Jakie możliwości rozwoju mogłyby jeszcze istnieć w odsalaniu wody?

Myślę głównie w i .$\frac{kWh}{m^3}$$\frac{\$}{m^3}$

W ostatnich dziesięcioleciach zbudowano wiele zaskakująco wydajnych instalacji odsalania wody, głównie w regionach pustynnych (Bliski Wschód). Rośliny te stosują odwróconą osmozę poprzez system wielu wstępnie przepuszczonych błon. To rozwiązanie wydaje się bardzo skuteczne pod względem zużycia energii.

Ale to nie wystarczy. Porównując ceny odsalania (pochodzące głównie z kosztów energii) z alternatywami, konieczne jest dalsze obniżenie o 60–90%. Porównując je, jaki potencjał rozwojowy ma odsalanie wody?

Myślę, że odsalanie wody ma prawdopodobnie teoretyczną granicę energii, którą można by obliczyć na podstawie entropii i wiążących wzorów energetycznych. Jak blisko jesteśmy teoretycznego limitu?

Biorąc pod uwagę, że odwrócona osmoza nie jest jedynym sposobem na odsalanie wody, myślę, że tak, istnieje duży potencjał rozwojowy w odsalaniu, ale potencjał ten może nie polegać na ulepszeniu istniejących technik.

Aby uzasadnić ten wniosek i zilustrować niektóre obszary, w których może istnieć duży potencjał rozwojowy, przedstawiam wam mój pomysł na odsalanie i elektrownię w połączeniu z falami, wiatrem i słońcem. Nie przeprowadziłem żadnych obliczeń matematycznych w tym celu, aby obliczyć potrzebny obszar, koszty lub produkcję, więc może nie być opłacalne w obecnej postaci. Myślę jednak, że opisane poniżej pojęcia (i pamiętaj, że to tylko jeden pomysł) pokazują, że istnieje potencjał rozwojowy w następujących obszarach:

• Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii na miejscu do zasilania elektrowni
• Wykorzystanie energii napędu bezpośredniego zamiast energii przenoszonej elektrycznie
• Kierowanie i wzmacnianie naturalnych procesów odsalania

Połączone odsalanie fal i energii wiatrowej i słonecznej oraz elektrownia

Wejścia

• Brak zewnętrznego źródła energii
• Sprytnie wykorzystana fala, wiatr i słońce

Wyjścia

• Energia (prąd)
• Świeża woda
• Zimne powietrze

Lokalizacja

Ta roślina wymaga gorącej lokalizacji z dużą powierzchnią taniego lądu nad oceanem i stosunkowo stałym wiatrem.

Etap 1 - pompa falowa

Pompa napędzana falami podnosi wodę morską do dużego jeziora na lądzie. Oto przykład pompy z bezpośrednim zasilaniem falowym , inne rodzaje wiązek mocy falowej zwykle przekształcają ruch mechaniczny w elektryczność. Jednak ruch ten można łatwo wykorzystać do bezpośredniego napędzania pompy.

Etap 2 - Jezioro ewaporacyjne

Jezioro ewaporacyjne to duży płytki obszar pokryty w szklarni, który wspomaga odparowywanie. Woda morska odpływa z oceanu wzdłuż kanałów w dnie jeziora, a następnie z powrotem w kierunku oceanu w sąsiednim kanale, skąd spływa z powrotem do morza. Zapobiega to gromadzeniu się osadów, ponieważ powracająca woda morska zabierze je ze sobą i wróci do morza bardziej skoncentrowana. Dach może zawierać soczewki Fresnela lub inne koncentratory słoneczne, aby wspomóc parowanie.

Wieżyczka wiatrowa wieje powietrze przez jezioro, aby obniżyć ciśnienie powietrza i pomóc w parowaniu. Ta wieża może być podobna do tej stosowanej w mieście Masdar lub standardowej wieży turbiny wiatrowej z elektryczną lub bezpośrednią transmisją do szeregu wentylatorów. Rezultatem jest ciągły przepływ powietrza przez jezioro, które przenosi parę wodną na drugą stronę, gdzie jest kierowana szeroką kolumną do następnego etapu.

Etap 3 - Wieża kondensacyjna

Para wodna jest kierowana przez dużą kolumnę do komory kondensacyjnej wysoko na wieży. Tutaj szereg żeber chłodzi pompa ciepła napędzana bezpośrednio przez turbinę wiatrową na szczycie wieży. woda skrapla się na płetwach i spływa do zbiornika słodkiej wody w pobliżu szczytu wieży.

Etap 4 - wytwarzanie energii

Woda z wieży kondensacyjnej jest obniżana do wysokości odpowiedniej dla standardowej wieży wodnej przez jedną lub więcej turbin wodnych w celu wytworzenia energii.

