CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：美國能源部（DOE）的太陽能技術(shù)辦公室（SETO）發(fā)起了一項(xiàng)新的獎(jiǎng)項(xiàng)競(jìng)賽，以幫助實(shí)現(xiàn)美國最近宣布的“水安全大挑戰(zhàn)”的目標(biāo)。

美國制造的挑戰(zhàn)：“太陽能海水淡化獎(jiǎng)（Solar Desal）”是一個(gè)多階段的獎(jiǎng)項(xiàng)競(jìng)賽，旨在加速開發(fā)低成本的海水淡化系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用太陽熱能來從鹽水中生產(chǎn)干凈的飲用水。比賽的每個(gè)階段將增加獎(jiǎng)金額，總計(jì)達(dá)數(shù)百萬美元。

“太陽能海水淡化獎(jiǎng)”分為四個(gè)階段，獎(jiǎng)金為900萬美元，另外提供100萬美元的支持，旨在加速采用太陽能熱發(fā)電的海水淡化系統(tǒng)的低成本發(fā)展，這些系統(tǒng)利用太陽熱能從中獲得清潔水。參賽者在競(jìng)賽的各個(gè)階段都將獲得現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)，成功測(cè)試和示范的、有前途的太陽能熱淡化系統(tǒng)原型最終將獲得100萬美元的大獎(jiǎng)。

該獎(jiǎng)項(xiàng)于2019年9月23日宣布，2020年4月28日啟動(dòng)。參賽者可以個(gè)人或團(tuán)隊(duì)的形式參加比賽，但所有晉級(jí)到第一階段的選手都必須組成團(tuán)隊(duì)。參賽選手包括私人公司、非營(yíng)利組織、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，學(xué)生和國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員。

2020年10月19日，主辦方宣布在162名申請(qǐng)者中，來自12個(gè)州的19名四分之一決賽入圍者被選入比賽的第二階段。他們是：

1、用于24小時(shí)太陽能海水淡化的儲(chǔ)熱

地點(diǎn)：加利福尼亞州阿卡迪亞

項(xiàng)目摘要：Element 16是一家小型公司，致力于開發(fā)基于硫的熱能存儲(chǔ)（TES）技術(shù)，以產(chǎn)生用于脫鹽的低壓蒸汽。硫的熔點(diǎn)低（105攝氏度），成本低（$80/噸）。通過使用低成本的圍護(hù)材料，該項(xiàng)目旨在將硫儲(chǔ)熱成本降低至每千瓦熱量15美元以下，并降低熱交換器成本，以使水的平均成本降低至每立方米0.50美元以下。

2、太陽熱強(qiáng)化蒸發(fā)

地點(diǎn)：明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯

項(xiàng)目摘要：明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員提出了一種加濕/除濕脫鹽系統(tǒng)，該系統(tǒng)可處理工業(yè)設(shè)施中的少量鹽水，這些鹽水可用于電鍍，將金屬涂覆到表面，進(jìn)行染色和采礦等工作。該項(xiàng)目將使用大型風(fēng)扇，蒸發(fā)器和熱泵驅(qū)動(dòng)的冷凝系統(tǒng)來管理與工業(yè)金屬混合的鹽水。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在工業(yè)上采購強(qiáng)制流式蒸發(fā)器和風(fēng)扇，以使水的平均成本不超過1美元/立方米。

3、NoAir：超真空間隙納米膜蒸餾

地點(diǎn)：佛羅里達(dá)州蓋恩斯維爾

項(xiàng)目摘要：由小型公司Focused Sun領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)團(tuán)隊(duì)提出了一種線性菲涅爾太陽能集熱器系統(tǒng)，該系統(tǒng)將為稱為熱蒸氣壓縮（TVC）的過程產(chǎn)生蒸汽，從而為該系統(tǒng)提供抽水動(dòng)力。鹽水將通過膜脫鹽（MD）系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱，然后再從TVC系統(tǒng)中加入鹽水，以進(jìn)一步脫鹽并回收水。該MD-TVC系統(tǒng)可在低壓下實(shí)現(xiàn)高能效，并且無需電即可用于處理從石油和天然氣提取中提取的水。

4、TSSE淡化高鹽鹽水

地點(diǎn)：加利福尼亞州圣巴巴拉

項(xiàng)目摘要：哥倫比亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)提出了一種使用溶劑的脫鹽技術(shù)，該溶劑在加熱時(shí)會(huì)吸收高鹽度水中的鹽水，并將其與淡水分離。給水溫度的升高將導(dǎo)致凈水漂浮在溶劑上方，從而能夠在隨后的循環(huán)中重新使用溶劑。與傳統(tǒng)的脫鹽系統(tǒng)不同，此方法具有很高的熱效率，因?yàn)樗恍枰舭l(fā)和冷凝。

