周升輝，武金燕（鄭州大學化工與能源學院，河南鄭州 450001）

新型海水淡化裝置經(jīng)濟性分析

周升輝，武金燕
（鄭州大學化工與能源學院，河南鄭州 450001）

淡水是人類賴以生存和生產(chǎn)的不可缺少或替代的寶貴資源。我國南海各島嶼嚴重缺乏淡水資源，淡水的供應主要是船運供應和收集雨水，現(xiàn)有的海水淡化裝置不僅運行費用高且需要消耗額外的能源，并且南海各島嶼遠離大陸，維持自身運作也需要電力供應，若再增加用于海水淡化的電力需求，將帶來極大的供電壓力，為此提出利用太陽能海洋溫差能復疊式海水淡化及有機朗肯循環(huán)發(fā)電裝置。本裝置在現(xiàn)有太陽能海水淡化系統(tǒng)的基礎上加以改進，利用太陽能加熱海水并通過閃蒸及冷卻以獲得淡水，利用有機朗肯循環(huán)回收閃蒸蒸汽的冷凝熱用于發(fā)電，并在有機朗肯循環(huán)的冷端引入深層海水，以增加熱源與冷源溫差進而提高有機朗肯循環(huán)的效率，具有節(jié)能環(huán)保，高效利用的特點，應用前景十分廣闊。

海水淡化；Aspen模擬；經(jīng)濟分析

1　背景介紹

在資源短缺的大環(huán)境下，節(jié)能被視為人類的第五大新能源；而在氣候日益惡化的今天，減少污染排放可有效提高環(huán)境質量，延緩氣候惡化。因此，節(jié)能減排是我們走向更加光明未來的有效途徑。以下將從兩方面分析本裝置的節(jié)能減排和經(jīng)濟可行性。

本裝置推廣的地區(qū)是南海及南海周邊缺水島嶼，相對內(nèi)陸地區(qū)，發(fā)電成本高昂［1］，制淡水成本更高。

本方案Aspen模擬的數(shù)據(jù)依據(jù)：以廣東珠海桂山島為研究對象，額定產(chǎn)水量為60t/d，滿足150～300人的每日消耗淡水的需求。根據(jù)Aspen模擬的數(shù)據(jù)結果以及資料查詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計進行具體的經(jīng)濟分析。

2　經(jīng)濟分析

在滿足額定產(chǎn)水量的條件下，本裝置的所有設備費用詳細參數(shù)如表1所示：

表1　海水淡化和ORC設備費用

由表1可以看出本裝置設備固定投資中，購買太陽能真空管加熱器的投資比例最大為77.53%。如果想要降低固定設備投資，關鍵是降低購買太陽能真空管加熱器的成本。

本裝置投資與收益明細見表2：

表2　各項投資與收益明細　元/t

由表2可知，本裝置總投資為11.08元/t。根據(jù)文獻查詢，天津海茲食品公司多級閃蒸制淡水總投資為7元/t，同期某海水淡化廠多級閃蒸制淡水投資9.77元/t［2］，天津北疆電廠投資9.532元/t，平均投資8.5元/t。因此，本裝置每噸淡水的投資成本明顯高于其他制淡水廠的投資成本。

然而，本裝置的有機朗肯發(fā)電系統(tǒng)（ORC）每小時產(chǎn)電79.57kW·h，即平均每生產(chǎn)1t水可產(chǎn)生電能10.61kW·h，而且除滿足本裝置供電外可對外輸出電能5.73kW·h，如果電能按江門市第二檔電價0.69元/瓦，可產(chǎn)生收益3.95元/t，則可降低本裝置產(chǎn)淡水的成本到7.13元/t。若暫定淡化海水的銷售價格為8.5元/t，本裝置每生產(chǎn)1t水可產(chǎn)生純利潤1.37元/t。

