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《Desalination and Water Treatment》：Hierarchical nanostructured loose nanofiltration membranes: Polyethyleneimine-modified mesoporous silica decoupling permeability-selectivity trade-off for dye/salt fractionation

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

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　　本文评估葡萄牙三个地区（Albufeira, Odemira, Porto Santo）协同利用波能与海水淡化的可行性，分析CorPower C4和oCECO技术的成本及季节性影响。结果显示CorPower年化成本最低（1.0-1.5€/m3），但均高于传统1.0€/m3基准；夏季供需失衡显著，需通过储能、多能互补及规模化降低成本。研究为沿海地区海水淡化与波能整合提供方法论参考。

　　在当前全球能源转型与水资源管理日益受到重视的背景下，波浪能作为一种可再生资源，其开发潜力与可持续性成为研究的重点。葡萄牙的地理位置和波浪气候为利用波浪能进行海水淡化提供了战略优势。本文通过评估葡萄牙三个具有海水淡化项目或规划的地点，分析了波浪能装置与海水淡化系统协同工作的经济可行性，并探讨了其在实际应用中的挑战与机遇。研究结果表明，尽管波浪能海水淡化系统仍面临成本较高、技术不成熟等问题，但在特定条件下，其具备显著的经济潜力，能够为实现国家能源结构中可再生能源比例目标提供支持。

### 波浪能与海水淡化的结合

葡萄牙地处大西洋沿岸，其波浪资源丰富，具备开发波浪能的自然条件。根据相关研究，葡萄牙的波浪能年发电量可达16,000 TWh，是太阳能和风能的数倍，且波浪能的可预测性较高，使得其在能源供应方面具有优势。同时，葡萄牙南部地区长期面临干旱和水资源短缺的问题，这使得海水淡化成为一种重要的解决方案。然而，海水淡化是一项高能耗过程，传统的电力来源往往导致较高的碳排放。因此，将波浪能与海水淡化系统结合，不仅有助于减少对化石燃料的依赖，还能降低海水淡化的总体成本。

在研究中，重点关注了两种波浪能转换装置——CorPower C4和oCECO。这些装置在设计和性能上各有特点，例如CorPower C4具备较高的能量转换效率，且能够适应较深的海域，而oCECO则以其较大的捕获宽度和更高的功率输出受到关注。通过对这三个地点的案例研究，研究者发现，CorPower C4在大多数情况下展现出更优的经济性，其年平均单位水成本可低至1.5 €/m3（在阿尔加维地区的阿尔布费拉和奥德米拉）和1.0 €/m3（在马德拉群岛的波尔图桑托），而oCECO则略逊一筹。尽管如此，两者在某些情况下仍显示出一定的潜力，特别是在技术优化和规模经济效应的推动下。

### 海水淡化与波浪能的协同效应

海水淡化过程需要大量的能源，因此与波浪能装置的协同工作能够有效降低其碳排放和运营成本。研究表明，通过优化波浪能装置的规模和数量，可以显著减少单位水的能耗。此外，波浪能的波动性可能影响海水淡化系统的稳定性，特别是在夏季，波浪能供应相对较低，而海水淡化需求却显著增加。这使得夏季成为一种特殊挑战，此时的能耗水平是年平均的数倍，从而导致水成本的显著上升。

在实际应用中，必须考虑到波浪能装置的安装位置、运营限制以及与海水淡化系统的兼容性。例如，葡萄牙南部地区的波浪能资源虽然丰富，但其地理条件限制了某些波浪能装置的部署，如近岸型装置WaveRoller?。因此，研究者建议优先考虑适合深水区域的波浪能装置，如CorPower C4，以确保其在不同海域的适用性。

此外，研究还强调了波浪能与海水淡化系统协同工作的环境影响。海水淡化过程中产生的浓盐水（brine）可能会对海洋生态系统造成破坏，因此必须设计合理的排放方式，如通过专用管道进行分散排放，并定期监测其对周边环境的影响。同时，波浪能装置的维护和更换也需要考虑其在海洋环境中的可访问性，以确保系统的长期稳定运行。

### 挑战与未来发展方向

尽管波浪能海水淡化展现出一定的潜力，但目前仍面临诸多挑战。首先，技术成熟度较低，导致波浪能装置的单位成本较高。其次，规模经济效应尚未完全显现，许多成本仍高于传统能源来源。此外，波浪能的间歇性特性使得其在某些时间段内的能源供应波动较大，这可能影响海水淡化系统的连续运行。

为解决这些问题，研究提出了一系列可行的路径。例如，通过能源存储系统，可以缓解波浪能供应的不稳定性，确保海水淡化系统在能源短缺时仍能正常运行。此外，结合太阳能或其他可再生能源，可以形成多元化的能源供应结构，进一步降低整体成本。同时，研究还指出，随着技术的进步和规模的扩大，波浪能装置的制造和安装成本有望下降，从而提高其经济竞争力。

### 案例分析

研究者选取了葡萄牙三个典型地点进行分析：阿尔加维地区的阿尔布费拉和奥德米拉，以及马德拉群岛的波尔图桑托。这三个地点分别代表了不同的水资源状况和波浪能资源特征。例如，阿尔布费拉和奥德米拉的波浪能资源相对较低，而波尔图桑托则具有较为稳定的波浪条件。通过对这些地点的详细分析，研究者发现，尽管波浪能装置的规模经济效应有助于降低成本，但在某些情况下，仍难以达到与传统能源来源相当的水平。

此外，研究还指出，不同地点的海水淡化需求和波浪能资源分布存在显著差异，这使得单一技术方案难以适用于所有场景。因此，未来的研究应更加注重技术的定制化和适应性，以满足不同区域的特殊需求。同时，研究建议通过政策支持和公共投资，推动波浪能海水淡化技术的进一步发展，例如设立示范项目、完善相关法规和标准，以及鼓励企业参与技术研发。

### 研究的现实意义与应用前景

本文的研究结果不仅为葡萄牙的波浪能海水淡化项目提供了重要的参考，还为其他国家或地区提供了可借鉴的经验。特别是在面临水资源短缺和能源转型需求的沿海国家，波浪能与海水淡化的结合可能成为一种可行的解决方案。此外，研究还强调了数据的重要性，指出利用开放获取的数据集和实际案例研究，能够为未来的研究提供基础支持。

综上所述，波浪能海水淡化作为一种新兴的可再生能源应用，具有重要的战略意义。然而，其推广仍需克服技术、经济和环境等多方面的挑战。未来的研究应进一步探索技术优化、规模经济效应以及与其他可再生能源的协同应用，以推动这一领域的可持续发展。

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