核电站里的冷却塔水厂

2019-03-02 16:22:30 来源: 枣庄信息港

通过一种又简单又便宜的技术,缺水城市能够开辟获取珍贵水资源的新途径。

作者:大卫·C·魏格曼

克利帕·瓦拉纳西(Kripa Varanasi)是MIT的机械工程学副教授,对他这样的研究人员来说,类似南非开普敦(Cape Town)附近的大型核电站就像是一座等待开闸的喷水池。

发电功率1800兆瓦的库贝赫核电站(Koeberg Station)需要从附近的大西洋里取水完成其液冷循环。与其他工业设施一样,冷却塔是核电站蒸汽循环中固有的一部分。随着反应堆加热超纯水产生蒸汽来推动涡轮机发电,冷却塔内会生成一团云状蒸汽并上升,就像一杯热咖啡边缘慢慢腾起的水汽一样。

而开普敦——这个有超过四百万人口的城市——正在面临由2015年干旱引起的危机,可以预见快明年开普敦就会耗尽其可饮用水。瓦拉纳西为他简单易行的技术找到了用武之地。

瓦拉纳西和初创公司的同事们计划今年晚些时候在MIT的发电站中证明电站内的大部分的蒸汽可以被捕捉并转换为饮用水。他们预计这项技术就设备和耗能而言都是低成本的。

从水雾中捕捉液滴并不是一个新点子。已有的系统差不多都是沿着腾雾的路径布置门状的收集筛。但这些被动的收集系统只能收集很小的一部分水,只有水雾所带水量的1%到3%,瓦拉纳西说道。这是因为潮湿的空气流会带着珍贵的液滴四处乱飘,而不是径直穿过筛材料。

瓦拉纳西的MIT实验室提出的新方法是用一束小电子流电离空气,从而使得液滴能被吸附在筛上。一旦被捕捉到,

核电站里的冷却塔水厂

水就会流进实验室的烧杯或更大的水箱里。瓦拉纳西宣称,若在完整的系统下运行,这一方法是有效的、高产的,并且能在短短两年内回本。

“我们想要成为一家生产水的公司。”瓦拉纳西这么描述自己的初创公司Infinite Cooling。在瓦拉纳西与其合伙人的愿景中,工业冷却塔就像是一座农场,他们在其中劳动并收获水,否则这些水将白白流失。收集到的水可以被卖回核电站再利用。对像开普敦这样的缺水城市,这些蒸馏水也可以用于城市供水络或供给家用。

瓦拉纳西在MIT的工作关注于表界面纳米工程和涂层技术。他已经合伙创立了两家公司,其中LiquiGlide负责商业化超滑涂层,而DropWise负责商业化一种能提高核电站脱盐和冷却系统工作效率的先进涂层材料。

瓦拉纳西创立的公司Infinite Cooling正在筹集大约250万美元用于规模化集水技术,将该技术从实验室推向商业应用。

这一集水系统发表在6月8日的Science Advances杂志上。该文由瓦拉纳西和他的博士研究生马赫·达马克(Maher Damak)共同署名。他们同是Infinite Cooling公司的共同创始人。

瓦拉纳西和他的伙伴们指出,按照从江河湖海的取水量来看,电力行业是仅次于农业的第二大耗水行业。举例来说,一个发电功率600兆瓦的混合循环燃气热电站,在55%的发电容量下每年的耗水量相当于一个十万人城市,瓦拉纳西说道。

的确,大部分水都被用于“单程冷却”然后流回水源地。实际中,水从核电站的一头流入,流经冷凝装置和其他蒸汽循环的关键系统,然后从核电站的另一头流出。

冷却塔是这一过程中固有的一部分。在冷却塔内,穿过电站而被加热的水喷薄而出,通过蒸发带走热量。部分水变成可见的蒸汽从塔顶排入空气。蒸汽中液滴的平均直径可达10毫米,瓦拉纳西说道。这些液滴占冷却塔所排废气的20%到30%,类似于一杯热咖啡边缘飘出的“水汽”了。

瓦拉纳西实验室开发的技术能够在液滴飘走前捕捉到它们。该技术使用一束带电粒子电离富含液滴的蒸汽。带电的液滴会向捕捉筛靠拢,聚集在其中然后被收集和再利用。

捕捉液滴的“效率可达99%”,瓦拉纳西说。相对于在蒸汽路径上放置收集筛1%到3%的效率,这是一个很大的进步。

并且这一收集技术是低能耗的。以600兆瓦发电功率的混合循环电站作为参考,瓦拉纳西说采用电离技术捕捉1.5亿加仑水每年的花费大约只需要1万美元。他拒绝图透露具体的总费用,但是说整个系统能够在两年或三年内回本并且一直给他的公司带来可观的利润。

瓦拉纳西和他的同事将在MIT的中央公共电站(Central Utility Plant)测试系统的完全版。该电站是一个天然气热电混合电站,提供大部分的学校用电和冷暖气。这一系统将在今年秋天开始运行,计划测试不同种类的筛和支撑结构。

同时,Infinite Cooling正在进行融资。这家公司瞄准了类似开普敦库贝赫核电站的大型电站,着眼于解决缺水地区的饮用水问题。

关于作者

大卫·C·魏格曼是一名得到国际认可的分析师和,关注能源领域的问题、工程、可持续性与韧性。

本文观点仅代表作者,不代表《科学美国人》。

(翻译:常灏杰;审校:戴晨)

文章来源[IEEE Spectrum]:

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