Etap 5 - filtrowanie i obróbka

Słone powietrze morskie będzie również skraplać się na płetwach, i mogą znajdować się małe cząsteczki unoszące się w powietrzu i cząsteczki pochodzące ze zużycia na etapach w tym procesie, które dostaną się do wody, więc prawdopodobnie będzie wymagać dalszego filtrowania i obróbki, aby można było ją pić. Do tego celu można wykorzystać część energii z turbiny wodnej.

Masz, masz czystą wodę powyżej poziomu gruntu, więc ciśnienie jest już dostępne, i mam nadzieję, że trochę nadwyżki energii elektrycznej i chłodnego suchego powietrza jako produktów ubocznych.

Carnegie, za pośrednictwem swojego urządzenia CETO, i inni już rozważali wykorzystanie mocy fal do bezpośredniego sprężania wody w celu odwróconej osmozy : proces całkowicie mechaniczny, zamiast przekształcania się w elektryczność i odwrotnie (co daje potencjalne oszczędności wydajności). Dwa wyzwania: po pierwsze, nie ma wielu miejsc na świecie z naprawdę ogromnymi zasobami falowymi (Wielka Brytania, Portugalia to dwa, które przychodzą na myśl); a po drugie, udowodniono, że bardzo trudno jest zapewnić niezawodne działanie maszyn falowych. To do pokonania, ale trudne.

Drugi znaczący potencjalny rozwój będzie wydawał się sprzeczny z intuicją, a kluczem do jego odblokowania jest rozważenie szerszego systemu, a nie tylko procesu odsalania. Rozwój ten ma na celu przejście do procesów odsalania o niższej wydajności .

Jest tak, ponieważ procesy o niższej wydajności mogą mieć znacznie niższe koszty kapitałowe. Zaletą tego jest to, że mogą być następnie eksploatowane przez krótszy czas, bez dużego uderzenia w koszt za metr sześcienny odsalonej wody.

Dlaczego więc chcesz przeprowadzać odsalanie przez krótszy czas? Ponieważ miejsca zależne od odsolonej wody mają dużo światła słonecznego. Co sprawia, że ​​energia PV jest tania. Ale PV ma profil generacji, który tylko częściowo odpowiada popytowi. Będą czasy niewystarczającej mocy i czasy nadwyżki mocy. Ta nadwyżka mocy jest naprawdę bardzo tania. To świetny czas na odsalanie.

Tak więc połączony system energii i wody, który ma dużo PV i dużo odsiarczania o niskim nakładzie, o niższej wydajności może działać bardzo dobrze. W efekcie odsolona woda działa jako forma wirtualnego przechowywania. Wszystkie systemy elektryczne wymagają przechowywania gdzieś w systemie. W niektórych krajach ma to postać hydro magazynowania. Dla innych ma on postać zbiorników gazu, zasobników węgla lub zasobników biomasy. Te sklepy to sklepy sprzed generacji. W innych systemach istnieje magazynowanie po generowaniu, w postaci niskoprocentowego magazynowania ciepła: gdy energia będzie wykorzystywana jako ciepło niskiej jakości, sensowne jest przechowywanie jej w takiej formie, ponieważ takie magazynowanie jest bardzo tanie i bardzo skalowalny. Podobnie przechowywanie odsolonej wody jest bardzo tanie i bardzo skalowalne. Działa jako bufor czasowy, elastyczny mechanizm opóźniający między dostawą energii elektrycznej z PV,

Do odwróconej osmozy

Witryna ta zapewnia minimalną wymaganą energię do odsalania wody morskiej przez RO jako 2,78 kJ / l (świeża woda) , jeśli rozważymy tylko proces odwracalny. Według Wikipedii, najlepsze zakłady odsalania RO działają przy 3 kWh / m3, co przekłada się na 10,8 kJ / l.

AFAIK, straty energii to utrata ciśnienia przez membranę (oprócz ciśnienia osmotycznego, membrana wprowadza nieodwracalne straty ciśnienia), uzdatnianie wody i energia (w postaci ciśnienia) w solance. Również dużo wody musi zostać przeniesione, są kroki przygotowawcze itp.

Zgodnie z tym raportem trendów IWA , dwa obszary w szerokim polu membran, w których prowadzone są dalsze badania, to lepsze membrany pod względem strat ciśnienia i odporności na porastanie (zabrudzenie bezpośrednio wpływa na straty ciśnienia). Najnowsze osiągnięcia w odsalaniu RO, takie jak osmoza przednia, korzystają głównie z lepszej odporności na zanieczyszczenia w porównaniu z RO.

W przypadku
świerszczy odsalających termicznie
(zaktualizuje się, gdy znajdę więcej informacji)