Опреснительная установка на солнечной энергии

Установка опреснения на солнечной энергии производит питьевую воду из соленой воды с помощью прямых или косвенных методов опреснения с использованием солнечного света. Солнечная энергия является наиболее многообещающим возобновляемым источником энергии благодаря ее способности приводить в действие более популярные системы термического опреснения непосредственно через солнечные коллекторы и косвенно управлять системами физического и химического опреснения через фотоэлектрические элементы. ^[1]

При прямом солнечном опреснении дистиллят получается непосредственно в солнечном коллекторе. Примером может служить солнечный перегонный аппарат , который улавливает солнечную энергию для получения пресной воды посредством процесса испарения и конденсации . Косвенное солнечное опреснение включает в себя системы сбора солнечной энергии с традиционными системами опреснения, такими как многоступенчатая мгновенная дистилляция , многократное испарение , сепарация вымораживанием или обратный осмос для производства пресной воды . ^[2]

Прямое солнечное опреснение

Солнечные кадры

Одним из типов солнечной установки опреснения является солнечный перегонный аппарат , он также похож на конденсационную ловушку. Солнечный дистиллятор — это простой способ дистилляции воды, использующий тепло Солнца для испарения из влажной почвы и окружающий воздух для охлаждения пленки конденсатора. Двумя основными типами солнечных перегонных кубов являются коробчатые и ямные перегонные кубы. В перегонном кубе нечистая вода находится снаружи коллектора, где она испаряется под действием солнечного света, проникающего сквозь прозрачный пластик. Чистый водяной пар конденсируется на прохладной внутренней пластиковой поверхности и стекает вниз из утяжеленной нижней точки, где он собирается и удаляется. Тип коробки более сложный. Основные принципы солнечной дистилляции воды просты, но эффективны, поскольку дистилляция повторяет то, как природа вызывает дождь. Энергия Солнца нагревает воду до точки испарения. По мере испарения воды водяной пар поднимается вверх, конденсируясь на поверхности стекла и собираясь. Этот процесс удаляет примеси, такие как соли и тяжелые металлы, а также микробиологические организмы. Конечный результат – вода чище, чем самая чистая дождевая вода. ^{[ нужна ссылка ]}

Косвенное солнечное опреснение

Системы косвенного солнечного опреснения состоят из двух подсистем: системы сбора солнечной энергии и системы опреснения. Система сбора солнечной энергии используется либо для сбора тепла с помощью солнечных коллекторов и подачи его через теплообменник в процесс термического опреснения, либо для преобразования электромагнитного солнечного излучения в электричество с использованием фотоэлектрических элементов для питания процесса опреснения, работающего на электричестве.

Обратный осмос на солнечной энергии

Осмос – это естественное явление, при котором вода проходит через мембрану из раствора с более низкой концентрацией в более высокую. Поток воды можно обратить вспять, если на стороне более высокой концентрации приложить давление, превышающее осмотическое давление. В системах опреснения с обратным осмосом давление морской воды повышается выше естественного осмотического давления, вытесняя чистую воду через поры мембраны в сторону пресной воды. Обратный осмос (RO) является наиболее распространенным процессом опреснения с точки зрения установленной мощности из-за его более высокой энергоэффективности по сравнению с системами термического опреснения, несмотря на то, что он требует обширной предварительной очистки воды. Кроме того, часть потребляемой механической энергии может быть рекуперирована из концентрированных стоков рассола с помощью устройства рекуперации энергии. ^[1]

Опреснение RO с помощью солнечной энергии широко распространено на демонстрационных установках из-за модульности и масштабируемости как фотоэлектрических (PV), так и RO-систем. Подробный экономический анализ ^[3] и тщательная стратегия оптимизации ^[4] опреснения воды методом обратного осмоса с использованием фотоэлектрических систем и получили положительные результаты. Экономические соображения и соображения надежности являются основными проблемами при совершенствовании систем опреснения обратного осмоса с фотоэлектрическими источниками энергии. Однако быстрое снижение стоимости фотоэлектрических панелей делает опреснение воды с помощью солнечной энергии еще более осуществимым.

была испытана на Северной территории Австралии Установка опреснения воды на солнечной энергии, предназначенная для отдаленных населенных пунктов , . «Солнечная установка обратного осмоса» (ROSI) использует мембранную фильтрацию для обеспечения надежного и чистого потока питьевой воды из таких источников, как солоноватые грунтовые воды . Солнечная энергия позволяет преодолеть обычно высокие эксплуатационные затраты на электроэнергию, а также выбросы парниковых газов, характерные для традиционных систем обратного осмоса. ROSI также может удалять следы загрязнений, таких как мышьяк и уран , которые могут вызвать определенные проблемы со здоровьем, а также минералы, такие как карбонат кальция , который вызывает жесткость воды . ^[5]

Руководитель проекта д-р Андреа Шефер с инженерного факультета Университета Вуллонгонга заявила, что ROSI имеет потенциал для обеспечения чистой водой отдаленных населенных пунктов по всей Австралии, которые не имеют доступа к городскому водоснабжению и/или электросети. ^[5]

Грунтовые воды (которые могут содержать растворенные соли или другие загрязнения) или поверхностные воды (которые могут иметь высокую мутность или содержать микроорганизмы ) закачиваются в резервуар с ультрафильтрационной мембраной, которая удаляет вирусы и бактерии. Эта вода пригодна для умывания и купания. Десять процентов этой воды подвергается нанофильтрации и обратному осмосу на втором этапе очистки, который удаляет соли и следы загрязнений, образуя питьевую воду. Фотоэлектрическая солнечная батарея отслеживает движение Солнца и питает насосы, необходимые для обработки воды, используя обильный солнечный свет, доступный в отдаленных регионах Австралии, не обслуживаемых энергосистемой. ^[6]

