การใช้พลังงานในระบบการกลั่นน้ำทะเล: คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับหน่วย kWh/m³

สำหรับ การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล, การซื้ออุปกรณ์เป็นการลงทุนเพียงครั้งเดียวเท่านั้น กุญแจสำคัญที่แท้จริงของผลกำไรอยู่ที่ต้นทุนการดำเนินงาน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วค่าไฟฟ้าคิดเป็นสัดส่วนมากกว่าครึ่งหนึ่งของต้นทุนเหล่านั้น.

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ คุณจะพบว่าผู้ให้บริการแต่ละรายอาจเสนอตัวเลขการใช้พลังงานที่แตกต่างกันมากถึงสองเท่า บางรายอาจอยู่ที่ 3 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อลูกบาศก์เมตร ในขณะที่บางรายอาจอยู่ที่ 6 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อลูกบาศก์เมตร เราควรใช้วิธีใดสำหรับโครงการของเรา? คำถามนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับค่าไฟฟ้าประจำวันและว่าโครงการนี้คุ้มค่าหรือไม่ การทำความเข้าใจการใช้พลังงานเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจต้นทุนการดำเนินงานของคุณ.

โรงงานผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลใช้พลังงานเท่าไร?

นี่เป็นคำถามที่ถูกถามบ่อยที่สุด เรามาใช้มาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับในอุตสาหกรรมกัน: ช่วงการใช้พลังงานสำหรับระบบ SWRO อยู่ที่ประมาณ 3-6 kWh/m³ ในขณะที่ระบบ BWRO อยู่ที่ประมาณ 0.5-2 kWh/m³.

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ คุณไม่สามารถเปรียบเทียบระบบทั้งสองโดยพิจารณาจากตัวเลข kWh เพียงอย่างเดียวได้ เนื่องจากระบบ BWRO และ SWRO มีคุณภาพน้ำและการกำหนดค่าการบำบัดเบื้องต้นที่แตกต่างกัน การเปรียบเทียบโดยตรงจะนำไปสู่ข้อสรุปที่ไม่ถูกต้อง.

เหตุใดปริมาณการใช้พลังงานจึงมีความแตกต่างกันมากเช่นนี้? สาเหตุหลักมาจากปริมาณการใช้พลังงานขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของโครงการและการกำหนดค่าทางเทคนิคเป็นอย่างมาก.

ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อการใช้พลังงาน?

เพื่อตอบคำถามข้างต้น การใช้พลังงานของระบบผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักดังต่อไปนี้:

ทีดีเอส

เรื่องนี้เข้าใจง่าย: ยิ่งน้ำทะเลมีความเค็มสูงเท่าไร แรงดันออสโมติกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และแรงดันที่จำเป็นในการเอาชนะแรงดันออสโมติกก็จะยิ่งสูงขึ้น ส่งผลให้สิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้น ค่า TDS มาตรฐานของน้ำทะเลอยู่ที่ประมาณ 35,000-45,000 มิลลิกรัม/ลิตร.

หากพื้นที่โครงการของคุณมีความเค็มสูง เช่น ในภูมิภาคทะเลแดง การใช้พลังงานจะสูงกว่าค่าทางทฤษฎีอย่างแน่นอน ในทางกลับกัน สำหรับน้ำทะเลที่มีความเค็มต่ำ เช่น ทะเลแคสเปียน (<16,000 มิลลิกรัม/ลิตร) การใช้พลังงานที่เหมาะสมที่สุดอาจต่ำถึง 1.809 กิโลวัตต์ชั่วโมง/ลูกบาศก์เมตร ผลกระทบของ TDS นั้นสำคัญมาก.

ความดัน

ระบบอาร์โอ ต้องใช้แรงดันสูงกว่าแรงดันออสโมติกเพื่อดันน้ำผ่านเยื่อกรอง โดยทั่วไปแรงดันใช้งานมาตรฐานสำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลจะอยู่ที่ 50-75 บาร์. 

แรงดันที่สูงขึ้นส่งผลให้ปริมาณการผลิตน้ำต่อหน่วยเวลามากขึ้น แต่ก็ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้นด้วยเช่นกัน นี่จึงก่อให้เกิดปัญหาความสมดุล: แรงดันต่ำเกินไปจะทำให้ไม่มีการผลิตน้ำ ในขณะที่แรงดันสูงเกินไปจะทำให้ค่าไฟฟ้าสูงขึ้น.

อัตราการฟื้นตัว

อัตราการฟื้นตัว = ปริมาณน้ำที่ได้ / ปริมาณน้ำป้อน. 

