海南三沙市設市五周年之際，《新聞聯播》報道了三沙5年來的大變化。“（現在）用水也沒問題了，以前都是有點水吃，洗澡都很難的。”三沙市趙述島居民李珠玉接受采訪時說。

 

李珠玉喝到的水，是海水淡化出來的。“過去狠燒柴油淡化海水，水量也不太夠，現在利用風能、光能，就能根據島上需求產水，每天大約100噸左右，”江蘇豐海新能源工程技術公司技術研發部經理王福家為能讓當地人用水充足而欣慰，三沙趙述島的海水淡化裝置，正是他們生產的集裝箱式“海淡”裝置，直接利用風能、太陽能就能產出生活用水。

 

直飲海水，是向海洋要水的“人類解渴工程”的終極目標。2016年底，國家發改委印發《全國海水利用“十三五”規劃》，指出“十三五”末，全國海水淡化總規模達到每日220萬噸以上。既要淡化海水，還要解決孤島的耗能問題、摘下耗能的“大高帽”，怎么辦？技術創新的回答是，“魚與熊掌”可以兼得。

 

 

吃能大戶 用上自己穩定的“糧倉”

 

高能耗一直是海水淡化產業發展的“痛點”。資料顯示，傳統的淡化海水采用常規能源，每淡化1萬噸海水需耗電4.66萬度，折合標準煤18.8噸，排放二氧化碳46.4噸，是高能耗產業。

 

這個“吃能大戶”最好有自己的能源“糧倉”，王福家說，“它需要一個獨立的供能系統，這個糧倉還不能小了。”

 

為了讓海水淡化脫離大電網，吃上新能源的“獨食”，“我們試圖建立一個大容量的孤島微電網，為海水淡化裝置提供能源。”王福家說，微電網技術已經發展多年，風能的不穩定使得微電網一般采用“多臺千瓦級小容量發電機組+大容量儲能系統”的微電網模式。大容量的兆瓦級風機因沖擊過大、難于控制，容易造成‘烈馬拉小車’的翻車風險而少有在微電網中應用。

 

怎么既接入兆瓦級大風機又讓微電網穩定運行？新的技術路線往往是“左右為難”時從中間趟出的一條路。

 

“為了達到既經濟又運行穩定的目標，我們和別人反著來，”王福家說，“用一臺兆瓦級大容量發電機組+小容量儲能系統+控制技術。這樣做是基于微電網環境中電能輸入與負荷用電是個整體，別人調節前者，我們調節后者。”2014年5月，豐海新能源公司在江蘇鹽城沿海建成國內首個萬噸級非并網風電淡化海水示范工程，采用先進的能源管理系統、多臺儲能變流器并聯控制技術，平緩地調節負載的增加與減少，保證了微電網系統的穩定運行，解決了海水淡化的新能源利用問題。

 

“我們的示范項目現在每天向大海要水1萬噸，其中船用水1000噸、城市用水8200噸、高端純凈水800噸。”王福家說。

 

模塊集裝箱 自帶“行李”即插即用

 

2016年的最后一天，王福家是在三沙市一處島礁上度過的，他帶隊登島，檢查剛剛架起的新能源海水淡化設備，直到它成功涌出淡水。

 

“缺水缺電，最典型的地方是海島。”王福家回憶，島上的居民一直靠大船“接水”，每次接五六噸，島上150人吃飯、飲水都緊著用，洗澡要等天下雨。“后來他們燒柴油淡化海水，可是柴油也得運，受能源限制，水出得少，也不能敞開用。”

 

怎樣把萬噸非并網海水淡化工程的設計、運行經驗“搬上”海島？“大型工程的建設不適用于海島，好在我們的微電網是完整而獨立的，我們要把它建成能即插即的‘微縮版’。”王福家說。

 

“微縮版”一定要方便運輸，有了這個目標，豐海公司把目光落在了貨運最方便的標準集裝箱上，一套裝進集裝箱的智能微電網海水淡化成套系統就能孤網運行，不依賴于電網，直接利用風能、太陽能等清潔能源發電生產出高品質生活和飲用水。

 

“箱子式”的構架確定了，接下來要完成系統的“行李打包”。“把集裝箱設備做得緊湊，能共用的管道，我們絕不會單獨鋪設一個，能共用的閥門，絕不會再增加一個，”王福家的兩個“絕不”道出了“集裝箱系統”的復雜性。“實現同樣的功能，壓縮了近一倍的體積。”

 

