水資源是人類生活社會進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中不可缺少的資源，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。反滲透海水淡化技術(shù)已經(jīng)成為解決我國乃至全球淡水危機(jī)的一個根本性舉措，并且成為沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有力保障。潮汐能是海洋能源中技術(shù)最成熟和利用規(guī)模最大的一種能源，其具有高度可預(yù)測性的優(yōu)勢。然而，海水淡化過程需要消耗大量的能源，淡化成本也因此一直居高不下。

記者從廣東海洋大學(xué)獲悉，該大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院教授凌長明團(tuán)隊在“適應(yīng)變潮差的潮汐能直接驅(qū)動海水淡化技術(shù)”項目中提出了潮汐能直接驅(qū)動海水淡化的方法。該項目日前獲得了由中國發(fā)明協(xié)會頒發(fā)的2020年度發(fā)明創(chuàng)新獎二等獎。

“海洋能是綠色可再生能源，合理利用不僅可以緩解能源危機(jī)，而且可以有效的減緩環(huán)境惡化問題。若將海洋能利用技術(shù)和海水淡化技術(shù)相結(jié)合，利用綠色能源海洋能代替化石能源電能生產(chǎn)淡水，不僅可以解決淡水緊缺問題，也可避免因為化石能源消耗引起的能源危機(jī)和全球變暖問題。海洋能海水淡化技術(shù)的發(fā)展可以解決我國沿海城市以及偏遠(yuǎn)海島的缺水問題，也可以保證經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展步伐穩(wěn)定。”凌長明在接受記者采訪時表示。

凌長明團(tuán)隊首先采用熵分析法和火用分析法對潮汐能聚能增壓方案的可行性進(jìn)行研究，證實了其可行性。得到了流量比與增壓比之間的量化關(guān)系，增壓比隨著流量比的減小而增大， 只要有足夠量的做功海水，就可以使一定量的少量海水達(dá)到足夠大的壓力。根據(jù)理論分析、概念，設(shè)計并研制出了可以輸出穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的變頻高效聚能增壓器，并搭建了以此為核心的變頻高效聚能增壓試驗臺，通過實驗對比潮汐能直接驅(qū)動海水淡化與潮汐能發(fā)電驅(qū)動海水淡化兩種系統(tǒng)的能效，證實潮汐能直接驅(qū)動海水淡化方法能源利用率等方面有顯著優(yōu)勢。

“潮汐能直接驅(qū)動反滲透海水淡化方法可提高約46.35%的潮汐能利用率。此方法不經(jīng)過電能轉(zhuǎn)化過程，系統(tǒng)可省去發(fā)電機(jī)、整流并網(wǎng)設(shè)備和電動機(jī)設(shè)備，且系統(tǒng)中的水輪機(jī)不再需要調(diào)速機(jī)構(gòu)。故此方法可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，這不僅能使設(shè)計簡單化，大幅度降低系統(tǒng)設(shè)備成本，更可有效地控制系統(tǒng)的可靠性。”凌長明說。

研究發(fā)現(xiàn)，利用潮汐的能量可直接將低水頭海水變?yōu)楦邏汉Ｋ?，從而可以替代電能為反滲透海水淡化提供高壓海水，證實了潮汐能直接驅(qū)動海水淡化方法的可行性，同時給出了聚能增壓過程的增壓比和流量比的量化關(guān)系，增壓比隨著流量比的減小而增大，理論上只要有足夠量的做功海水 就可以使一定量的少量海水達(dá)到足夠大的壓力;在同一流量比下，增壓比隨水位差的增大而增大，即水位差越大，產(chǎn)生的高壓海水的壓力也就越大，聚能增壓的效果就越好。

“為適頻高效聚能增壓系統(tǒng)設(shè)計了積分流量器，穩(wěn)定壓力脈動的同時分流出多的高壓海水，分流出的高壓海水可以并聯(lián)反滲透海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行制淡，也可以用于每日設(shè)備的反沖洗用水;組裝了聚能增壓器樣機(jī)，實驗證明同一潮差下生產(chǎn)相同壓力的高壓海水，相比利用潮汐能先發(fā)電后利用電能生產(chǎn)高壓海水的方法，利用潮汐能直接生產(chǎn)高壓海水的方法效率更高，流量比更大。”凌長明說。?

研究指出，從潮汐能利用率和能源利用效率兩方面對潮汐能直接驅(qū)動反滲透海水淡化方法的能效優(yōu)勢和成本優(yōu)勢進(jìn)行了分析，得出潮汐能直接驅(qū)動反滲透海水淡化系統(tǒng)可提高約46.35%的潮汐能利用率，提高約31.22%的能源利用效率，總能效優(yōu)勢可提高約41.42%; 并且該方法在節(jié)省設(shè)備成本的同時，可降低能耗成本約20.71%。