آب شیرین کن خورشیدی

آب شیرین کن خورشیدی چیست؟

در کره زمین نقش آب به‌خصوص آب شیرین برای ادامه زندگی موجودات بسیار با اهمیت است. با توجه به اهمیت این مسئله نمک‌زدایی آب شور امری مهم است. آب شیرین کن خورشیدی در این راستا بسیار کارآمد است. این دستگاه می‌تواند عوامل بیماری‌زا، نمک‌ها، فلزات سنگین و غیره را از آب شور جدا کند.

شرکت مهندسین پیور آکوا با به‌کارگیری دانش روز و مهندسین متخصص آمادگی ارائه خدمات مشاوره، طراحی و تولید تجهیزات تصفیه آب و آب شیرین کن RO پیش ساخته را دارد.

اهمیت آب شیرین کن خورشیدی

از حدود ۲۲ میلیون متر مکعب آب شیرین تولید شده روزانه از طریق فرایندهای نمک‌زدایی توسط آب شیرین کن صنعتی RO در سراسر جهان، کمتر از ۱٪ با استفاده از انرژی خورشیدی تولید می‌شود. روش‌های رایج نمک‌زدایی، MSF و RO، انرژی‌بر هستند و به‌شدت به سوخت‌های فسیلی متکی هستند. به‌دلیل ارزان بودن روش‌های آب شیرین کردن و منابع انرژی فراوان کم هزینه، تا این زمان تقطیر خورشیدی را روشی پرهزینه و غیرعملی ارزیابی کرده‌اند.

تخمین زده می‌شود که نیروگاه‌های آب شیرین کن صنعتی که از سوخت‌های معمولی تأمین می‌شوند معادل ۲۰۳ میلیون تن سوخت در سال مصرف می‌کنند. با نزدیک شدن یا عبور از پیک تولید نفت و با کاهش منابع، قیمت سوخت‌های فسیلی افزایش می‌یابد. در نتیجه انرژی خورشیدی به گزینه جذاب‌تری برای دستیابی به آب شیرین و داشتن آب شیرین کن صنعتی بر این مبنا تبدیل خواهد شد.

آب شیرین کن صنعتی خورشیدی مستقیم (تقطیر)

در این روش یک تقطیرکننده خورشیدی با بهره‌گیری از مکانیزم تقطیر همراه می‌شود. این فرایند در یک چرخه ساده انجام می‌شود. تولید آب به‌روش مستقیم تقطیر خورشیدی متناسب با سطح خورشید و زاویه تابش آن است. میزان گرمای تابیده شده توسط خورشید به این دو فاکتور وابسته است.

آب شیرین کن صنعتی به روش تقطیر، دارای قابلیت نمک‌زدایی است. مقدار متوسط ​​تخمینی نمک‌زدایی ۳-۴ لیتر در متر مربع (۰.۰۷۴-۰.۰۹۸ لیتر در متر مربع در ایالات متحده) است. با توجه به ارتباط بین انرژی و هزینه و میزان آب شیرین تولید شده، آب شیرین کن صنعتی به روش تقطیر برای میزان آب زیاد، استفاده نمی‌شود. این آب شیرین کن برای برنامه‌های آب شیرین کنی با ظرفیت تولید کمتر از ۲۰۰ متر مکعب در روز (۵۳۰۰۰ گالن در روز) مناسب است.

دستگاه آب شیرین کن صنعتی خورشیدی غیرمستقیم

آب شیرین کن صنعتی خورشیدی غیرمستقیم از دو سیستم جداگانه استفاده می‌کند. یک سیستم جمع‌آوری خورشیدی، متشکل از جمع‌کننده‌های پرتوهای خورشیدی که این پرتو ها را متمرکز می‌کند و مبتنی بر سیستم فتو ولتائیک و مایع و یک دستگاه آب شیرین کن معمولی جداگانه است. آب شیرین کن صنعتی با روش غیرمستقیم به کارایی برنامه آب شیرین کنی بستگی دارد و هزینه واحد تولید شده به‌طور کلی با افزایش مقیاس کاهش می‌یابد.