5、基于吸附的ZLD技術(shù)

地點(diǎn)：密歇根州霍頓

項(xiàng)目摘要：來自密歇根理工大學(xué)橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和Artic Solar公司的一組研究人員提議在多效脫鹽系統(tǒng)（MED）上增加一個(gè)吸附-解吸系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)零液體排放（ZLD）。他們確定了一種可以從MED系統(tǒng)的鹽水中提取所有水蒸氣量的液體，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的、模塊化的ZLD處理。

6、ZLD便攜式石油/天然氣廢水處理

地點(diǎn)：俄勒岡州科瓦利斯

項(xiàng)目摘要：來自俄勒岡州立大學(xué)和密歇根州立大學(xué)的研究人員小組計(jì)劃推進(jìn)加濕-除濕工藝，該工藝可以從油氣提取產(chǎn)生的水中回收清潔水。一種新型的旋風(fēng)分離器，可以很容易地進(jìn)行小規(guī)模設(shè)計(jì)，便于攜帶，可以將鹽從潮濕的空氣中分離出來，并可以進(jìn)行處理。通過將濕空氣與固體鹽顆粒分離，該技術(shù)可能是實(shí)現(xiàn)零液體排放（ZLD）的經(jīng)濟(jì)有效的方法。該團(tuán)隊(duì)打算用集成了太陽能集熱系統(tǒng)的實(shí)際采出鹽水來示范他們的系統(tǒng)，并且每小時(shí)可以增加250公斤的規(guī)模。

7、正滲透-仿生工作

地點(diǎn)：加利福尼亞州羅納特公園

項(xiàng)目摘要：該團(tuán)隊(duì)的研究人員來自夏威夷自然能源實(shí)驗(yàn)室和Trevi Systems，這是一家開發(fā)新型正向滲透（FO）淡化技術(shù)的小公司，提議建立一個(gè)以太陽能集熱器為熱源的500立方米/天的FO系統(tǒng)。該團(tuán)隊(duì)將通過顯著提高吞吐量和降低系統(tǒng)的能源需求來推進(jìn)其FO牽引解決方案。

8、STREED-共振能量交換淡化

地點(diǎn)：德克薩斯州休斯頓

項(xiàng)目摘要：由萊斯大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于納米顆粒的高效，低維護(hù)的太陽能加熱膜蒸餾技術(shù)的原型。該小組計(jì)劃開發(fā)一種可商業(yè)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)使用螺旋纏繞式架構(gòu)來最大程度地減少工廠的物理足跡。

9、零排放多效吸附蒸餾器

地點(diǎn)：新澤西州特倫頓

項(xiàng)目摘要：GreenBlu將使用其多效吸附蒸餾技術(shù)開發(fā)零液體排放太陽能熱脫鹽系統(tǒng)的全廠原型，該系統(tǒng)可進(jìn)行礦物回收。與傳統(tǒng)的蒸餾技術(shù)相比，該概念具有更高的熱效率，并且需要更簡(jiǎn)單的操作和維護(hù)。

10、模塊化廉價(jià)的太陽能熱蒸發(fā)干燥系統(tǒng)

所在地：馬薩諸塞州安多佛

項(xiàng)目摘要：Physical Sciences公司建議在一個(gè)設(shè)備中集成低濃度太陽能吸熱器和多級(jí)閃蒸器，以降低投資成本。蒸發(fā)器通過組合多個(gè)蒸餾階段有效地蒸餾水，因此每個(gè)蒸發(fā)器都利用前一階段的熱量輸出。蒸發(fā)器在低溫下運(yùn)行，這允許使用低成本的圓柱形光學(xué)器件。該小組打算在圓柱管接收器內(nèi)建造一個(gè)20級(jí)多級(jí)閃蒸裝置，以生產(chǎn)100立方米/天的淡化水。

11、Solar Aqua Flex：離網(wǎng)太陽能蒸餾器

地點(diǎn)：田納西州納什維爾

項(xiàng)目摘要：由范德比爾特大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)團(tuán)隊(duì)將開發(fā)一種多級(jí)膜蒸餾系統(tǒng)，該系統(tǒng)由漂浮的，柔性的，分層的“墊子”制成，以淡化水。墊子具有無孔的吸熱頂層；蒸發(fā)的水層；餾出物層，其中蒸汽在通過膜后凝結(jié)而結(jié)露；給水層；導(dǎo)電層加熱給水。該概念具有模塊化和便攜式的潛力，并且比類似的現(xiàn)有系統(tǒng)具有更高的產(chǎn)量。

