[发明专利]用于发电与处理水的设备和方法

说明书

本发明提供一种集成系统，为了实现将发电和水处理以及生物燃料生产结合的目的。该配置结合了互补的子系统，其中一个系统的输出被用来作为另一系统的输入，来创建一个有效地提高系统的效率和输出的正反馈机制。系统组件间的补偿机制创建了一个在能源与水生产中的自然的防护(hedge)，以抵御日光照射水平的暂时变化。本发明的第二个有益效果可以包括碳减排，地下水改善和土地再生。

本发明涉及一种用于发电和处理水的系统。

来自可再生能源的能量产生本身是有问题的，因为瞬态的供应经常与需求不同步。这种情况在电力生产中尤其严峻，因为储存电能通常是不可行的，而且需要能满足发电过程中的近乎瞬间的变化的高度变化的要求。与化石燃料(典型的如天然气)技术可以迅速在线投入使用不同，核能和可再生能源发电是相对稳定的，并且因此不能完成高峰时段的市场需求，除非在其他时间超容量供应。由于这个原因，在核工业广泛采用来自海水淡化的淡水的热电联产，以确保基本的负荷生产有效利用。备份能源通常设置在太阳能系统中，并且通常是化石燃料驱动或者利用昂贵的硝酸熔盐技术(molten nitrate salttechnologies)来存储过夜/峰值载荷使用的能源。

自然资源的地理位置差异也会限制可再生能源与化石燃料相比的潜力：太阳能本身是一种广泛的能源，在地表全球日照强度水平总和大概有89千兆(10¹⁵)瓦特，这足够满足全世界20000次的电量需求。气候干燥的赤道地区提供了太阳能最好的位置，日照具有最小的衰减以及很少或者没有大气湿度造成的光散射。

不幸的是这些区域也趋向于是具有低人口密度与低需求的沙漠、干旱或者半干旱地区。因此供应充足但需求很低。

连接荒凉地区与需求旺盛地区的资本密集型的大范围传输的基础设施的缺乏，是实现太阳能的潜力的重大障碍。虽然有关于建设撒哈拉和塔尔沙漠的大规模系统的一些讨论，但是很可能这样的成本将在其他方面排除了在最好的位置建设小规模系统的可能。

此外，在世界的许多干旱和半干旱地区降水量不足以满足农业生产的需要。在这些地区农民必须依赖淡水的次要来源。在印度许多的州，为了人类消耗与农业，地下水的广泛和密集利用已经导致地下水位迅速下降。在北部各州如古吉拉特邦中，水位被认为在过去的15年内已经降低了26％，并且在一些区域，如马赫萨那县的水位正以每年0.91m到6.02m的速率下降。

随着水位回落，水质也在恶化，在古吉拉特邦估计有27％的村庄存在与地下水含过量的氟化物和硝酸盐的问题，而这些地下水是该地区饮用水的主要来源。除了对人类健康造成的后果，灌溉用水中高水平的盐度给植物系统施加压力，影响作物产量和土壤渗透性。

海水淡化越来越被视为全球水资源问题的一个可行的解决方案，并且全球的生产能力在1994年到2004年之间以多于双倍的速度增长，从每天1230万立方米到3560万立方米，来满足这一需求。这些工厂通常是由化石燃料提供动力，除非找到替代品，否则将会对温室气体的排放有越来越大的影响。反渗透(RO)由于其生产的高速率被看成是一项具有竞争力的技术，但是需要相对大量的电力来使被污染的水被驱动通过半透膜。相比之下多级闪蒸(MSF)和多效蒸馏(MED)可以配置在热电联产的工厂，来利用电力系统的余热，因此，似乎反渗透的碳足迹(carbon footprint)相比起来不会有利。

另外海水反渗透在农业中的使用可能被限制，因为产出物包含相对高浓度的硼。在世界最大的反渗透工厂以色列的阿什克伦Ashkelon，用于灌溉水的尝试已经表明反渗透单元的2mg/升的浓度对除了最有耐药力的作物外的所有作物是有毒的。虽然可以采用除硼技术，但可能大幅增加生产成本。

本发明旨在解决这些问题。

根据本发明的第一个方面，此处提供了发电和水处理设备，包括：

i)用于太阳能发电的装置；

ii)用于从生物燃料发电的装置；

iii)用于处理水的装置；