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慢工出細(xì)活——沙特欲建世界首座零碳排放海水淡化廠

分類:行業(yè)熱點(diǎn) > 國外動態(tài)    發(fā)布時間:2018年2月7日 13:51    作者:來源:IWA國際水協(xié)會    文章來源:北極星固廢網(wǎng)

沙特阿拉伯是石油生產(chǎn)大國,日產(chǎn)原油1000萬桶。這其中的1/4(280萬桶)都用于國家的能源需求,而由于國家嚴(yán)重缺水,海水淡化廠的能耗需要占用其中的150萬桶。有預(yù)測成,按這樣的速度,到2021年沙特可能會因此變成石油進(jìn)口國。為此沙特政府開展了一系列節(jié)能降耗的創(chuàng)新項(xiàng)目,其中包括在位于沙特東北部的邊境小鎮(zhèn)海夫吉(Khafji)建一座高新科技的海水淡化廠。

這座在建中的海水淡化廠被稱為全球首座大規(guī)模的太陽能發(fā)電海水淡化廠。該項(xiàng)目于2015年立項(xiàng),由沙特AWT公司(Advanced Water Technology, AWT)與西班牙可再生能源集團(tuán)公司Abengoa聯(lián)合開發(fā),投資1.3億美元,在2017年底完工。該廠第一期的日處理能力為60000m3/天,能夠滿足15萬人的用水需求,并計劃在第二期新增90000m3/天的處理量。AWT是沙特阿拉伯王國阿卜杜拉阿齊茲國王科技城(King Abdulaziz City for Science and Technology ,簡稱KACST)的商業(yè)分公司,由沙特技術(shù)開發(fā)和投資公司Taqnia控股。


▲ 項(xiàng)目地點(diǎn)的衛(wèi)星示意圖


▲ Abengoa與KACST的簽約儀式

據(jù)介紹,該廠白天的電能來自廠區(qū)南邊的一個15MW高效能的CPV聚光光伏發(fā)電站,到了晚上則使用電網(wǎng)供電。由于光伏發(fā)電廠給電網(wǎng)輸送的電量超過晚上海水淡化廠使用的電量,所以該海水淡化廠被視作全球首座零碳排放的海水淡化項(xiàng)目。


▲ 海水淡化廠的晝夜供電模式

海水淡化廠介紹

這個新的海水淡化廠建在一個現(xiàn)有反滲透海水淡化廠旁邊,占地面積約17.5公頃。太陽能面板組將安裝在距離海水淡化廠1公里以外90公頃的土地上。


▲ 新舊海水淡化單元設(shè)計圖

這個海水淡化廠包含一個中央控制室、一個溶氣氣浮單元系統(tǒng)(DAF)、一個兩段式的超濾單元(UF)、一個自動加藥控制系統(tǒng)、一個反滲透單元(RO),以及儲存罐單元(二氧化碳、氯和石灰)。


▲ 新海水淡化廠的工藝組成

反滲透單元分為六條平行線,通過一套能耗優(yōu)化系統(tǒng),所有電機(jī)都由變頻器控制,能適應(yīng)太陽能供電水平的變化作出優(yōu)化調(diào)整。該項(xiàng)目使用新型納米反滲透膜,其抗氯腐蝕、除鹽和防止微生物積累的性能都很高。這是KACST和IBM公司6年聯(lián)合研究的成果。另外根據(jù)該地區(qū)的海水特性,在反滲透單元之前配備預(yù)處理單元,大大降低鹽度和去除進(jìn)水的油脂。