“你可以像接通電腦主機一樣，為它接上電纜、管道，就能喝上淡化后的海水。”王福家說，集裝箱式設備針對不同地區的海水特點采用不同的淡化工藝，海水在飲用前要經過預處理、一級、二級、三級反滲透等處理。“在海水較純凈的地區，一級反滲透出水即可達到生活飲用水水質，如果再增加二級和三級反滲透，將進一步去除一些離子，達到飲用純凈水的水質。”

 

除了“可整體運輸，快速組裝，無需現場調試”等優點，集裝箱式智能微網海水淡化系統還必須防腐蝕、防臺風、防高溫。“這套智能化設備能自動運行，即能蓄電，也能供水，”王福家說，“有了這套設備，任何一個孤島地區都可以讓人類生存下去。”

 

據介紹，100噸級該套系統已與印尼簽約，馬爾代夫也已采購了5套設備。

 

海水淡化 可用“海陸空天”4D能源網

 

“荒島上的能源可多著呢，”在王福家看來，鳥不拉屎、沒水沒電的荒島是個當之無愧的能源“富礦”，“潮流能、潮汐能、風能、太陽能都比內陸豐富，”這里環繞著“海陸空天”的4D能源網，關鍵是要有能力做個能源“好采手”。

 

“海水淡化設備都是需要晝夜穩定運行的，但自然界的風能和光能都極不穩定，怎么把這種不穩定變成穩定，確保設備能24小時運行？”最初，他們用柴油機作為備用電源，為了甩掉柴油機，研究人員開始把新能源家族全拉進來逐一嘗試。

 

白天時用太陽能把鹽熔化，達到幾百攝氏度，用熔鹽燒水，水蒸氣推動汽輪機帶動發電機發電。“這就是光熱海淡項目，它不像光伏那樣占地兒，同時還可以利用熔鹽儲熱在夜間發電。”王福家說，系統中的鹽和水蒸汽都能循環使用。

 

“新能源家族中還有潮流能，看似平靜的海平面以下波濤洶涌、洋流涌動，我們把與垂直軸風機葉片相似的潮流能發電系統放在海里，讓潮流能發電。波浪能也可以發電，針對它往復式的運動特點，我們也在研究如何利用它。”王福家的概念里，這些自然界的能源都能夠被利用，關鍵是他們掌握了讓“能源穩定輸出”的“采能術”。

 

由于“顛簸”的輸出，這些清潔能源一直游離在人類掌控之外，而今得益于儲能技術、微電網控制技術的誕生和發展，它們有潛力協力構成野外環境下，人類取之不盡的4D能源網。

 

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集裝箱淡化海水 摘掉高能耗“帽子”

 

集裝箱式微網海水淡化系統是小型風、電、水一體化的設備。由可再生能源輸入系統、儲能系統、微電網控制系統、海水淡化系統等部分組成，系統可孤網運行，不依賴于電網，直接利用風能、太陽能等清潔能源發電生產出高品質的生活和飲用水，并供應穩定的電源。

 

集裝箱不僅能供應淡水，還可以發電，解決了孤島生活的重大難題。為了讓它能方便地運到孤島、并扎根在那里，研發生產方江蘇豐海新能源工程技術公司在萬噸非并網海水淡化工程的設計、運行經驗的基礎上，賦予了它便攜集裝箱的特性，具有可整體運輸，快速組裝，無需現場調試等優點，適合為淡水資源匱乏和網電未覆蓋的內陸、沿海地區和遠海孤島地區提供生活用水和電力供應。目前有日產50噸、100噸、500噸和1000噸等不同級別的集裝箱式海淡系統。

 

它的可再生能源輸入系統不局限于單一能源，可接入風力發電機組、光伏發電系統、光熱發電系統等，根據需求進行選擇。

 

為了值守海防，它必須防腐蝕、防臺風、防高溫；為了服務少人地區，它要高智能、免調試、免維護、具有無人值守功能；為了跨過高山汪洋，它緊湊前行，具有便于運輸、安裝，可以應用到任何缺水少電的沿海地區。

 

集裝箱式微網海水淡化系統中的海水淡化工藝采用一級、二級反滲透對海水進行脫鹽，達到生活飲用水水質；在此基礎上，采用三級反滲透進一步去除水中的離子，獲得瓶裝飲用純凈水。濃鹽水、濾池反沖洗水、過濾器反沖水收集后，一起集中排放至附近海域；對預沉池及澄清池排泥水進行污泥脫水處理；對化學清洗廢水經中和進行無害化處理，達標后排入市政污水管道。