เมื่อไร การปรับปรุงอัตราการฟื้นตัว, ยิ่งความเข้มข้นของสารเข้มข้นสูงเท่าไร แรงดันออสโมติกก็จะยิ่งสูงขึ้น และโดยธรรมชาติแล้ว การใช้พลังงานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ระบบ SWRO มาตรฐานโดยทั่วไปจะมีอัตราการกู้คืนน้ำอยู่ที่ 35-451 ตันต่อ 3 กิโลจูล.

ดังนั้น หากคุณพบผู้จำหน่ายที่มีการใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ ควรสอบถามเกี่ยวกับอัตราการฟื้นตัวของน้ำเสมอ อัตราการฟื้นตัวที่ต่ำจะช่วยลดปริมาณการใช้พลังงาน (kWh/m³) แต่จะเพิ่มปริมาณการใช้น้ำโดยรวม ส่งผลให้ต้นทุนการบำบัดน้ำเบื้องต้นสูงขึ้น.

อุณหภูมิ

เมื่ออุณหภูมิของน้ำสูงขึ้น ความหนืดของน้ำจะลดลง ส่งผลให้การไหลของสารละลายผ่านเยื่อกรองเพิ่มขึ้น อุณหภูมิที่เหมาะสมสามารถลดแรงดันในการทำงานได้สำหรับอัตราการไหลของสารละลายที่เท่าเดิม การศึกษาหนึ่งแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำป้อนจาก 5°C เป็น 30°C ทำให้อัตราการไหลของสารละลายเพิ่มขึ้น 0.929 m³/h.

ประสิทธิภาพของเมมเบรน

แตกต่าง เมมเบรน RO มีค่าการซึมผ่านที่แตกต่างกันภายใต้ความดันต่อหน่วย การใช้เมมเบรนที่มีอัตราการไหลสูงสามารถลดการใช้พลังงานของระบบ RO ได้ประมาณ 2.22 kWh/m³. 

นอกจากนี้ เมมเบรนจะเสื่อมสภาพตามกาลเวลา และการใช้พลังงานจะเพิ่มขึ้นทุกปี ซึ่งควรนำมาพิจารณาในระหว่างการใช้งานและการบำรุงรักษา.

อุปกรณ์กู้คืนพลังงาน (ERD)

ระบบ ERD ทำงานโดยการดึงแรงดันจากสารเข้มข้นที่มีแรงดันสูงในระบบ RO กลับมาใช้ใหม่เพื่อเพิ่มแรงดันน้ำป้อน ทำให้ลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก ปั๊มแรงดันสูง. การติดตั้ง ERD ในระบบ SWRO สามารถลดการใช้พลังงานได้มากถึง 601 TP3T และ ERD แบบความดันคงที่รุ่นใหม่สามารถบรรลุประสิทธิภาพได้มากกว่า 981 TP3T.

พลังงานถูกคำนวณอย่างไรกันแน่?

kWh/m³ เป็นเพียงตัวเลข สิ่งที่คุณต้องทำคือแปลงตัวเลขนั้นให้เป็นปริมาณไฟฟ้าที่คุณต้องจ่ายในแต่ละวัน หลักการคำนวณการใช้พลังงานนั้นไม่ซับซ้อน:

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อวัน (kWh) = ปริมาณการผลิตน้ำต่อวัน (m³) × ปริมาณการใช้พลังงานจำเพาะ (kWh/m³)

ค่าไฟฟ้า = ปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อวัน × ราคาไฟฟ้าในพื้นที่

การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลมีปริมาณการใช้พลังงานขั้นต่ำตามทฤษฎี ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิ 25℃ และอัตราการฟื้นตัว 50% ปริมาณการใช้พลังงานขั้นต่ำตามทฤษฎีสำหรับการผลิตน้ำจืด 1 m³ จากน้ำทะเลมาตรฐานคือ 1.1 kWh/m³ โดยทั่วไปแล้วปริมาณการใช้พลังงานของระบบ SWRO ในทางปฏิบัติจะอยู่ที่ 2.5-4.0 kWh/m³ (โดยมี ERD).

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือ การคำนวณค่าไฟฟ้าทำโดยการคูณค่า kWh/m³ ที่ผู้ให้บริการแจ้งกับราคาไฟฟ้าโดยตรง ค่าที่ผู้ให้บริการแจ้งนั้นมักวัดภายใต้สภาวะการทำงานมาตรฐาน ขอแนะนำให้เผื่อค่าไว้ 10-201 ตัน (TP3T) จากใบเสนอราคาของผู้ให้บริการ เพื่อรองรับความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมหน้างาน.

การผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลด้วยพลังงานแสงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนแปลงการใช้พลังงานได้หรือไม่?

