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太阳能既发电又能淡化海水

    5月29日,是中国科学院水电联产项目组的科研人员永难忘记的日子。
    这一天,海南天能电力有限公司光伏发电厂负责人林友亮端着一杯水,左右为难不敢下咽。原来这水是从正在试验的海水淡化机里流出来的,他对水的安全性还有些怀疑,接着他用手指轻轻蘸了点水,并用舌头舔了舔,感觉没有盐味,随后的检测结果也显示为高纯度的纯净水。这一刻,位于海南临高县金牌港经济开发区的中国科学院水电联产项目组的科研人员如释重负。经历一年多的系统集成设计,50多天的安装和调试,这个国内首套太阳能电水联产实验示范系统终于打通“任督二脉”,洁净的淡水绵绵而出。
    科研人员是如何利用太阳能既发电又淡化海水的?为此,记者来到项目组一探究竟。
    向太阳要热 向大海要水
    中国科学院电工研究所博士原郭丰指着电脑里的图片告诉记者:“整个太阳能电水联产实验系统由槽式太阳能聚光器、海水淡化设备和换热与蒸汽发生系统三部分组成,核心技术和系统集成设计都是项目组独立完成的。”项目组在前期槽式聚光器设计的基础上,针对海南海洋性气候及相似区强风载荷特征,开发了适应于该类地区气候特征的大风载荷轻量化槽式聚光器。
    在原郭丰不断讲解下,记者弄明白了整个系统的工作原理。槽式聚光器将导热油加热,高温导热油经由管道进入汽包(油/水换热器),加热气包内的软水,产生高温高压水蒸气,高温高压水蒸气可以推动汽轮机组发电。在电水联产技术中,即是利用汽轮机出口65℃左右的乏汽(已经释放出热势能的蒸汽)作为低温多效海水淡化系统热源进行海水淡化,以综合太阳能热发电系统能源利用效率。
    根据项目组提供的资料,建成后的示范系统集热器面积达到200平方米,除发电外,可成功实现2.0MPa饱和蒸汽输出,海水淡化产量达到了0.35吨/小时。
    原郭丰介绍,这一项目是科技部国际科技合作专项,由海南天能电力限公司、中国科学院电工研究所和北京寰能天宇科技发展有限公司共同建设。目前,项目的实验预期基本达到,已申请太阳能海水淡化系统、太阳能槽式集热器结构等3项专利。
    在项目委托书上,可以清晰地看到项目期限为2011年12月至2014年12月,如今这个项目基本完成,比预期提前了一年半的时间,当问到为什么能这么快完成任务时,王志峰说:“因为这里有一群务实的人。”
    热情胜高温 “外行”干基建
    见到原郭丰的时候,他返回北京已有两周,黝黑的面庞显然是海南高温曝晒的烙印。的确,由于曝晒,项目组几个白净的北方汉子,没几天就变成了“黑人”。海南高温高湿的气候条件,让项目组的科研人员确有“煎熬”的感觉,流下不少汗水,用原郭丰自己的话形容流汗——“就像小河开了口儿”。那些日子他们就没怎么穿过几天干松的衣服,就连吃午饭的时候都站着,增加蒸发面积。
    由于实验场地位置偏,设备现场安装调试阶段,人员较多,给原本仅有3至5名员工的实验电厂食堂造成了不小压力。“吃不好不要紧,我特别害怕有人中暑。所以准备了很多藿香正气水,谁感觉不舒服就赶紧喝上。”原郭丰说。不少人身上不断出现红疹,痛痒难耐。然而,这些并没有影响大家工作的热情。
    地面平整和管道安装本来外包给一家公司,可这家公司的另外一个项目迟迟不能结束。原郭丰觉得干等不是办法,于是,他把同事们召集在一起,商量自己来完成这项任务,没想到立马得到大家的赞同。说干就干,这些“外行”把工程草图很快拿了出来,大家开始计算需要多少管道,多少阀门,多少弯头。原郭丰立即带人外出采购。安装过程中,这些搞理论的人拉手锯、搬扳手、轮大锤,毫不含糊。就这样,项目组自己完成了连接海水淡化设备和热工设备的所有管道安装,使工期提前。
    项目组的付向东因为技术熟练,工作仔细,被大家亲切地称为“付工”,在设备安装完毕以后,他顶着烈日仔细为每一个环节,每一个零部件做“体检”,把因磕碰剐蹭的地方用防腐漆覆盖掉,生怕某个地方出了问题,影响整个系统运转。
    毒热的太阳,简单的食物,安装设备时的笨手笨脚,50多个难熬的日日夜夜,项目组最终完成了安装并最终调试成功。项目的完成,在光热控制参数段和设备耦合等方面积累了经验,为推进太阳能热发电技术研发和产业化发展做好了实验准备。
    产业化有戏 市场前景广
    海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本,因此,世界各国都在积极试验低成本的海水淡化技术。“水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力,从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。”王志峰告诉记者,像蒸馏法、冷冻法、反渗透法、电渗析法等,也能很好地实现海水淡化,但耗能高,单位量海水的淡化成本居高不下,对于缺少能源的地方来说就更不划算。因此,如果能在太阳能发电系统引入海水淡化环节,利用汽轮机出口的余热淡化海水,系统热能利用效率将得到大幅提高。
    “其实,这项技术不仅可以用于海水淡化,我国西部地区大量苦咸水,也可以利用这项技术将水里的碳酸盐、硫酸盐、氯化物等成分分离开,变成甘甜的水。”王志峰补充说。
    采访中,原郭丰接了一个电话,广东的一家纺织企业正在考虑利用他们的这项技术为工厂提供高温蒸汽。现在提供蒸汽的锅炉每天需要燃烧大量的煤,既不经济也不环保。行业的利润下降,日益严格的排放标准让厂家下决心进行能源改造,打算在原有厂房上安装太阳能光热系统。海水淡化装置成功运转积累的数据和经验为科技人员完成太阳能在纺织工业领域的应用系统开发增添了信心。
    原郭丰早已看好另外一个领域——晒盐。目前我国盐场的晒盐效率实际很低,一般在35‰,而且需要大面积平坦的土地。如果能在大型盐场建设海水淡化项目,利用淡化机器里不断蒸发留下的高浓度的盐水,晒盐效率将大幅提高。“这样既可以发电,又能产生淡水,还能提高盐场的产量,可以综合提升单位用地的产能和经济效益,实在没有不这么做的理由啊。”原郭丰充满期待地说。
    采访感言:科研项目要服务国计民生
    从海水淡化设备的总体设计方案到设备具体安装调试,中国科学院电工所负责水电联产项目的科研人员,显示出极强的科研素质和工程经验。更为重要的是,这个科研项目已经显示出很好的产业化前景。这说明,科研项目只要服务于国计民生,项目结束之时就是产业化之始。
    我国每年以项目的形式向高等院校、研究机构和企业投入大量科研经费,推动了整体科研能力的提升。神舟系列飞船、北斗卫星、天河二号计算机等成果的问世无不表明我国在不少领域的科技水平逐渐步入国际领先行列。与此同时,神舟太空育种,北斗卫星导航等又在服务社会,改善民生上发挥重要作用。但是,我们更应该看到,我国每年有难以计数的科研成果仅仅停留在成果阶段,没有实现产业化。究其原因很大程度上就在于这些科研项目没有与经济社会发展的实际相结合,脱离企业需求,远离百姓需要。
    因此,我们的科研项目设计要努力减少没有市场潜力的无效研发,同时有效地把各类有应用前景、有市场需求的成果及时转化成生产力,让科研成果真正服务于国计民生。

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