Ich denke hauptsächlich an und .
In den letzten Jahrzehnten wurde eine Vielzahl überraschend effizienter Wasserentsalzungsanlagen gebaut, hauptsächlich in Wüstenregionen (Naher Osten). Diese Pflanzen verwenden Umkehrosmose über ein System von mehrfach gepressten Membranen. Diese Lösung scheint im Sinne des Energieverbrauchs sehr effektiv zu sein.
Aber es ist nicht genug. Vergleicht man die Entsalzungspreise (hauptsächlich aus Energiekosten) mit den Alternativen, so ist noch eine weitere Reduzierung um 60-90% erforderlich. Welches Entwicklungspotential hat die Wasserentsalzung im Vergleich?
Ich denke, die Wasserentsalzung hat wahrscheinlich eine theoretische Energiebegrenzung, die möglicherweise aus Entropie- und Bindungsenergieformeln berechnet werden könnte. Wie nahe sind wir dieser theoretischen Grenze?
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Antworten:
In Anbetracht der Tatsache, dass Umkehrosmose nicht der einzige Weg ist, Wasser zu entsalzen, denke ich, dass die Entsalzung zwar ein großes Entwicklungspotenzial bietet, dieses Potenzial jedoch möglicherweise nicht in Verbesserungen bestehender Techniken liegt.
Um diese Schlussfolgerung zu rechtfertigen und einige Bereiche zu veranschaulichen, in denen viel Entwicklungspotenzial besteht, stelle ich Ihnen meine Idee für ein kombiniertes Wellen-, Wind- und Sonnenentsalzungs- und Kraftwerk vor. Ich habe diesbezüglich keine Berechnungen durchgeführt, um die benötigte Landfläche, die Kosten oder die Leistung zu berechnen, sodass es möglicherweise nicht so ist, wie es ist. Ich denke jedoch, dass die unten beschriebenen Konzepte (und denken Sie daran, dass dies nur eine Idee ist) zeigen, dass in den folgenden Bereichen Entwicklungspotenzial besteht:
Kombiniertes Wellen-, Wind- und Sonnenentsalzungs- und Kraftwerk
Eingänge
Ausgänge
Standort
Diese Pflanze benötigt einen heißen Standort mit einer großen Fläche billigen Landes am Meer und einem relativ konstanten Wind.
Stufe 1 - Wellenpumpe
Eine wellengetriebene Pumpe fördert Meerwasser in einen großen See an Land. Hier ist ein Beispiel einer Pumpe mit Direktwellenantrieb. Andere Arten von Wellenkraft-Kabelbäumen wandeln typischerweise mechanische Bewegungen in Elektrizität um. Diese Bewegung kann jedoch leicht verwendet werden, um eine Pumpe direkt anzutreiben.
Stufe 2 - Verdunstungssee
Der Verdunstungssee ist ein großes, flaches Gebiet, das gewächshausartig bedeckt ist, um die Verdunstung zu unterstützen. Das Meerwasser fließt vom Meer entlang der Kanäle im Seeboden und dann im nächsten angrenzenden Kanal wieder in Richtung Meer, wo es zurück ins Meer fließt. Dies verhindert die Bildung von Ablagerungen, da das zurückkehrende Meerwasser sie mitnimmt und konzentrierter ins Meer zurückkehrt. Das Dach kann Fresnellinsen oder andere Solarkonzentratoren enthalten, um die Verdunstung zu unterstützen.
Ein windauffangender Turm bläst Luft über den See, um den Luftdruck zu senken und die Verdunstung zu unterstützen. Dieser Turm könnte wie der in Masdar City verwendete sein oder ein Standard-Windturbinenturm mit elektrischer oder direkter Übertragung auf eine Reihe von Lüftern. Das Ergebnis ist ein kontinuierlicher Luftstrom über den See, der den Wasserdampf zur anderen Seite befördert, wo er über eine breite Säule in die nächste Stufe geleitet wird.
Stufe 3 - Kondensationsturm
Der Wasserdampf wird über eine große Säule in eine Kondensationskammer hoch am Turm geleitet. Hier wird eine Reihe von Lamellen durch eine Wärmepumpe gekühlt, die direkt von einer Windkraftanlage auf dem Turm angetrieben wird. Das Wasser kondensiert an den Lamellen und fließt in einen Frischwassertank nahe der Turmspitze.
Stufe 4 - Stromerzeugung
Das Wasser aus dem Kondensationsturm wird durch eine oder mehrere Wasserturbinen auf eine Höhe abgesenkt, die für einen Standardwasserturm geeignet ist, um Strom zu erzeugen.
Stufe 5 - Filterung und Behandlung
Die salzige Seeluft kondensiert auch auf den Flossen, und es können kleine Partikel in der Luft und Partikel vom Verschleiß auf Stufen innerhalb dieses Prozesses in das Wasser gelangen, so dass es wahrscheinlich weiterer Filterung und Behandlung bedarf, um es trinkbar zu machen. Hierfür kann ein Teil der Leistung der Wasserturbine verwendet werden.
