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海南地热能海水淡化可行性探讨

来源:本站 作者:jimei 浏览: 发布时间:2021-01-15 13:02

文章首要讨论海南贫水区域地热能淡化海水技能的可行性和经济性,以及面对的应战关键所在,为地热运用新技能的开展添砖加瓦。

为了解海南区域运用地热能进行海水淡化的可行性, 论述了海南缺水状况以及地热资源散布, 并对运用地热能进行海水淡化作了技能和经济讨论, 结果标明海南缺水区域能够从当地可用的地热资源中获益。一起, 指出根据地热能的海水淡化仍面对一些问题, 需求进步注重程度和科研投入, 并试行推行活跃的工业扶持方针, 然后促进海南地热能海水淡化的研讨和运用。

0 导言

海南省坐落我国南端,是仅次于台湾岛的第二大岛屿,全岛处于热带和亚热带区域,年平均气温22~27℃;四面环海,水资源丰盛,年降水量在1000~2600mm[1]。2016年,海南全省人口917万人,人均具有水资源量5342m3,人均归纳用水量490m3,坐落国内前列[2]。可是,表面上具有丰盛水量的海南,却面对着比较杰出的缺水问题。从久远考虑,跟着社会经济开展,以及面对的缺水少水和干旱问题,海南省需构建水资源可继续运用的多办法供水体系。作为水资源开源增量的有用途径,海水淡化可有用缓解水资源短少问题,对改进海南用水状况发挥至关重要的效果。跟着科技的不断进步,当时海洋工程范畴将运用可再生动力进行海水淡化作为研讨的前沿方向。地热能作为一种海水淡化的新动力办法,近年来现已引起国内重视,海南能够考虑通过开发其地热资源来支撑海水淡化进程并为省内工业和农业部门供给淡水,以减轻水资源严峻的局势。本文根据海南水资源和地热资源散布状况,对地热能海水淡化作经济和技能可行性讨论,指出其间存在的问题,并提出推进地热能海水淡化的相关主张。

1 中深层地热能梯级运用体系优化剖析

海南降雨量空间散布不均(图1),岛中部及东北部雨量多,西南部雨量少,降水量年际改变大,丰水年和枯水年相差可达数倍。此外,海南岛地势中高周低,河短坡少,水系呈均匀放射状,源短流急,暴升暴落,开发运用难度大,时空散布极不均匀,导致了冬春干旱经常发生(图2),严峻影响了居民的出产和日子[3]。再加上需水顶峰与枯水期叠加、水资源糟蹋及飓风等要素的影响,使得海南用水问题更为杰出。2016年,海南全省总供水量44.96亿m3,其间地表水源供水量41.88亿m3,占总供水量的93.1%[4]。在海南各河流流域和区域中,南渡江流域、昌化江流域、万泉河流域、海南岛东北部、海南岛西北部以及海南岛南部河流开发运用率别离为15.8%、12.8%、5.5%、14.7%、28.3%、14.9%。而国际上一般以为,一条河流的合理开发极限为40%,越挨近40%,标明该区域越短少水资源;而当运用率超越40%时,标明严峻缺水,或许导致环境、经济和社会安全问题[5]。上述数据标明:海南中部山区具有较充分的降水量,但水资源开发运用率较低;而降水量较少的东北部、西北部和南部,却有着较高的水资源开发运用率,且面对必定的缺水状况。以北部的海口为例,2018年海口在用水顶峰时节每天需量短少6万~8万t。

图 1 2016年海南省年降水量(改自2016年海南风洪旱灾 害公报,图2同)

图 2 2016年海南省各市县气候干旱最重时所达等级散布

2 海南地热能资源散布

地热能是一种绿色环保、继续安稳、运用率高的可再生动力,是取之不尽,用之不竭的,具有极大的开发潜力。海南地热资源以水热型为主,全岛水热资源受地质结构、岩石地层及地貌的操控,整体可分为两类,别离为基岩结构裂隙带状热水型和孔隙层状热水型[6]。已发现的结构裂隙带状型热矿泉(温泉)32处,整体呈环岛散布格式,预算储量约为10万m3/d。孔隙层状热水型,首要散布在琼北及西南部自流盆地中,其间琼北断陷盆地内埋藏较深,西南部自流盆地内埋藏相对较浅,水温相对低,出现不接连的薄层状。此外,海南省北部深层地热地质条件杰出,琼州裂谷南侧的琼北具有优质的干热岩地热能资源。2018年3月23日,我国榜首口具有独立知识产权的干热岩开发试验井在海南北部完钻,该井在4387m深度处取得超越185℃的干热岩(非稳态测温),成为我国榜首口进入开发阶段的干热岩钻井[7],标明海南北部存在可用于商业化的优质干热岩。根据海南地热资源散布及勘查与开发规划[8],可将海南岛划分为约束挖掘区、答应挖掘区以及鼓舞挖掘区3类,在大多数状况下,海南地热开发区与缺水少水区域以及用水量巨大、首要集中于西北和北部的工业区域相匹配。这标明,这些区域存在从当地地热资源中获益的或许。