بسیاری از سیستم‌های مختلف برنامه تصفیه آب خورشیدی به‌صورت نظری مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند و آزمایشات مناسبی بر روی آن‌ها انجام می‌شود. در برخی موارد نیز اجازه نصب آن‌ها صادر شده است و شامل واحدهایی از جمله رطوبت‌دهی چند اثر (MEH)، تقطیر چند مرحله‌ای فلاش (MSF)، تقطیر چند اثر (MED)، جوشاندن چند اثر (MEB)، رطوبت‌زدایی (HDH)، اسمز معکوس ( RO)، و تقطیر با کمک یخ است.

سیستم‌های آب شیرین کن صنعتی غیرمستقیم با استفاده از پانل‌های فتو ولتائیک (PV) و اسمز معکوس (RO) از سال ۲۰۰۹ به‌صورت تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. میزان تولید تا سال ۲۰۱۳ تا ۱۶۰۰ لیتر (۴۲۰ گالن آمریکا) در ساعت در هر سیستم و ۲۰۰ لیتر (۵۳ ایالات متحده) است. سیستم‌های آب شیرین کن در مقیاس یک شهر برنامه‌ریزی شده‌اند.

از سال ۲۰۱۰ این روش آب شیرین کن صنعتی به آتل در اقیانوس آرام عرضه شد. آب شیرین کن خورشیدی غیرمستقیم با نوعی مرطوب‌سازی/رطوبت‌زدایی در تصفیه‌خانه آب دریا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع آب شیرین کن صنعتی

دو روش اصلی برای دستیابی به نمک‌زدایی با استفاده از انرژی خورشیدی، وجود دارد. یکی از این روش‌ها تغییر فاز توسط ورودی حرارتی و دیگری در یک فاز از روش جداسازی مکانیکی است.  تغییر فاز یا چند فاز را می‌توان با تقطیر مستقیم یا غیرمستقیم خورشیدی انجام داد. نمک‌زدایی تک فاز در یک واحد نمک‌زدایی با انرژی خورشیدی که از سلول‌های فتو ولتائیک که برای تولید پمپ‌ها الکتریسیته استفاده می‌کند، انجام می‌شود.

روش‌های تجربی وجود دارد که با استفاده از مجموعه حرارتی خورشیدی برای تأمین این انرژی مکانیکی کمک گرفته می‌شود. شرکت سازه‌های آبی با برند پیورآکوا، این امکان را فراهم کرده است تا علاوه بر مطالعات مقالات برای اطلاع از سیستم‌های آب شیرین کن صنعتی، بتوانید با متخصصان این شرکت نیز صحبت کنید و اطلاعات مورد نیاز را از آن‌ها دریافت کنید.

نمک‌زدایی خورشیدی تک فاز

در نمک‌زدایی غیر مستقیم یا (آب شیرین کن تک فاز)، دو سیستم مختلف تکنولوژیکی با هم ترکیب می‌شوند:

• سیستم جمع‌آوری انرژی خورشیدی (به‌عنوان مثال از طریق استفاده از پانل‌های فتو ولتائیک)
• سیستم نمک‌زدایی اثبات شده مانند اسمز معکوس (RO)

اسمز معکوس خورشیدی

در سیستم‌های نمک‌زدایی اسمز معکوس، فشار آب دریا بالاتر از فشار اسمزی طبیعی افزایش می‌یابد و آب خالص را از طریق منافذ غشایی به سمت آب شیرین منتقل می‌کند. اسمز معکوس به‌دلیل بهره‌وری انرژی برتر نسبت به سیستم‌های نمک‌زدایی حرارتی، علی‌رغم نیاز به پیش تصفیه آب، متداول‌ترین فرایند نمک‌زدایی در سطح جهان است. هم‌چنین بخشی از انرژی مکانیکی مصرف شده را می‌توان از پساب نمکی غلیظ با دستگاه بازیابی انرژی بازیابی کرد.

نمک زدایی RO برای تصفیه آب صنعتی با انرژی خورشیدی به‌دلیل مدولار بودن و مقیاس‌پذیری هر دو سیستم فتو ولتائیک (PV) و RO در تصفیه‌خانه‌های نمایشی معمول است. تجزیه و تحلیل دقیق اقتصادی و یک استراتژی بهینه‌سازی کامل از سیستم آب شیرین کن صنعتی RO یا PV با نتایج مطلوب گزارش شده انجام شده است. ملاحظات اقتصادی، قابلیت اطمینان چالش‌های اصلی بهبود سیستم‌های آب شیرین کن RO با سیستم PV است. با این حال، کاهش سریع پنل PV باعث می‌شود که نمک‌زدایی با انرژی خورشیدی عملی‌تر شود.

