。

现阶段太阳能海水淡化方法
只是对传统方法稍作改动，例如对传统的蒸馏法来说，只是把传统的化石燃料加
热换成利用太阳能加热，而渗析过程是利用太阳能发电代替传统电源，与传统方
法相比确实节能环保，但在实质上太阳能与海水淡化并没有密切结合。

目前对原
有系统改进的新技术主要是有机结合各种淡化方法的优点，达到太阳能利用率最
大化的目的。

2.1蒸馏法
传统的太阳能蒸馏法单位面积产量很低，主要因为：蒸汽的凝结潜热未被利用；蒸馏器换热管换热效率不高；蒸馏器中待蒸发的海水热容量太大。

尤其前两
点极大地限制了太阳能蒸馏制水的效率。

为此，如何提高凝结潜热的利用率和换
热器的换热效率就成了提高太阳能蒸馏制水效率的突破口。

提出了一种可以昼夜
连续运行新型的闭式太阳能海水淡化装置，利用自主研发的纸蜂窝结构高效蒸发器，回收了系统的冷凝潜热，系统淡水产量有较大的提高。

张小艳等[12]发现多
级迭盘式太阳能蒸馏器能充分利用蒸汽的潜热，效率较高，特别在较高温度段
（>70℃）运行时，性能更加理想，而且运行温度越高，效果越好。

在蒸馏器四
周安装循环冷却水管强化冷凝，凝结潜热得到利用，并分别以淡水、海水及工业
废水为样品进行了性能试验，发现最大的日产水量大约1.4L·m-2·d-1，水质与
雨水和矿物质水相当，大大提高了太阳能蒸馏器的效率。

设计了一套具有四效回热的低温多效吸收式太阳能海水淡化装置，采用激淋
式横管降膜蒸发、多效闪蒸与多效回热、强化冷凝、强化对流等多项强化传热传
质措施，减小了装置中海水的热容量，装置升温快，产水迅速，在高温和相对较
高真空度下工作有更多的优势和更高的产水效率。

天津大学]综合多级闪蒸和低
温多效两种系统的优点，设计了直热式太阳能海水淡化试验装置，海水直接进入
集热系统，省去产生蒸汽的热交换设备，太阳能集热系统和淡化系统耦合运行，
产水量和性能系数都较高。

佛罗里达大学设计了专门利用低能级太阳能的海水淡
化系统，使用重力和环境压力制造出蒸馏室真空环境，理论分析结果表明运行时
的蒸馏效率高达90%甚至更高，而传统平板式太阳能蒸馏器平均值只有30%～40%，即使运行条件良好也只有50%。

利用太阳能加热海水，利用潮汐能代替水泵和真
空泵为系统给排水以及抽真空提供动力，降低运行成本，更有利于海水淡化的推
广普及和实用化进程。

换热器的效率直接决定着整套系统的效率。

在目前的研究中，多数换热器都
是采用水平管降膜蒸发，在换热的过程中会有不间断的相变过程，换热系数高，
热耗量小，还能利用低位余热，相比竖直管蒸发来说空间利用率有了很大的提高，但是管间距相对仍然较大，供液方式较复杂。

为此，将传热管束紧凑排列置于饱
和状态液体中，将其变为满液式蒸发换热器，利用传热管束间受限空间内早期沸
腾强化机理，将中小热负荷条件下的自然对流换热转化为核沸腾换热，在间隙尺
寸适宜时，其换热性能可能优于降膜式蒸发换热器。

实验证明满液式蒸发换热器
换热性能良好，在中小热负荷条件下甚至超过降膜式蒸发换热器，应用前景明朗。

2.2渗析法膜法反渗透
反渗透法需要提升海水压力以克服渗透压后才会有淡水产出。

半透膜应该能
够承受足够的高压。

日本率先成功研制出耐高压半透膜，将一级SWRO的操作压
力由5.5MPa提高到了8.4MPa，大大提高了系统的产水效率。

另外一个研究最多
的问题就是渗透后的能量回收问题。

经正常渗透膜后排出的浓水余压高达5.5～6.5MPa，按照40%的回收率计算，排放的浓盐水中还蕴含约60%的进料水压力能量，回收这一部分能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗。

目前能量回收装置主
要分有水力涡轮式和功交换式两大类。

能量回收装置在国外起步较早，发展很快，而且产品也已经基本成型。

另外一个研究最多的问题就是渗透后的能量回收问题。

能量回收装置是膜法
海水淡化发展的前提条件，海水含盐量高，渗透压力，需要提供较高的工作压力（4~7MPa），而反渗透膜间压差仅0.2~0.3MPa，其余95%以上的能源就浪费了，
故早期膜法海水淡化技术发展十分缓慢；近年来，能量回收技术得到显著提高，
能量回收率已经达到95%，能量回收技术的提高促进了膜法海水淡化的发展，膜
法海水淡化的发展也刺激了能量回收技术的提高。

目前世界上大致有二种能量回
收装置更多地应用在海水淡化中，根据出现先后次序：涡轮式能量回收系统、PX
压力交换能量回收系统。

3结语
海水淡化能够增加淡水总量，保障沿海与岛屿的居民用水，稳定供给工业用水。

近期传统能源仍将是海水淡化的主要动力源，但可用太阳能作为常规能源的
补充。

太阳能海水淡化除环保节能，受地域和气候影响小之外，还具有以下特点：未来几年太阳能蒸馏制水仍然是占主导地位，但渗析法的节能高效的特点决定着
利用透过性膜来制取淡水是行业未来发展的趋势；将太阳能与常规海水淡化结合，
借助先进制造工艺与强化传热传质技术，制水效果比较理想；太阳能收集器是系
统的能量输入口，要根据实际情况选择并准确安装才能达到效率与成本的双平衡。

参考文献：
[1]周俊婷.美积极建设海水淡化厂[J].节能与环保,2003(4):62.
[2]海水淡化将为环渤海地区“止渴”[J].节能与环保,2004(8):58.
[3]2010中东迪拜水处理、环保及能源博览会
[4]AkiliDKhawaji,IbrahimKKutubkhanah,Jong-
MihnWie.Advancesinseawaterdesalinationtechnologies[J].Desalination,200 8,2(21):47-69.
[5]张耀明,邹宁宇.海水淡化技术与太阳能利用[J].中国工程科
学,2005,7(11):37-41.。