3 东海陆架盆地丽水洼陷热演化模仿及如今地温场特征

3.1 地热能海水淡化办法

海水淡化是指将海水里边的溶解性矿物质盐分、有机物、细菌和病毒等分离出来然后取得淡水的进程。现在国际上运用的传统海水淡化的首要办法包含膜法、结晶法和蒸馏法等,而我国海水淡化工程多选用低温多效蒸馏(LT-MED)和反浸透(RO)技能。因为低温多效蒸馏海水淡化技能具有操作温度低、动力耗费小等长处,使得其成为我国第二代海水淡化厂的干流技能之一[9]。选用低温多效蒸馏法进行海水淡化时,海水的最高温度只需70℃,而海南地下热水温度一般在32~97℃。当选用与地热能相结合的低温多效蒸馏海水淡化办法时,地热水可通过换热器将海水加热到淡化时所需求的温度。因此,通过地热能处理低温多效蒸馏法进行海水淡化时所需的热源问题,在技能上具有可行性。反浸透海水淡化办法,是以压差推进的海水淡化进程。到2015年末,我国已建成海水淡化工厂121座,其间运用反浸透技能的为107座,占88.43%,处于干流方位[10]。选用反浸透技能时,膜通量对海水温度有较高的敏感性,尤其是当冬天水温低时,会导致膜通量大幅下降。这是因为低温进料水具有较高的黏度和较高的通过膜的阻力,而高温进料水具有较低的黏度而发生较高的产值。根据相关研讨[11],当进料海水温度从25℃添加到35℃时,浸透通量添加了34%;而当进料海水温度从20℃升高到40℃时,浸透通量添加了60%,即每2℃的温差大约添加6%的浸透流量。因此,当选用与地热能相结合的反浸透海水淡化办法时,运用地热水加热海水,能够进步膜通量,然后进步产值;此外,反浸透的膜进程需求更高的机械能来在冬天泵送冷海水,以满意日常出产率,而依托干热岩发电技能所树立的发电厂能够满意反浸透设备的电力需求,然后完成热-电-水联产。海南还存在一种地热海水淡化热源,即抛弃的油气井。抛弃的油气井能够用作热源,因为不需求钻井,运转本钱低于地热热源。运用抛弃油气井的两个条件包含:首要,它们对环境友好且不发生任何排放;其次,这些油井现已无法再挖掘油气。因此,运用抛弃的油气井是化石燃料的杰出替代品,能够促进可继续开展。油气井热源一般被称为“低温地热热源”,具有名贵的动力潜力。运用抛弃的油气井进行海水淡化,需求运用通过规划的井下换热器以提取可用的热量。进程如下[12]:将水泵入抛弃的油气井中,在井中,水的温度到达挨近100℃并返回到地表,进行多效淡化或反浸透的加热进程。尔后,将冷水再次泵送到井中以康复热量,然后完成循环进程。在海南北部,如福山洼陷区域,有许多被遗弃的油气井,能够作为海水淡化的热源从头运用。

3.2地热能海水淡化经济性剖析

根据相关计算[13],2016年我国海水淡化水年本钱在5~8元/m3,首要包含电力耗费本钱、药剂耗费本钱、蒸汽耗费本钱以及保护本钱等。其间,日产水才能在万吨级和千吨级的淡化工厂,产水本钱别离为7.2元/t和6.22元/t。

赵建康等[14]对地热能海水淡化中选用低温多效蒸馏法进行了本钱剖析。指出与选用工业余热比较,运用低温多效蒸馏办法,百吨级和千吨级的淡化设备的归纳本钱别离下降81。3%和99.3%,具有适当明显的经济效益。Loutatidou等[15]研讨了海湾区域的两个根据低温多效蒸馏和反浸透办法的地热能海水淡化厂,指出尽管低温多效蒸馏办法直接运用地热,但却适当耗能,低温多效蒸馏需求的地热能量比反浸透大约多34%,由此也使得地热田运用本钱高出58%。但是,因为规模经济,使得选用低温多效蒸馏的地热田本钱比反浸透少3%,因此具有本钱优势。另一方面,运用反浸透办法的首要能耗贡献者是高压泵,简直占总能耗的74%,假如运用地热能,则能够明显下降本钱。例如,坐落加利福尼亚州南部的海水反浸透工厂的给水温度的进步导致了饮用水本钱的大幅下降。其间每1℃进料温度添加,膜出产率添加约2%~3%,然后进步淡水产值,削减本钱。