Dort haben Sie es, Sie haben sauberes Wasser über dem Boden, so dass bereits Druck vorhanden ist, und hoffentlich etwas überschüssigen Strom und kühle trockene Luft als Nebenprodukte.
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Carnegie und andere haben bereits über ihr CETO-Gerät versucht, mithilfe von Wellenkraft Wasser direkt für die Umkehrosmose unter Druck zu setzen : ein vollständig mechanischer Prozess, anstatt ihn in Elektrizität und wieder zurück umzuwandeln (was zu potenziellen Einsparungen bei der Effizienz führt). Zwei Herausforderungen: Erstens gibt es nicht viele Orte auf der Welt mit einer wirklich riesigen Wellenressource (Großbritannien, Portugal sind zwei, die mir in den Sinn kommen); und zweitens ist es sehr schwierig, Wellenmaschinen zuverlässig zum Laufen zu bringen. Das ist überwindbar, aber herausfordernd.
Die andere bedeutende potenzielle Entwicklung wird kontraintuitiv erscheinen, und der Schlüssel zur Erschließung besteht darin, das umfassendere System und nicht nur den Entsalzungsprozess zu berücksichtigen. Diese Entwicklung soll zu Entsalzungsprozessen mit geringerer Effizienz führen .
Dies liegt daran, dass Prozesse mit geringerer Effizienz viel niedrigere Kapitalkosten verursachen können. Dies hat den Vorteil, dass sie dann für einen geringeren Teil der Zeit betrieben werden können, ohne die Kosten pro Kubikmeter entsalztem Wasser stark zu beeinträchtigen.
Warum sollten Sie die Entsalzung für einen kleineren Teil der Zeit durchführen? Weil Orte, die auf entsalztes Wasser angewiesen sind, viel Sonnenlicht haben. Das macht PV-Strom billig. PV hat jedoch ein Erzeugungsprofil, das nur teilweise der Nachfrage entspricht. Es wird Zeiten unzureichender Leistung und Zeiten übermäßiger Leistung geben. Diese überschüssige Energie ist wirklich sehr, sehr billig. Und das ist eine großartige Zeit, um die Entsalzung durchzuführen.
Ein kombiniertes Energie- und Wassersystem mit viel PV und viel Entsalzung mit geringem Investitionsaufwand und geringerem Wirkungsgrad kann daher sehr gut funktionieren. Tatsächlich fungiert das entsalzte Wasser als eine Form der virtuellen Speicherung. Alle Elektrizitätssysteme müssen irgendwo im System gespeichert werden. Für einige Länder ist dies ein Wasserkraftwerk. Für andere sind es Gashalter, Kohlebunker oder Biomassebunker. Diese Geschäfte sind Vorgenerationsgeschäfte. In anderen Systemen gibt es Speicher nach der Erzeugung in Form eines minderwertigen Wärmespeichers: Wenn Energie als minderwertige Wärme verwendet werden soll, ist es sinnvoll, sie in dieser Form zu speichern, da ein solcher Speicher sehr billig und kostengünstig ist sehr skalierbar. Ebenso ist die Speicherung von entsalztem Wasser sehr billig und sehr skalierbar. Es wirkt als Zeitpuffer, als flexibler Verzögerungsmechanismus zwischen der Lieferung von PV-Strom,
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Für Umkehrosmose
Diese Stelle gibt die minimal erforderliche Energie für die Meerwasserentsalzung durch RO mit 2,78 kJ / l (Süßwasser) an , wenn Sie nur den reversiblen Prozess berücksichtigen. Laut Wikipedia arbeiten die besten RO-Entsalzungsanlagen mit 3 kWh / m³, was 10,8 kJ / l entspricht.
AFAIK, Energieverluste sind Druckverluste durch die Membran (zusätzlich zum osmotischen Druck führt eine Membran irreversible Druckverluste ein), Wasservorbehandlung und Energie (in Form von Druck) in der Sole. Außerdem muss viel Wasser einfach bewegt werden, es gibt Vorbehandlungsschritte usw.
Laut diesem IWA-Trendbericht sind zwei Bereiche im weiten Bereich der Membranen, in denen mehr Forschung betrieben wird, bessere Membranen in Bezug auf Druckverlust und Verschmutzungsbeständigkeit (Verschmutzung beeinflusst Druckverluste direkt). Neuere Entwicklungen bei der Entsalzung von RO wie die Vorwärtsosmose profitieren hauptsächlich von einer besseren Verschmutzungsbeständigkeit im Vergleich zu RO.
Für
Grillen zur thermischen Entsalzung
(wird aktualisiert, wenn ich weitere Informationen finde)
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