综述：基于聚苯醚（PPO）的膜在海水淡化、能源和气体分离领域的进展

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《Desalination and Water Treatment》：Advances in poly(phenylene oxide) (PPO)-based membranes for desalination, energy, and gas separation

【字体：大中小】 时间：2025年10月03日 来源：Desalination and Water Treatment 1

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　　葡萄牙利用波浪能驱动海水淡化，分析了三个地区（阿尔布费拉、奥德米拉、波尔图桑托）的可行性，考虑了设备（CorPower C4和oCECO）的效率、成本及季节性挑战。CorPower C4在年成本（1.5-1.0欧元/立方米）上更具优势，但夏季需求导致成本激增，需通过规模化、技术改进及多能源协同降低成本。

　　葡萄牙作为一个沿海国家，其地理位置和波浪气候为利用波浪能提供了战略性的潜力。波浪能作为一种可再生能源，能够显著贡献于实现国家能源结构中设定的可再生能源目标，同时推动“蓝色”和可持续经济的发展。然而，随着国家内尤其是南方地区干旱和水资源短缺的频率和严重性增加，建设反渗透海水淡化装置的兴趣也在上升。由于海水淡化过程耗能较大，通过与波浪能发电场共置的方式实现海水淡化的脱碳化，被视为一种有前景的解决方案。本文对葡萄牙三个正在进行或即将进行海水淡化项目地点，评估了两种波浪能装置在不同场景下的经济潜力。

在评估过程中，考虑了海洋空间冲突、发电场效率、生存能力和运营限制，以及规模经济和学习率带来的收益，以分析能源成本和满足年用水需求所需的装置数量。研究发现，每个地点都有其独特的特征、机会和挑战，从波浪气候导致的停机到成本指标。总体来看，CorPower装置在年成本方面表现更优，其年均成本低至1.5 €/m3（阿尔布费拉和奥德米拉，位于阿尔加维地区）和1.0 €/m3（波尔图桑托，位于马德拉岛）。然而，夏季却证明是相当具有挑战性的，因为能源支出比年均值高出数倍，这直接影响了总水成本。即使在非常有利的规模经济和学习率情况下，当前的成本仍然未能与现有参考值竞争，但未来的技术发展可能会改变这一现状。本文的研究成果和数据来源可以用于其他共置海水淡化与波浪能的案例研究，因为每个评估场景都具有独特的、全面的特征。

在葡萄牙，水和能源需求的不断增长，以及气候变化带来的压力，使得水资源和能源的相互作用成为关注的焦点。这不仅挑战了多个可持续发展目标，也促使工程解决方案的开发，以应对水和能源供需的障碍。水资源短缺问题，如干旱、污染、基础设施不足和供需失衡，使得海水淡化成为解决这些问题的重要手段。同时，海水淡化对能源的需求也使得它成为探索可再生能源应用的关键领域。波浪能作为一种丰富但尚未充分开发的资源，具有极高的能量密度和可预测性，这使其成为与海水淡化共置的有力候选者。

葡萄牙的水资源分布存在明显的南北差异。北方地区通常有丰富的水资源，得益于较高的降水量、地下储水层和较大的河流流量，而南方地区则面临多重因素的挑战。阿尔加维和阿尔滕乔地区经常出现气象干旱，这促使政府和相关机构采取多种措施应对，如废水再利用和减少供水损失。尽管如此，海水淡化仍被提议作为解决南方地区水资源短缺问题的手段之一，特别是在农业和畜牧业高度依赖的区域，这些行业占该地区用水量的60%以上。2022年，葡萄牙全国范围内经历了几个月的干旱，其中40%的国土被归类为“严重”到“极端”干旱，这进一步凸显了水资源管理的紧迫性。

针对葡萄牙三个特定的海水淡化项目地点，本文分析了波浪能装置的可行性。通过与涉及这些案例研究的实体直接咨询，并结合相关文献研究，本文准备了所需的主要参数以进行后续的经济和技术评估。对于奥德米拉地区，由于缺乏具体信息，分析主要依赖于邻近的Sines地区，该地区被指定用于安装最多2 GW的海洋可再生能源（MRE）。通过分析这些地点的波浪资源和电力需求，本文确定了适用于每个地点的波浪能装置类型和数量。此外，还评估了海洋空间冲突的可能性，如与其他海洋活动和保护区的潜在冲突，以确保装置的可持续性和经济可行性。

在技术经济分析中，本文采用了一种基于实际案例研究的方法，以估算波浪能发电场的单位成本和年成本。通过优化波浪能装置的规模和数量，可以实现最低的能源成本，从而提升整体经济效益。对于阿尔加维地区的阿尔布费拉和奥德米拉，以及马德拉岛的波尔图桑托，研究结果显示，尽管波浪能装置的运行成本相对较高，但其在特定条件下的表现优于其他替代能源。例如，CorPower C4装置在较高的q因子（即波浪能利用效率）下表现出更优的经济性，这表明其在满足高用水需求的地点具有更好的成本效益。

此外，本文还分析了夏季对波浪能发电场的影响。夏季由于水需求增加和波浪能供应减少，成为最严峻的挑战之一。在夏季，能源支出大幅上升，导致总水成本增加。虽然规模经济和学习率可以降低装置成本，但在当前条件下，这些成本仍未能达到与传统能源来源竞争的水平。然而，随着技术的进步和装置规模的扩大，未来的成本可能会显著下降。

本文还探讨了波浪能与海水淡化共置的经济和技术前景。通过分析不同地点的波浪资源、装置类型和运营条件，研究发现，尽管波浪能装置在某些情况下具有成本优势，但整体而言，当前的经济模型仍然显示出一定的局限性。这表明，为了实现真正的成本竞争力，需要进一步的技术创新和规模经济。此外，波浪能装置的生存能力和运营限制也需要在设计和部署过程中加以考虑，例如设备的耐久性、维护和更换的可及性等。

在结论部分，本文指出，波浪能与海水淡化共置需要更多的技术发展和研究，以达到成本竞争力。尽管在某些情况下，如波尔图桑托这样的孤立地区，波浪能装置的经济性已经有所提升，但要使年均成本低于1.0 €/m3，还需要进一步的优化和改进。这包括提高装置的能源转换效率、降低资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX），以及探索更有效的能源存储和转移方式。对于阿尔布费拉这样的高用水需求地区，由于其相对受保护的地理位置，波浪能装置的部署可能需要更长期的投资和规划。

此外，本文还强调了对不同季节和天气窗口的分析。通过统计和概率方法，研究发现，夏季的极端天气条件对波浪能发电场的运行构成了重大挑战。而冬季则由于波浪能资源的增加，为装置的运行提供了更好的条件。这些发现对于未来的能源和水资源管理规划具有重要意义，可以帮助决策者更好地理解波浪能与海水淡化共置的潜力和限制。

最后，本文还指出，尽管波浪能作为一种可再生能源具有巨大的潜力，但其在实际应用中的成熟度仍低于太阳能和风能。这使得波浪能的经济性和技术可行性面临一定挑战。然而，通过政策支持、公私合作、技术研究和试点项目，波浪能行业可以逐步发展。此外，研究还建议，通过建立基准装置和开展小规模示范项目，可以降低投资风险，提高波浪能的市场竞争力。这些措施对于推动波浪能与海水淡化共置的进一步发展至关重要。

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