Geconcentreerde zonne-energie ontzilt zeewater

15-07-2018   |   Uitdagingen en potentiële voordelen van CSP voor zoet water

De tekorten aan zoet water nemen naar verwachting toe in onze warmere en drukkere toekomst. Al 150 landen ontzilten zeewater met fossiele brandstoffen. Maar het leveren van een steeds toenemende basisbehoefte met niet-hernieuwbare brandstoffen creëert een groeiende bedreiging, volgens Dr. Diego-César Alarcón-Padilla, die SolarPACES-taak VI leidt bij de zonne-ontziltingsinstallatie bij Plataforma Solar de Almería (PSA). (55 woorden)

"Vandaag is er geen ontziltingsinstallatie met grote capaciteit die met hernieuwbare energie werkt", zei Dr. Alarcón-Padilla. "Er is geen." "Met ontzilting introduceren we een  nieuwe consument van energie. Met de klimaatverandering en de toename van de menselijke bevolking en de besmetting van de huidige waterbronnen hebben we jaar na jaar steeds meer zoet water nodig, "zei hij. "Ontzilting heeft energie nodig. En vandaag zijn we al in de limiet in het gebruik van fossiele bronnen, alleen voor de terugkerende vraag. Als we serieus zijn om onze afspraken in Parijs na te komen en de temperatuur van de planeet op 2 ° C te houden, moeten we ontzouten met schone energie. " Met 16.000 ontziltingsinstallaties over de hele wereld en een verwachte 15% hogere ontzilting naar mate de wereld warmer wordt, is een beleid nodig om zonne-ontzilting te stimuleren. Dr. Alarcón-Padilla gelooft dat de ontziltingsindustrie niet zal veranderen zonder een beleidsbepaler. 

Leer van hernieuwbaar beleid 

Het vergde wetgeving om eerst hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind op elektriciteitsnetten te plaatsen. Regelgevers begonnen generatoren verplicht te stellen om hernieuwbare energie in het begin van de 21e eeuw op te nemen. Mandaten en subsidies hebben de overstap in gang gezet.
Om nu hernieuwbare ontzilting te ontwikkelen, stelt dr. Alarcón-Padilla voor om een vergelijkbaar beleid aan te nemen. "We hebben iets nodig als een premie per kubieke meter water geproduceerd door deze zonne-ontziltingsinstallatie, of een garantie van de staat dat ze elke kubieke meter "schoon" water zullen gaan kopen die het publiek nodig heeft. Net zoals we een feed in tarief hadden voor elektriciteit geproduceerd door hernieuwbare energiecentrales hier in Spanje."
Tegen de huidige prijzen, en afhankelijk van regionale verschillen, schat hij dat CSP (geconcentreerde zonne-energie) zoet water uit Ontzilting met omgekeerde osmose zou kunnen leveren tegen ongeveer 80 cent USD per kubieke meter, ongeveer 30 cent meer dan ontzilting op basis van fossiele brandstoffen.

Toen het beleid eenmaal werkte, werden duurzame projecten ingezet en ontwikkelden zich supply chains. Hernieuwbare prijzen daalden. Veel regelgevers hebben nu doelen gesteld voor volledige decarbonisatie in 2050. Wat riskant leek, bleek aanvankelijk niet zo moeilijk. In veel regio's zijn zon en wind nu de opties met laagste prijs. Hetzelfde kan gebeuren bij hernieuwbare ontzilting: "Omdat we dan zullen beginnen met de ervaring te hebben en te leren omgaan met variabele zonne-energiebronnen met ontzilting. Dan zouden we beginnen met de zonne-ontziltingsinstallaties met grote capaciteit die we nodig hebben."20180715 RO installaatie.jpg

Omgekeerde osmose. Credit: USMarine Corps Base Camp Pendleton

Waarom ontzilting een conservatieve industrie is
Ontzilting begon in de jaren 1950 in het uitgedroogde Midden-Oosten, met thermische ontziltingstechnologieën aangedreven door overvloedige fossiele energie. "Saoedi-Arabië en Koeweit en Bahrein; al hun water komt van ontzilting. Ze hebben maar een paar dagen water zonder, dus ze kunnen het zich niet permitteren om risico's te nemen, "legde hij uit. "Je kunt je voorstellen dat deze industrie erg conservatief is, waar de waterreserves erg laag zijn. De bevolking groeit jaar na jaar in de Arabische landen. En de zoetwatervoorraad groeit niet: ze kunnen niet de luxe hebben van falen bij het implementeren van een ontziltingsinstallatie." De Arabische Golf is een afgesloten zee, zonder toevoer van zoetwaterrivieren, en hoge temperaturen verhogen de verdamping, waardoor zowel het zoutgehalte als de temperatuur toenemen. Thermische ontzilting is een bewezen technologie die goed geschikt is voor de barre omstandigheden in de Golf, maar vanuit een energetisch oogpunt is het vrij inefficiënt in vergelijking met de meer wijdverbreide Omgekeerde Osmose van vandaag. Maar dergelijk "moeilijk" zeewater kan de membranen beschadigen en een omgekeerde osmosefabriek stoppen: "Dus ze zullen thermische ontziltingstechnologieën niet volledig verlaten. Ze willen beide hebben."