12、可管理鹽沉淀物的鹽濃度

地點(diǎn)：新澤西州合和

項(xiàng)目摘要：由AIL Research領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)團(tuán)隊(duì)提出了一種膜淡化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠處理極高鹽度的水，并利用回收的熱量預(yù)熱鹽水。膜將不必具有耐腐蝕性，因?yàn)槿菀壮恋淼碾x子（例如鎂和鈣）會(huì)在膜上方的鹽水槽中過飽和并結(jié)晶。管理鹽的沉淀并利用回收的熱量可以從高鹽度鹽水中回收更多的水。

13、城市太陽能海水淡化建筑

地點(diǎn)：馬里蘭州大學(xué)公園

項(xiàng)目摘要：由馬里蘭大學(xué)能源環(huán)境工程中心領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)將為城市地區(qū)開發(fā)一種垂直的，建筑物集成的海水淡化系統(tǒng)。太陽能集熱器將成為加熱系統(tǒng)中多級(jí)真空膜的能源。該概念具有在使用時(shí)非集中化海水淡化的潛力。

14、使用陶瓷膜的膜蒸餾

地點(diǎn)：斯托爾斯，CT

項(xiàng)目摘要：該團(tuán)隊(duì)由康涅狄格大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)，將整合由SETO資助的新開發(fā)的陶瓷膜技術(shù)與太陽能集熱器系統(tǒng)，以處理高鹽度或化學(xué)復(fù)雜的鹽水。陶瓷膜具有熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，使其能夠處理具有挑戰(zhàn)性的鹽水。

15、使用流動(dòng)的液珠模擬雨周期

地點(diǎn)：加利福尼亞州洛杉磯

項(xiàng)目摘要：該團(tuán)隊(duì)由來自加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的研究人員領(lǐng)導(dǎo)，正在開發(fā)一種加濕-除濕工藝，以降低制造高表面積組件的成本。通過在除濕過程中使用低成本的聚合物串結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊(duì)期望高鹽度水具有成本效益，能源效率的脫鹽能力。

16、從鹽水中提取可切換的溶劑水

地點(diǎn)：加利福尼亞州羅納特公園

項(xiàng)目摘要：由愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室和Trevi Systems的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種太陽能熱驅(qū)動(dòng)的液/液萃取工藝，該工藝可去除鹽水中的“硬”離子（如鈣和鎂），以進(jìn)行反滲透，這是傳統(tǒng)的脫鹽工藝。通過允許該方法在較寬的鹽水輸入條件下運(yùn)行，并且需要較少的維護(hù)以除去由硬離子引起的水垢，該方法可以提高反滲透的效率。

17、X-VAP：獨(dú)立蒸餾

地點(diǎn)：德克薩斯州休斯頓

項(xiàng)目摘要：卡茨水技術(shù)公司正在重新設(shè)計(jì)其獨(dú)立的緊湊型蒸餾系統(tǒng)，以使用太陽熱能代替天然氣。該系統(tǒng)在閉環(huán)熱交換器中蒸餾和分離純凈水。該技術(shù)有可能成為模塊化的便攜式系統(tǒng)，可以在需要時(shí)提供淡水。

18、CCR的LTDis技術(shù)

地點(diǎn)：德克薩斯州弗里斯科

項(xiàng)目摘要：Crystal Clearwater Resources正在開發(fā)其“LTDis”蒸發(fā)器技術(shù)，該技術(shù)可以利用太陽熱能來處理具有挑戰(zhàn)性的廢物流并實(shí)現(xiàn)零液體排放。該概念使用基于噴霧的蒸發(fā)和冷凝室，在傳統(tǒng)的多效淡化廠中用管子（用于冷凝和蒸發(fā)的表面）代替級(jí)臺(tái)。真空室內(nèi)噴霧的直接蒸發(fā)和冷凝消除了腐蝕問題，并降低了容器的尺寸和成本。

19、100%太陽跨臨界水脫鹽

地點(diǎn)：賓夕法尼亞州匹茲堡

項(xiàng)目摘要：Epiphany太陽能水系統(tǒng)公司開發(fā)了一種水脫鹽和結(jié)晶器裝置，該裝置利用太陽熱能通過充分提高溫度和壓力使水過渡到超臨界相（鹽不溶于其中）來使水脫鹽。完全集成的系統(tǒng)將使用太陽能集熱器提供的熱量，從超臨界水餾出物中回收熱量以提高效率，并使用結(jié)晶器從餾出物中分離鹽。與常規(guī)蒸餾技術(shù)相比，該技術(shù)具有更高的熱效率。

