太阳能为热源，美国石油工业初创公司海水淡化技术线路变更
在美国石油公司——埃克森美孚（Exxon Mobil）担任专利律师的10年时间里，Gary Katz于2016年创立Katz Water Technologies（卡茨水技术公司）并启动离网海水淡化项目，最初倾向于利用油井中燃烧气体来净化“产出水”。
然而，Katz在德克萨斯州的一次电话中向SolarPACES记者表示：石油和天然气生产基地非常需要净化水，而且有相当多的废弃的天然气还可以用来取暖。但是，美国能源部（DOE）在推出太阳能海水淡化创新的征求意见书（RFP）时，让我意识到这种技术路线可以改变。已经成立4年的初创企业Katz Water Technologies团队赢得了DOE逐步颁发的一系列奖项的前两个阶段，以开发其离网淡化的利用集中式太阳能（CST）的版本。
“这是一场多阶段的价格竞争。在第一轮中，我们获得了5万美元的现金奖励，这使我们能够构建原型样机，第二轮我们获得了25万美元的现金奖励。有了这些资金，我们已经并将继续大力推进这项技术。下一阶段，我们正在准备一个可行性的项目方案，如果美国国家发展部接受它，我们将得到75万美元的奖金。
工业废热是很难卖的
在最初的可再生能源海水淡化申请中，创业公司提到了太阳热能，但实际上Katz最初认为工业废热能是理想的来源。但他遗憾地指出：“作为一家初创公司，我们必须转向市场所支持的方向，尽管从理论上讲，运行净化系统的工业废热能是免费的，但我们接触的工业工厂并不太希望让我们在现场测试这个想法。”
在许多工业应用中，如石化精炼、化学品和采矿业，所产生的废热能足以净化水。问题是，要说服这些工业工厂允许我们改造或修改他们的热交换器，当然这个改造过程可能是昂贵的，这取决于量的大小。虽然这不是一件容易的事，工厂业主也没有表现出足够的兴趣，但我没有放弃这个设想。目前我们更加渴望能应用这项技术的市场。他补充道。
Katz Water Technologies前两年运营中，开发了一种由喇叭气体驱动的离网海水淡化技术，因为石油和天然气客户比工业公司更愿意与他们合作，因此，我们开发了一个系统，可以在油气井站点运行天然气以净化受污染的水，生产高质量的淡水。
因为美国能源部的这一奖项，Katz目前正在开发新的太阳能系统——利用集中式太阳热能技术进行脱盐，可以应用于没有天然气的油井的某些偏远地区。据他们了解，太阳能海水淡化装置不仅环保，而且可以缓解向偏远地区运送燃料的后勤需求。我们希望在明年某个时候建成每天一百立方米的太阳能海水淡化厂，然后转型成为我们的第一个商用太阳能产品。
农业海水淡化市场规模较大
在此过程中，Katz还发现了一个更大的市场——农业海水淡化，甚至净化水，以达到人类可以直接饮用的水。
“即使在美国，也存在着偏远的农村，那里的水源正在受到损害，地表水和地下水要么被污染，要么盐水侵入，因此不能用于农业生产。通常，这些偏远的农场和牧场无法获得电力或天然气。而不选择反渗透海水淡化，也是因为用电原因。”他指出，“而另一个市场，则是位于偏远地区的军事活动和人道主义组织区域，那里的水不适合饮用，因此他们要么必须在基地上大量供水，要么运用重型喷气燃料的发电机发电，以运行反渗透工厂。因此，一个离网工作的太阳热能驱动的海水淡化系统，对于缓解远程作业有巨大的价值。”
由于最初的设计，是使用化石燃料作为热能，因此满足美国能源部奖励要求的唯一变化是，将热源转换为太阳能。
Katz解释道："我们获得专利的改进是，在热交换器内进行蒸馏（包括传热、蒸馏和分离）的能力；而过去，换热器需要多个设备和工艺步骤，这意味着更多的成本和更多的能源运行。但是，通过我们的简化系统，我们只需一台设备，即可在 12 秒内将水中溶解的污染物清除 99% 以上。因此，我们可以采取一些污染最严重的水，并将其转化为淡水质量，非常快。”
作为一名专利律师和企业家，Katz 在评估技术方面有 20 年的经验，因此， Katz 将太阳能集热器供应商外包给 Rackam Group，该集团已在美国、加拿大、巴西和西班牙部署了太阳能集热器模块。他明白，自己没有太阳能研发的背景，采购太阳能集热器将是其海水淡化初创公司的明智解决方案。
预计下个月，Katz采购的Rackam 开发的10kWth、20英尺双轴太阳能槽式集热器即可交付，这样他们就可以用他们的核心海水淡化技术测试整个系统，利用太阳能集热器将水加热到250℃进行热海水淡化。
“Heat2Hydro合并后，组建了更大的Rackam集团，” Heat2Hydro公司首席技术官Angelo Chialva解释道，他的太阳能热工程背景可以追溯到十多年前在美国太阳能热发电（CSP ）产品组合以及南美洲工作的经验。
Chialva希望在NREL的帮助下将其性能数据公开，以解决性能数据不足的问题。他认为，对各种太阳能热元件进行验证测试至关重要，这给潜在客户和供应商带来了确定性。因此，为揭开美国公司技术的神秘面纱，Rackam计划通过与科罗拉多州NREL的持续CST工作关系，公开自己的结果（无论好坏）。
Chialva表示，我们在这里可以汲取以往的经验教训，并为客户提供最好的技术。Heat2Hydro已根据早期学习成果缩小了范围，在此过程中放弃了两个早期系统版本，转而获得了效率达到70％的系统，而且成本更低。因此，他们现在可以用不到3年的回收来满足30年的使用寿命。
Chialva坚信，海水淡化等工业热应用是除发电外，利用集中式太阳能热利用技术的更好方法。与需要大量初始资本投资为数百万美元的系统不同，利用太阳能进行像Katz WaterTechnologies这样的水回收应用，将是太阳能热的下一个大用途。（作者/Susan Kraemer 图/Heat2Hydro/Rackam 编译/董清风 杜凤丽）
2021中国太阳能热发电大会8月18-20日 浙江｜湖州点击下方【阅读原文】即可在线注册
推荐阅读
◎ 关于召开2021中国太阳能热发电大会的通知◎ 欣旺能源－长和热电15MW高温高压技改项目，节能效果达到设计要求◎ 《太阳能热发电熔盐腐蚀性测试与评估方法》联盟标准发布