Wanneer thermische ontzilting combineren met CSP
Aanvankelijk werd thermische zonne-energie voorgesteld als het best geschikt voor thermische ontziltingsprocessen, die in hoofdzaak warmte gebruiken om water te verdampen. De warmte voor thermische ontzilting bevindt zich echter noodzakelijkerwijs op de plaats van de ontziltingsinstallatie, wat een uitdaging vormt. "Er zijn twee problemen met op CSP gebaseerde warmtekrachtkoppelingsinstallaties voor gelijktijdige opwekking van elektriciteit en thermische ontzilting van zeewater: zoutluchtcorrosie, en dat DNI aan de kust niet zo goed is als het binnenland. Dus er is een boete in kosten voor elektriciteit en zoet water. De beste optie voor dit scenario is om de CSP-fabriek landinwaarts te plaatsen, weg van de zoutachtige omgevingseffecten en de omgekeerde osmosefabriek aan de kust," merkte hij op. Elektriciteit voor omgekeerde osmose kan van een afstand worden overgedragen, maar warmte voor thermische ontzilting niet. In dit geval lijkt CSP dus beter te combineren met omgekeerde osmose, wanneer zeewateromstandigheden het gebruik van deze technologie zonder problemen mogelijk maken.
Voor CSP-warmtekrachtkoppelingsinstallaties wordt thermische ontzilting gevoed door de restwarmte die beschikbaar is aan de uitlaat van de stoomturbine. De haalbaarheid van deze optie versus de gescheiden productie van elektriciteit en ontzilt water (met gebruikmaking van een deel van die elektriciteit) hangt af van aantal factoren, waaronder de mogelijkheid bij lagere temperaturen (lage temperatuur MED) te kunnen werken. In de laatste jaren wordt er veel onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van nieuwe warmtewisselings-oppervlakken op basis van polymere materialen voor thermische distillatie-installaties. Dergelijke ontwikkelingen kunnen de impact van de investeringskosten op de uiteindelijke kosten van het zoete water aanzienlijk verminderen.
In het geval van stand-alone ontziltingsinstallaties voor zonne-energie is CSP de beste optie om de thermische energie een gemiddelde temperatuur te leveren die vereist is voor hoog-efficiënte configuraties: multi-effect destillatie met thermocompressie, multi-effect destillatie gekoppeld aan absorptiewarmtepompen en nanofiltratie + multi distillatie.

Waarom CSP beter te koppelen is aan ontzilting met omgekeerde osmose (RO)
De huidige overheersende ontziltingstechnologie maakt gebruik van een proces waarbij alleen elektriciteit wordt gebruikt, waardoor de klok rond stroom wordt geleverd om water door een reeks membranen te pompen om het zoete water via omgekeerde osmose (RO) te extraheren. "In de meeste landen, voor ontziltingstoepassingen op industriële schaal, zou een CSP-installatie gekoppeld aan een RO-installatie die elektriciteit gebruikt voor de elektriciteitscentrale een betere optie zijn dan koppeling met thermische ontzilting," merkte hij op. "RO is efficiënter als je "niet-moeilijk" water hebt, zoals in de Middellandse Zee, in Noord-Afrika en zelfs in de Rode Zee, waar het zoutgehalte iets hoger is," zei hij. "Bijvoorbeeld in de Middellandse Zee is het zoutgehalte slechts 35 gram per liter (g / L) en je hebt niet het probleem van veranderende omstandigheden die de membranen kunnen beschadigen."

CSP + -opslag = 100% ontzilting van de zon
Alarcón-Padilla beweert dat de enige echt 100% zonne-ontzilting is met CSP, vanwege het vermogen ervan om vaste energie te leveren voor lange duur met thermische energieopslag (TES). Onder verwijzing naar de recent aangekondigde Metito-fabriek in Saoedi-Arabië, naar verluidt aangedreven door fotovoltaïsche zonnepanelen, merkte hij op dat als de nacht valt de installatie overschakelt op netstroom. "Voor mij is dit geen ontzilting met de zon", zei hij. "Echte ontzilting via de zon is wanneer je voor de uitdaging staat om om te gaan met een variabele energiebron zoals zonne-energie. CSP kan een heel vlak profiel leveren. Het heeft een voordeel vanwege de verzendbaarheid." "PV ziet er in principe goedkoper uit, maar je hebt het probleem van geen verzendbaarheid. De energielevering is niet vlak. Het is de hele dag variabel. Bovendien heeft PV geen goedkope opslagruimte beschikbaar voor grote capaciteit. "Ontzilting kan niet worden uitgeschakeld als er wolken voorbijgaan, wees hij erop." CSP met opslag helpt ook financieel: "U wilt de RO-installatie het maximale aantal uren laten werken om de impact van de investeringskosten en de uiteindelijke kosten van het water te verminderen." Maar er is meer dan één soort opslag. Naast de thermische opslag van CSP opslaan in zoet water, waardoor de winstgevendheid toeneemt. "Het opslaan van energie is erg duur, maar water opslaan - gewoon in een normale watertank - is erg goedkoop," merkt Alarcon-Padilla op. "Wanneer de vraag naar elektriciteit laag is, kunt u de ontziltingsmodules in gebruik nemen om meer zoet water te produceren."

 Naar SolarPACES voor het originele artikel lees hier

Lees ook DOE Awards $21M in Grants to Cut Costs of Concentrated Solar Power Desalination 

 

 



« Terug naar nieuwsoverzicht