این نوع سیستم‌ها (PV-RO) تابش خورشید را به برق با جریان مستقیم (DC) تبدیل و انرژی مورد نیاز واحد RO را تأمین می‌کند. ماهیت متناوب نور خورشید و شدت متغیر آن در طول روز پیش‌بینی کارایی PV را دشوار و نمک‌زدایی آب شیرین کن صنعتی خورشیدی را در طول شب به چالش می‌کشد. برای این امر چندین راه‌حل وجود دارد. به‌عنوان مثال، باتری‌هایی که انرژی خورشیدی را در طول روز ذخیره و انرژی لازم برای نمک‌زدایی را در ساعات بدون نور خورشید تأمین می‌کنند. جدا از استفاده از باتری‌های معمولی، روش‌های دیگری برای ذخیره انرژی خورشیدی وجود دارد. به‌عنوان مثال، سیستم‌های ذخیره انرژی گرمایی این مشکل ذخیره را برطرف می‌کنند و عملکرد ثابت را حتی در ساعات بدون آفتاب و روزهای ابری نیز تضمین می‌کنند.

قیمت آب شیرین کن خورشیدی

این دو سیستم در آب شیرین کن تک فاز ترکیب می‌شوند. فرایندهای اصلی آب شیرین کن صنعتی تک فاز یا غشا، از آب شیرین کن اسمز معکوس (RO) و الکترودیالیز (ED) تشکیل شده است. نمک‌زدایی تک فاز خورشیدی عمدتاً با استفاده از سلول‌های فتو ولتائیک تولید برق است. این سیستم برای هدایت پمپ‌های مورداستفاده برای نمک‌زدایی اسمز معکوس انجام می‌شود.

تاریخچه استفاده و قیمت آب شیرین کن صنعتی خورشیدی

  روش‌های تقطیر خورشیدی برای هزاران سال توسط بشر مورد استفاده بوده است. از دریانوردان یونانی تا کیمیاگران ایرانی، از این فناوری برای تولید آب شیرین و مواد معطر دارویی استفاده می‌کردند.

در سال ۱۸۷۰ اولین حق ثبت اختراع ایالات متحده برای دستگاه تقطیر خورشیدی به نورمن ویلر و والتون ایوانز اعطا شد. دو سال بعد، در لاس سالیناس و شیلی، مهندس سوئدی، چارلز ویلسون، ساخت یک کارخانه تقطیر با روش آب شیرین کن صنعتی خورشیدی به روش مستقیم را برای تأمین آب شیرین برای کارگران معدن‌ها آغاز کرد. 

زمانی که کنگره قانون تبدیل آب شور به آب شیرین را تصویب کرد، به‌موجب این قرارداد دفتر آب شور (OSW) در سال ۱۹۵۵ احداث شد. وظیفه اصلی OSW اداره بودجه برای تحقیق و توسعه پروژه‌های شیرین‌سازی آب بود.

در دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ چندین نیروگاه تقطیر خورشیدی مدرن در جزایر یونان با ظرفیت‌های ۲۰۰۰ تا ۸۵۰۰ متر مکعب در روز ساخته شد. در سال ۱۹۸۴ یک کارخانه MED در ابوظبی با ظرفیت ۱۲۰ متر مکعب در روز احداث شد و هنوز در حال کار است. در ایتالیا نیز، یک طرح منبع باز به نام “Eliodomestico” توسط گابریل دیامنتی برای استفاده شخصی با قیمت مصالح ساختمانی ساخته شد.  

امروزه بیش از ۱۵۰۰۰ تصفیه خانه آب در سراسر جهان وجود دارد. تقریباً ۷۰٪ آن ها از روش اسمز معکوس RO استفاده می کنند. این امر باعث می شود که فرآیند های آب شیرین کن اسمز معکوس ۴۴ RO ٪ ظرفیت آب شیرین‌کنی در سطح بین المللی داشته باشد. با این حال، روش های تجربی جایگزین در حال تحقیق و بررسی هستند. آن‌ها از مجموعه حرارتی خورشیدی برای تأمین انرژی مکانیکی و هدایت روند اسمز معکوس استفاده می کنند.