4 地热能海水淡化优势

地热能是一种有出路的可再生动力,因为其具有牢靠且极端安稳的能量供给,十分合适海水淡化。关于海南各种家庭和工农业用水而言,运用地热源海水淡化有如下优点:地热能可供给安稳牢靠的供热,保证热脱盐和反浸透进程的安稳性。地热能可供给掩盖安稳的电力需求,如负荷海水淡化厂。地热出产技能(从地下含水层中提取热水)现已老练。它不受时节改变和气候动摇的影响。海南大多数区域的典型地热源温度在70~90℃范围内,这关于低温多效淡化是抱负的;而高于100℃的地热源可用于发电并为反浸透进程供给电力。地热海水淡化具有本钱效益,能够一起进行电力和水的出产。其热能供给的自给自足和电能供给的潜在自给自足相较其他淡化办法是一大优势。地热海水淡化是环保的,因为它是该进程中运用的仅有可再生动力,不会排放与化石燃料有关的空气污染物和温室气体。地热海水淡化削减了进口化石燃料的运用,改进了当地的动力安全和环境可继续性。

5 地热能海水淡化面对的问题

当时海南运用地热能进行海水淡化时,还面对如下问题:知道问题。运用地热能进行海水淡化,首要需求摸清地热资源散布。而当时海南地热资源开发运用中存在的首要问题就是资源了解不清,对全岛地热资源储量短少精确的计算数据,然后导致无法量化用于海水淡化的详细远景。技能问题。因为我国海水淡化技能与世界先进水平比较存在必定的距离,导致海水淡化设备的国产化率不高,海水淡化设备中70%的中心设备需求进口。此外,海水淡化进程中存在的技能问题,例如,下降淡化水中硼含量的问题,仍需进行很多科研公关。价格问题。我国长时间施行一个水价补助方针使得多当地有较廉价的水价。而关于从一开端就彻底依照市场化办法运作海水淡化工程,其资金来源大多依靠银行贷款和自筹,使得海水淡化不只需求考虑建造和运转本钱,还要考虑出资效益,这便加大了淡化水推行的难度。研制资金投入问题。我国海水淡化技能是在国家和各级政府支撑下开展起来的,与具有先进技能的国家比较,不只短少满足的研制资金,也短少创新和技能研制渠道。社会问题。要成功施行地热能海水淡化,还需求考虑其它一些重要要素。首要触及土地运用,地质灾害,废热,大气排放,水脚印,噪声和社会经济问题,这需求归纳考虑,拟定可行计划。

6 结语

海水淡化是水资源的开源增量技能,因为其不受气候条件影响,因此具有供水安稳、水质优秀等特性。处于我国南端的海南尽管有充分的降雨量和水资源,但因为地舆和气候等要素的影响,仍面对区域性、工程性和时节性缺水问题。而处理海南存在的缺水问题,海水淡化是一条重要途径。当时海南需求大力开展海水淡化,进步供水保证率。在各种动力驱动的海水淡化办法中,惯例化石燃料耗费很多能量而且对环境具有高度破坏性的影响,而地热能是为现代海水淡化进程供给动力的有远景的替代选择。尽管根据地热能的海水淡化进程仍存在影响其开展的技能和社会要素,但依托国内现在首要选用的两种海水淡化办法,即低温多效蒸馏和反浸透办法,运用水热资源、干热岩地热资源和抛弃的油气井,来供给淡化进程所需的热源和电力,可有用削减传统动力所带来的环境和社会问题,并进步淡水产值,下降出产本钱。在推进地热能海水淡化运用进程中,除了应加大扶持力度,处理关键技能外,还应学习国外先进经验,选取若干缺水和用水量较大的市县进行试点,逐步推进查验合格的海水淡化水进入供水管网,并在高耗水企业活跃推行海水淡化水,然后有用缓解海南存在的缺水问题。

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作者:刘睿贤1, 2,田 红1, 2,窦 斌1

1.我国地质大学(武汉)工程学院, 湖北 武汉 430074; 2.我国地质大学(武汉)岩土钻掘与防护教育部工程研讨中心, 湖北 武汉 430074)