要參加比賽，參賽者必須提交他們關(guān)于太陽能熱淡化組件或系統(tǒng)原型的想法，以及實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的途徑。如果他們的想法被選中，參賽者將獲得50,000美元的現(xiàn)金；進(jìn)入第二階段后，需組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，對(duì)太陽能熱海水淡化系統(tǒng)的計(jì)劃進(jìn)行完善。

參賽說明

被選中進(jìn)入第三階段的團(tuán)隊(duì)將獲得25萬美元的現(xiàn)金和10萬美元的代金券，可以在國家實(shí)驗(yàn)室和/或合格的合作伙伴機(jī)構(gòu)兌換這些代金幣來設(shè)計(jì)他們的系統(tǒng)。在第三階段完成系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，團(tuán)隊(duì)還必須獲取構(gòu)建它們所需的許可和批準(zhǔn)文檔。

入圍比賽的第四階段和最后階段的團(tuán)隊(duì)將獲得750,000美元的現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)和另外100,000美元的代金券。然后，這些團(tuán)隊(duì)將構(gòu)建他們的系統(tǒng)，演示其操作并驗(yàn)證關(guān)鍵性能指標(biāo)。美國能源部將確定獲獎(jiǎng)?wù)撸@獎(jiǎng)?wù)邔@得100萬美元的現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)。

競(jìng)爭(zhēng)者可以利用行業(yè)專業(yè)知識(shí)，接觸投資者，通過美國專業(yè)網(wǎng)絡(luò)，國家實(shí)驗(yàn)室，孵化器，投資者和行業(yè)專家獲得指導(dǎo)和支持。該網(wǎng)絡(luò)還提供對(duì)本土能力資源的進(jìn)入資格，這將有助于加速其淡化系統(tǒng)原型的開發(fā)。

績(jī)效指標(biāo)

“太陽能海水淡化獎(jiǎng)”要求所有參賽選手提供其創(chuàng)新方案的性能指標(biāo)。參賽者應(yīng)計(jì)算水的均化成本，熱能消耗，資本成本，運(yùn)營(yíng)成本，回收率，年化太陽能脫鹽熱效率及其對(duì)環(huán)境的影響，并需要與最先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。

與現(xiàn)有技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的太陽能熱淡化的具體性能指標(biāo)取決于目標(biāo)市場(chǎng)（即市政供水系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)用途，工業(yè)用途，或凈化生產(chǎn)水）。因此，解決方案空間取決于競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)，適合使用的要求以及該市場(chǎng)空間中的成本驅(qū)動(dòng)因素。這些性能指標(biāo)將取決于項(xiàng)目范圍內(nèi)包括的設(shè)備。而水淡化通常會(huì)消耗處理過程中高鹽度水所需的大部分能量，參賽者應(yīng)在必要時(shí)考慮其他過程。

參賽者應(yīng)針對(duì)其完整的商業(yè)版本展示其性能指標(biāo)，包括除海水淡化子系統(tǒng)以外的所有設(shè)備在內(nèi)的創(chuàng)新技術(shù)——用于處理來自其最初的質(zhì)量滿足客戶要求的純度，以及廢水的處理和處置。對(duì)于創(chuàng)新的中試規(guī)模，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手應(yīng)僅針對(duì)技術(shù)提供性能指標(biāo)，并進(jìn)行示范，包括將使該概念可操作的海水淡化的任何設(shè)備（除海水淡化子系統(tǒng)以外）。

時(shí)間節(jié)點(diǎn)

創(chuàng)新：第一階段于2020年4月28日開放，并于2020年7月16日結(jié)束。入圍選手已于2020年10月19日宣布。

團(tuán)隊(duì)合作：第二階段于2020年10月19日開始，將于2021年1月12日結(jié)束。入圍團(tuán)隊(duì)將于2021年3月12日宣布。

設(shè)計(jì)：第三階段將于2021年3月12日開始，直到參賽選手完成其設(shè)計(jì)并獲得所需的文件后，該階段將不遲于2024年3月12日結(jié)束。

測(cè)試：第四階段也將于2021年3月12日開始。入圍者將有三年的時(shí)間提交其原型系統(tǒng)，以競(jìng)爭(zhēng)測(cè)試獎(jiǎng)。從2022年開始，三月的第二個(gè)星期一將對(duì)提交的測(cè)試獎(jiǎng)進(jìn)行評(píng)估。獲獎(jiǎng)?wù)邔⒃趯?duì)其新建的系統(tǒng)站點(diǎn)考察評(píng)估后確定。