此外，本裝置生產(chǎn)淡水的同時也會產(chǎn)生濃縮海水，產(chǎn)生的濃縮海水可以與制鹽廠聯(lián)產(chǎn)制鹽，降低制鹽廠濃縮海水的成本，等效降低制取淡水的成本，也可避免排放的濃海水對環(huán)境造成不利影響。因此，從經(jīng)濟方面分析可以看出本裝置是可行的，值得推廣。

3　能源分析

相對于以往的太陽能海水淡化系統(tǒng)，本裝置充分利用了閃蒸蒸汽和濃縮海水的余熱進行發(fā)電，降低了本裝置對外界電量的依賴。根據(jù)本裝置的工藝要求和查閱與泵相關的手冊確定各泵的工藝參數(shù)，見表3。

表3　泵的種類

Aspen模擬結果產(chǎn)生電功率79.57kW，可算出：1.5+7.5+ 9.2*3=36.6（kW）＜79.52（kW），即ORC每小時產(chǎn)生電能79.57kW·h，節(jié)約等效標煤32.15kg，減少CO2排放83.58kg。此外，ORC產(chǎn)生的電能不僅可以滿足本裝置對電能的需求，還可以為外界提供電能，滿足該地區(qū)部分居民對電能的需求。

本裝置可以為外界輸出電功率：P1=79.57-36.6=42.97kW；年輸出電能：Q1=P1×t=42.97×8×365=125 472.4kW·h。據(jù)統(tǒng)計，中國人均年生活用電量為417kW·h［3］，則：可滿足電量需求的人數(shù)為：N=Q1÷人均年生活用電量=125 472.4÷417=300人，也就是說，本裝置在滿足150～300人對淡水需求的情況下，基本也可滿足該地區(qū)居民對生活用電的需求。本套裝置預計正常工作20a，在這20a里，如果本裝置產(chǎn)生的電能全部用火力發(fā)電產(chǎn)生，將會消耗標煤1.88×106t，排放CO24.88×106t，可見本裝置既節(jié)能又環(huán)保。

相對于僅使用海洋溫差能發(fā)電的裝置，本裝置引入太陽能集熱器，提高了有機朗肯循環(huán)的發(fā)電效率（見表4）。

表4　兩種裝置比較

從表4可以看出，太陽能集熱器的引入使ORC的發(fā)電效率從2.45%提高到7.32%，發(fā)電功率也從22.47kW提高到79.57kW，大幅度提高了ORC裝置的效率，有效地利用了清潔能源，緩解了當?shù)仉娔芫o缺的壓力。

4　應用前景

本裝置額定日產(chǎn)淡水60t，發(fā)電功率為318.53kW，發(fā)電效率可達7.13%，與現(xiàn)有技術相比，該技術大幅降低污染物的排放，解決了孤島的淡水短缺和電量不足的問題，如果投入應用，有望直接解決南海諸島的缺水難題。

［1］ 楊耀中，湯紀忠.海水淡化的成本分析［J］.海洋開發(fā)與管理，1999.

Economic Analysis of the New Desalination Plant

Zhou Sheng-hui，Wu Jin-yan

Fresh water is a human survival and production indispensable or alternative precious resource.The islands of the South China Sea a serious lack of fresh water resources，fresh water supply is mainly shipping supply and rainwater harvesting existing desalination plants not only high running costs and the need to consume extra energy，and the South China Sea islands from the mainland，but also need to maintain their operation power supply，if more increased electricity demand for desalination，power will bring great pressure，for proposed use of solar thermal energy cascade ocean desalination and organic Rankine cycle power plant.The device to be improved on the basis of existing solar desalination systems on the use of sea water and solar heating and cooling by flashing to obtain fresh water，an organic Rankine cycle recovery flash steam condensing heat for power generation，and in an organic Rankine the cold end of the cycle is introduced deep waters，in order to increase the temperature difference between the heat source and the cold source and to improve the efficiency of organic Rankine cycle，with energy saving，efficient use of the characteristics of very broad application prospects.

desalination；aspen simulation；economic analysis

P747

A

1003-6490（2016）05-0121-02

2016-05-08

周升輝（1994—），女，重慶人，本科在讀，主要研究方向為動力工程及工程熱物理。