Солнечная фотоэлектрическая энергия считается жизнеспособным вариантом питания опреснительной установки обратного осмоса. Техноэкономика как в автономном режиме, так и в гибридном режиме PV-биодизель для мощностей от 0,05 MLD до 300 MLD была изучена исследователями из IIT Madras. В качестве демонстратора технологии здесь была спроектирована, установлена и функционирует установка производительностью 500 л/сут. ^[7]

Хранение энергии

Хотя прерывистый характер солнечного света и его переменная интенсивность в течение дня затрудняют опреснение воды в ночное время, можно использовать несколько вариантов накопления энергии, чтобы обеспечить круглосуточную работу. Батареи могут хранить солнечную энергию для использования в ночное время. Системы хранения тепловой энергии обеспечивают постоянную работу ночью или в пасмурные дни, повышая общую эффективность. ^[8] Альтернативно, накопленную гравитационную энергию можно использовать для обеспечения энергией установки обратного осмоса, работающей на солнечной энергии, в несолнечные часы. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Мохаммад Абу Тайе; Ченнан Ли, защитник; Йог Госвами; Элиас К. Стефанакос (январь 2014 г.). Кучера, Джейн (ред.). Солнечное опреснение . стр. 551–582. дои : 10.1002/9781118904855.ch13 . ISBN 9781118904855 . S2CID 243368304 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
^ Солнечно-термические технологии опреснения
^ Фиоренца, Г.; Шарма, В.К.; Браччо, Г. (август 2003 г.). «Технико-экономическая оценка установки опреснения воды на солнечной энергии». Преобразование энергии и управление . 44 (14): 2217–2240. Бибкод : 2003ECM....44.2217F . дои : 10.1016/S0196-8904(02)00247-9 .
^ Лаборд, HM; Франция, КБ; Нефф, Х.; Лима, АНМ (февраль 2001 г.). «Стратегия оптимизации малогабаритной системы опреснения воды обратным осмосом на основе солнечной энергии». Опреснение . 133 (1): 1–12. Бибкод : 2001Desal.133....1L . дои : 10.1016/S0011-9164(01)00078-9 .
^ Перейти обратно: ^а ^б «Отмеченная наградами опреснительная установка на солнечной энергии призвана решить проблемы с водой в Центральной Австралии» . Университет Вуллонгонга. 4 ноября 2005 г. Проверено 19 июля 2017 г.
^ Опреснение с помощью фотоэлектрических систем в Австралии: разработка и применение технологий
^ Мунусами, Кумаравель; Каруппусвами, Сулочана; Рагаван, Гопаласами; Г, Сараванан (2008). «Установки для опреснения морской воды, работающие на солнечной фотоэлектрической энергии, и их технико-экономика». Материалы Всемирного конгресса ISES 2007 (Том I – Том V) . Том. Я – В. стр. 1402–1408. дои : 10.1007/978-3-540-75997-3_285 . ISBN 978-3-540-75996-6 .
^ Низкотемпературное опреснение с использованием солнечных коллекторов, дополненных накоплением тепловой энергии.

[Solar_Desalination-1] Перейти обратно: ^а ^б Мохаммад Абу Тайе; Ченнан Ли, защитник; Йог Госвами; Элиас К. Стефанакос (январь 2014 г.). Кучера, Джейн (ред.). Солнечное опреснение . стр. 551–582. дои : 10.1002/9781118904855.ch13 . ISBN 9781118904855 . S2CID 243368304 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )

[STDT-2] Солнечно-термические технологии опреснения

[3] Фиоренца, Г.; Шарма, В.К.; Браччо, Г. (август 2003 г.). «Технико-экономическая оценка установки опреснения воды на солнечной энергии». Преобразование энергии и управление . 44 (14): 2217–2240. Бибкод : 2003ECM....44.2217F . дои : 10.1016/S0196-8904(02)00247-9 .

[4] Лаборд, HM; Франция, КБ; Нефф, Х.; Лима, АНМ (февраль 2001 г.). «Стратегия оптимизации малогабаритной системы опреснения воды обратным осмосом на основе солнечной энергии». Опреснение . 133 (1): 1–12. Бибкод : 2001Desal.133....1L . дои : 10.1016/S0011-9164(01)00078-9 .

[uow-5] Перейти обратно: ^а ^б «Отмеченная наградами опреснительная установка на солнечной энергии призвана решить проблемы с водой в Центральной Австралии» . Университет Вуллонгонга. 4 ноября 2005 г. Проверено 19 июля 2017 г.

[6] Опреснение с помощью фотоэлектрических систем в Австралии: разработка и применение технологий

[7] Мунусами, Кумаравель; Каруппусвами, Сулочана; Рагаван, Гопаласами; Г, Сараванан (2008). «Установки для опреснения морской воды, работающие на солнечной фотоэлектрической энергии, и их технико-экономика». Материалы Всемирного конгресса ISES 2007 (Том I – Том V) . Том. Я – В. стр. 1402–1408. дои : 10.1007/978-3-540-75997-3_285 . ISBN 978-3-540-75996-6 .

[TES-8] Низкотемпературное опреснение с использованием солнечных коллекторов, дополненных накоплением тепловой энергии.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]