太陽能發(fā)電站介紹

Al Khafji海水淡化項(xiàng)目除了海水淡化廠,還包括一個CPV超高聚光光伏電站來為海水淡化單元提供電力。使用可再生能源能夠減少運(yùn)行費(fèi)用和減少溫室氣體排放。這個中壓太陽能發(fā)電站使用多晶光伏太陽能電池板,也是由KACST旗下的團(tuán)隊(duì)設(shè)計研發(fā),發(fā)電功率為15MW,跟海水淡化廠和國家電網(wǎng)相連。它的發(fā)電量在最高負(fù)荷運(yùn)行時足夠滿足海水淡化單元的能耗需求。通過一套跟蹤技術(shù),海水淡化單元的產(chǎn)能與太陽能發(fā)電站運(yùn)行負(fù)荷匹配,進(jìn)一步提高能效。


▲ 超高能聚光光伏發(fā)電站

水處理工序細(xì)節(jié)

沙特阿拉伯東部海水情況復(fù)雜,這里鹽度很高,而且還含有油脂、季節(jié)性赤潮、水母,所以在進(jìn)行反滲透過濾前,需要進(jìn)行一系列預(yù)處理工序:

海水首先進(jìn)入一個裝有水母過濾裝置的取水塔,這個取水塔距離廠房6公里以外的水域,同時還備有石油泄露污染警報浮標(biāo)。



▲ 取水塔和事故警報浮標(biāo)

廠房的泵房將海水運(yùn)至廠區(qū),并作初步消毒:


隨后進(jìn)入DAF溶氣氣浮單元,去除油脂和其他初始進(jìn)水中的固體。


為了防止反滲透膜的堵塞,經(jīng)過DAF單元的出水還會先進(jìn)入兩段式的UF超濾單元進(jìn)一步去除海洋微生物和其他污染物。


最后再用兩段式反滲透來去除海水中的溶解性雜質(zhì)和鹽,這套設(shè)備還有能量回收系統(tǒng)。



耐心打造的新行業(yè)

沙特阿拉伯建造這座太陽能發(fā)電的海水淡化廠的原因之一是想確保地區(qū)的供水安全,也就是說即使該地區(qū)的貿(mào)易線遭封鎖或者能源供應(yīng)中斷,海水淡化廠的供電也能自給自足,為該地區(qū)的居民全年提供穩(wěn)定飲用水保障。

但如果僅為如此的話,據(jù)稱這廠本可以早5年落成。沙特王國之所以“一拖再拖”,是因?yàn)樗麄兿氲酶娱L遠(yuǎn)。他們想將本國經(jīng)濟(jì)變得更加多元化,圍繞海水淡化行業(yè)創(chuàng)造更多就業(yè),培養(yǎng)一批企業(yè),將它打造成沙特新的出口行業(yè)。所以他們寧愿“慢工出細(xì)活”,完善工藝技術(shù),讓它更加適應(yīng)中東市場的需求。

正如上邊介紹提到的,該項(xiàng)目使用的反滲透膜和光伏發(fā)電材料都是為中東的嚴(yán)酷環(huán)境專門研發(fā)制造的。目前海水淡化技術(shù)分為反滲透法和熱法,全球70%的熱法淡化廠都已經(jīng)改用反滲透工藝,但是在沙特和其他中東國家,熱法淡化依然是主流,因?yàn)槔鲜降姆礉B透膜不能適應(yīng)紅海和波斯灣地區(qū)的高鹽度。這座在建中的新廠采用的是為該地區(qū)專門研發(fā)的納米膜,不僅能應(yīng)付該地區(qū)的高鹽度,還因此降低了系統(tǒng)所需的能耗,IBM認(rèn)為這款新型膜的抗污染性能更好。

除了膜材料的創(chuàng)新之外,配套的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)也加入了為沙漠環(huán)境研發(fā)的新型冷卻機(jī)制,大大降低了系統(tǒng)中斷和日常維護(hù)的幾率,并為此搭建了專門的生產(chǎn)線。

項(xiàng)目相關(guān)人員樂觀表示,這兩個創(chuàng)新點(diǎn)將使海水淡化成本變成更加低廉,甚至有一天能便宜到用它來生產(chǎn)農(nóng)業(yè)灌溉用水。


來源:IWA國際水協(xié)會

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