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经济的水系统可以为干旱的沿海地区带来淡水和可再生能源

2019-07-06 11:20:01来源:

全球许多人口稠密的沿海地区遭受严重干旱。为了向这些地区提供淡水,同时还考虑如何利用清洁能源资源有效地生产水,麻省理工学院和夏威夷大学的一组研究人员创建了一个结合泵浦的共生系统的详细分析。水电储能系统和反渗透海水淡化厂,可以在一个大型工程项目中满足这两方面的需求。

研究人员在可持续能源技术和评估中发表的一篇论文中分享了他们的发现,他说这种组合系统最终可以带来成本节约,收入和就业机会。

二十年前京都大学的合成化学和生物化学教授Masahiro Murakami首次提出了使用水电系统来支持反渗透海水淡化厂的基本思路,但从未详细研究过。

“那时候,可再生能源太贵了,石油太便宜了,”该论文的合着者,麻省理工学院机械工程教授亚历山大斯洛克姆说。“现在气候变化,人口增加,以及逃离干旱和饱受战争蹂躏的地区的难民潮,并没有极端的需求和紧迫感。”

现在认识到这个概念的潜力,Slocum和他的合着者 - 麻省理工学院的Maha Haji,Sasan Ghaemsaidi和Marco Ferrara; 夏威夷大学的Zachary Trimble开发了详细的工程,地理和经济模型,以探索系统的规模和成本,并进一步分析,以评估其在世界任何特定地点的可行性。

通常,能源和水系统是分开考虑的,但将两者结合起来有可能提高效率并降低资本成本。这种方法被称为“一体化泵送水力反渗透(IPHRO)系统”,这种方法使用位于沿海地区附近高山的衬砌水库来储存海水,海水使用来自可再生能源或核电站的多余电力进行抽水。当电网需要能量时,水流下坡以产生水力发电。水库高度超过500米时,压力足以供应反渗透设备,无需单独的泵。另一个好处是通常用于发电的水量约为产生淡水所需量的20倍。这意味着来自反渗透装置的盐水流出物在流入海洋之前可以被流经水力涡轮机的水大大稀释,这降低了反渗透流出系统的成本。

作为他们研究的一部分,Slocum的团队开发了一种算法,可以计算出距离海洋和山脉高度的位置,以探索可以安装IPHRO系统的世界各地。此外,该团队还确定了可能提供电力和水的IPHRO系统位置 - 根据美国平均每天产生50千瓦时能量和500升淡水 - 为100万人提供服务。在这种情况下,500米高的水库只需要一平方公里的大小和30米深。

该团队的分析表明,在南加州,2800万人实际上可以满足所有的电力和水需求。IPHRO系统可以位于加利福尼亚海岸的山区或墨西哥的蒂华纳,还可以为成千上万的人提供长期建设和可再生能源工作。调查结果显示,要建立这个系统,每人的费用将在5,000美元到10,000美元之间。这将涵盖系统所有元素的成本 - 包括可再生能源,水电系统和反渗透系统 - 为每个人提供所有必要的可再生电力和淡水。

该团队在麻省理工学院国际科学技术计划(MISTI)计划的支持下与以色列和约旦的同事合作,详细研究了中东可能的地点,因为丰富的淡水和持续的可再生能源可以帮助实现稳定。区域。IPHRO系统可能为稳定的经济增长奠定基础,提供当地就业机会和贸易机会,正如Slocum的文章中所假设的那样,IPHRO系统可能有助于减轻移民问题,这是这些机会的直接结果。

“考虑到欧洲每个难民的成本大约是每年25,000欧元,难民被同化需要几年的时间,建立在中东的IPHRO系统可以为新的社区和欧盟的贸易伙伴提供支持。这是世界考虑的一个非常好的选择,“Slocum说。“如果我们创造一个为人们提供清洁能源,水和工作的可持续系统,那么人们将为自己创造真正想要居住的新机会,世界可以成为一个更好的地方。”