太阳能与海水淡化组合是否经济可行？取决于这些因素

近日，西班牙Abengoa公司宣布与摩洛哥政府机构签署协议，将在位于摩洛哥西部沿岸的Agadir建设海水淡化厂，该项目将采用反渗透海水淡化技术，项目建成后或将成为全球最大的太阳能海水淡化设施。据了解，Abengoa将负责该项目的设计、建设、运行及维护，整个合作周期长达27年。该项目投运后将实现日产淡水275000m³，其中150000 m³淡水将作为Agadir居民的饮用水，其余的125000m³淡水将作为当地13600公顷农业用地的灌溉水。此外，这项协议还提到，未来该海水淡化项目产能或可增至450000m³/天。同时，摩洛哥政府表示，该海水淡化设施运营所需电力将从位于Agadir东部的Noor Ouarzazate太阳能发电园区输入，并架设长约400千米的高压输电线路。那么，这种使用可再生能源电力且不享受补贴的海水淡化设施是否会蓬勃发展呢?

图: 位于摩洛哥西部的Agadir

全球共计约21000座在运营大型海水淡化设施截止目前，全球有不到1%的人口依赖淡化海水作为日常的饮用水源，共计约21000座在运营的大型海水淡化设施，而这些海水淡化设施大都位于中东地带。来自德国Jülich太阳能研究机构(位于德国科隆西部60公里处)的科学家Klemens Schwarzer表示，尽管Agadir海水淡化设施是将海水转变为淡水，但是全球仅有约一半的海水淡化项目采取同样的做法，而其余的水处理设施的源水并非洁净水源，而是地下咸水或被污染的河水。

图：Via Maris海水淡化项目 位于以色列Tel Aviv附近，采用反渗透海水淡化技术，产能为100000m3/天。

海水淡化易实现 但耗费能源成本高从理论上讲，利用海水淡化技术来补充淡水资源的潜力是巨大的。地球上水资源总量约13.85亿m3，其中97.5 %是海水，剩余2.5%是淡水，但是淡水中约90%的水量又储存于南极洲、格陵兰岛或其它冰层。目前，人类可饮用淡水仅为剩余水源中的一小部分。鉴于淡水资源如此匮乏，那么大规模建设海水淡化设施能将全球荒漠及半干旱土地变成可利用的农业用地吗?对于这个问题，Schwarzer表示，理论上可以实现，但实际上并不容易。因为与从湖泊、河流或地下蓄水层直接获取淡水的方式相比，开发海水淡化项目需要投入太多的能源和设备，这意味着其成本会很高。

约104000座Agadir海水淡化设施可满足全球人口的淡水需求目前有多种海水淡化技术，但是主要的技术路线有两种：热法和反渗透法(RO), 这两种技术对于能源的需求都很大。热法海水淡化是通过加热海水使之沸腾汽化，再把蒸汽冷凝成淡水的方法。反渗透法采用多级过滤工艺，利用渗透膜在压力下允许水透过而使盐份和杂质截留的技术。据Schwarzer介绍，采用热法海水淡化产生的淡水比反渗透法产生的淡水更纯。一般来说，如果将洗涤用水、饮用水以及工农业用水的一切都计算在内，那么每个人每天将直接或间接使用3.8m3水。按此计算，Abengoa建设的Agadir海水淡化项目投运后，其生产的淡水将满足全球约72500名普通公民的用水需求。

英国贝壳顿某座海水淡化设施的压力过滤器。该设施产能可达150000m3/天，水源主要来自泰晤士河的混合河水和潮汐水。目前，全球大约有75亿人口，大约需要建设104000座与Agadir同等规模的海水淡化设施就能满足所有人的淡水需求。哪些区域更适合发展光热海水淡化技术?在沙特阿拉伯等石油资源丰富的国家，绝大多数海水淡化设施采用的是热法而不是反渗透法。对此，Schwarzer解释道，这些国家燃油发电厂产生的废热作为副产品利用于海水淡化项目，这意味着其几乎不需要在脱盐所需能源方面投入额外的资金。同样，人们也可以采用光热电站大型集热阵列聚集的热量进行海水淡化，但制造和安装这些镜子的成本目前仍非常昂贵。因此，太阳能海水淡化技术的商业应用是否能够实现爆发?答案似乎是否定的，因为在沙特阿拉伯等天然淡水稀少而近海的国家，石油和天然气丰富且廉价，化石燃料发电厂产生热量也很多，因此太阳能海水淡化技术在这类国家不会实现繁荣发展。例如，天然气丰富的卡塔尔通过向欧洲输送天然气获得资金，而后建成一批天然气热能海水淡化厂。2017年初，卡塔尔首个反渗透海水淡化厂—Ras Abu Fontas A3建成投运，该项目为多哈一百万人提供淡水。然而，如果在淡水和化石燃料稀缺且昂贵的地区，情况又如何呢?Schwarzer 认为:“在这种情况下，太阳能海水淡化的优势或将凸显出来。此前，摩洛哥大量进口化石燃料，而现在其正在利用自身丰富的太阳能和风能资源，并开始建设太阳能海水淡化项目。”非洲居民暂承担不起Schwarzer补充道，撒哈拉以南的非洲对淡水的需求量相当大。由于当地充足的太阳能资源，位于沿岸地区的海水淡化设施多少会受益。同样地，太阳能也可以用来净化被污染的河水。然而，大多数非洲人并不赞同建设海水淡化项目。