หลายคนเข้าใจผิดเกี่ยวกับเรื่องนี้ โดยเชื่อว่าการใช้พลังงานแสงอาทิตย์จะช่วยลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว พลังงานแสงอาทิตย์เปลี่ยนเพียงโครงสร้างต้นทุนเท่านั้น ไม่ได้เปลี่ยนการใช้พลังงานโดยตรง. 

ปริมาณไฟฟ้าที่ระบบ RO ใช้ในการผลิตน้ำ 1 ลูกบาศก์เมตรนั้นขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางเทคนิค เช่น แรงดันและอัตราการฟื้นตัว ไม่ว่าคุณจะเชื่อมต่อกับไฟบ้าน ใช้เชื้อเพลิงดีเซล หรือใช้พลังงานแสงอาทิตย์ อุปกรณ์ก็จะยังคงใช้ไฟฟ้าในปริมาณเท่าเดิม.

ข้อดีของพลังงานแสงอาทิตย์คือช่วยประหยัดปัญหาในระยะยาว ราคาไฟฟ้าจากระบบสายส่งและน้ำมันดีเซลผันผวนเนื่องจากนโยบายและสภาวะตลาด ในขณะที่ อุปกรณ์ผลิตน้ำจืดจากพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่ถูกที่สุดสำหรับระบบผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล แม้ว่าการลงทุนเริ่มต้นในแผงโซลาร์เซลล์จะสูง แต่ต้นทุนการดำเนินงานในระยะยาวสามารถควบคุมให้ต่ำมากได้. 

แต่การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์นั้นไม่ต่อเนื่อง ในเวลากลางคืนหรือในวันที่เมฆมากและไม่มีแสงแดด ระบบจะต้องพึ่งพาการเก็บพลังงานจากแบตเตอรี่หรือสลับกลับไปใช้ไฟฟ้าจากโครงข่ายและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลเพื่อเป็นแหล่งพลังงานสำรอง.

ตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริง

โรงงานแยกเกลือออกจากน้ำทะเล โครงการต่างๆ ที่มีขนาดแตกต่างกันและตั้งอยู่ในภูมิภาคต่างๆ แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในด้านการใช้พลังงานและประสิทธิภาพด้านต้นทุน ด้านล่างนี้คือตัวอย่างกรณีศึกษาโครงการบางส่วนเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง:

โรงงานผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลเมืองอัคคาบา ประเทศจอร์แดน ประสบความสำเร็จในการใช้พลังงานต่ำและต้นทุนต่ำ โดยการบูรณาการระบบพลังงานไฮบริดที่ประกอบด้วยพลังงานลม ดีเซล และแบตเตอรี่ โรงงานแห่งนี้มีกำลังการผลิต 109,500 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน การใช้พลังงานจำเพาะ 2.67 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อลูกบาศก์เมตร และต้นทุนการผลิตน้ำประมาณ 1,400 ดอลลาร์สหรัฐต่อลูกบาศก์เมตร.

ทรัพยากรน้ำจืดมีจำกัดในหมู่เกาะคานารีของสเปน ทำให้การผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลเป็นแหล่งน้ำหลัก ในปี 2024 โรงงานผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล DESALO 2.0 ได้เริ่มดำเนินการอย่างเป็นทางการบนเกาะแกรนคานาเรีย โดยมีกำลังการผลิต 2,500 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน การใช้พลังงานจำเพาะ 1.83 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อลูกบาศก์เมตร และต้นทุนการผลิตน้ำโดยประมาณอยู่ที่ 0.55-0.80 ดอลลาร์สหรัฐต่อลูกบาศก์เมตร.

บทสรุป

โดยสรุปแล้ว การใช้พลังงานในการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลเป็นตัวกำหนดต้นทุนการดำเนินงานในระยะยาวโดยตรง การทำความเข้าใจปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการใช้พลังงาน การใช้สูตรคำนวณอย่างเชี่ยวชาญ และการแยกแยะความแตกต่างระหว่างสภาพแวดล้อมของโครงการต่างๆ เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการตัดสินใจที่ถูกต้องแม่นยำในระหว่างการจัดซื้อจัดจ้าง.

NEWater ให้บริการประเมินการใช้พลังงานและออกแบบโซลูชันที่ปรับแต่งได้ตามความต้องการ เพื่อช่วยคุณคำนวณค่าไฟฟ้า ติดต่อเรา ส่งข้อมูลโครงการของคุณมาให้เรา แล้วคุณจะได้รับรายงานการใช้พลังงานที่ปรับแต่งเฉพาะบุคคล.