CSPPLAZA光熱發電網訊：美國能源部（DOE）的太陽能技術辦公室（SETO）發起了一項新的獎項競賽，以幫助實現美國最近宣布的“水安全大挑戰”的目標。

美國制造的挑戰：“太陽能海水淡化獎（Solar Desal）”是一個多階段的獎項競賽，旨在加速開發低成本的海水淡化系統，該系統使用太陽熱能來從鹽水中生產干凈的飲用水。比賽的每個階段將增加獎金額，總計達數百萬美元。

“太陽能海水淡化獎”分為四個階段，獎金為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電的海水淡化系統的低成本發展，這些系統利用太陽熱能從中獲得清潔水。參賽者在競賽的各個階段都將獲得現金獎勵，成功測試和示范的、有前途的太陽能熱淡化系統原型最終將獲得100萬美元的大獎。

該獎項于2019年9月23日宣布，2020年4月28日啟動。參賽者可以個人或團隊的形式參加比賽，但所有晉級到第一階段的選手都必須組成團隊。參賽選手包括私人公司、非營利組織、學術機構，學生和國家實驗室的研究人員。

2020年10月19日，主辦方宣布在162名申請者中，來自12個州的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小時太陽能海水淡化的儲熱

地點：加利福尼亞州阿卡迪亞

項目摘要：Element 16是一家小型公司，致力于開發基于硫的熱能存儲（TES）技術，以產生用于脫鹽的低壓蒸汽。硫的熔點低（105攝氏度），成本低（$80/噸）。通過使用低成本的圍護材料，該項目旨在將硫儲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、太陽熱強化蒸發

地點：明尼蘇達州明尼阿波利斯

項目摘要：明尼蘇達大學的研究人員提出了一種加濕/除濕脫鹽系統，該系統可處理工業設施中的少量鹽水，這些鹽水可用于電鍍，將金屬涂覆到表面，進行染色和采礦等工作。該項目將使用大型風扇，蒸發器和熱泵驅動的冷凝系統來管理與工業金屬混合的鹽水。該團隊計劃在工業上采購強制流式蒸發器和風扇，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：佛羅里達州蓋恩斯維爾

項目摘要：由小型公司Focused Sun領導的這個團隊提出了一種線性菲涅爾太陽能集熱器系統，該系統將為稱為熱蒸氣壓縮（TVC）的過程產生蒸汽，從而為該系統提供抽水動力。鹽水將通過膜脫鹽（MD）系統進行預熱，然后再從TVC系統中加入鹽水，以進一步脫鹽并回收水。該MD-TVC系統可在低壓下實現高能效，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：加利福尼亞州圣巴巴拉

項目摘要：哥倫比亞大學領導的團隊提出了一種使用溶劑的脫鹽技術，該溶劑在加熱時會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致凈水漂浮在溶劑上方，從而能夠在隨后的循環中重新使用溶劑。與傳統的脫鹽系統不同，此方法具有很高的熱效率，因為它不需要蒸發和冷凝。

5、基于吸附的ZLD技術

地點：密歇根州霍頓

項目摘要：來自密歇根理工大學橡樹嶺國家實驗室和Artic Solar公司的一組研究人員提議在多效脫鹽系統（MED）上增加一個吸附-解吸系統，以實現零液體排放（ZLD）。他們確定了一種可以從MED系統的鹽水中提取所有水蒸氣量的液體，從而實現了節能的、模塊化的ZLD處理。

6、ZLD便攜式石油/天然氣廢水處理

地點：俄勒岡州科瓦利斯

項目摘要：來自俄勒岡州立大學和密歇根州立大學的研究人員小組計劃推進加濕-除濕工藝，該工藝可以從油氣提取產生的水中回收清潔水。一種新型的旋風分離器，可以很容易地進行小規模設計，便于攜帶，可以將鹽從潮濕的空氣中分離出來，并可以進行處理。通過將濕空氣與固體鹽顆粒分離，該技術可能是實現零液體排放（ZLD）的經濟有效的方法。該團隊打算用集成了太陽能集熱系統的實際采出鹽水來示范他們的系統，并且每小時可以增加250公斤的規模。

7、正滲透-仿生工作

地點：加利福尼亞州羅納特公園

項目摘要：該團隊的研究人員來自夏威夷自然能源實驗室和Trevi Systems，這是一家開發新型正向滲透（FO）淡化技術的小公司，提議建立一個以太陽能集熱器為熱源的500立方米/天的FO系統。該團隊將通過顯著提高吞吐量和降低系統的能源需求來推進其FO牽引解決方案。

8、STREED-共振能量交換淡化

地點：德克薩斯州休斯頓

項目摘要：由萊斯大學的研究人員領導的團隊開發了基于納米顆粒的高效，低維護的太陽能加熱膜蒸餾技術的原型。該小組計劃開發一種可商業化的系統設計，該設計使用螺旋纏繞式架構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：新澤西州特倫頓

項目摘要：GreenBlu將使用其多效吸附蒸餾技術開發零液體排放太陽能熱脫鹽系統的全廠原型，該系統可進行礦物回收。與傳統的蒸餾技術相比，該概念具有更高的熱效率，并且需要更簡單的操作和維護。

10、模塊化廉價的太陽能熱蒸發干燥系統

所在地：馬薩諸塞州安多佛

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

11、Solar Aqua Flex：離網太陽能蒸餾器

地點：田納西州納什維爾

項目摘要：由范德比爾特大學的研究人員領導的這個團隊將開發一種多級膜蒸餾系統，該系統由漂浮的，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；蒸發的水層；餾出物層，其中蒸汽在通過膜后凝結而結露；給水層；導電層加熱給水。該概念具有模塊化和便攜式的潛力，并且比類似的現有系統具有更高的產量。

12、可管理鹽沉淀物的鹽濃度

地點：新澤西州合和

項目摘要：由AIL Research領導的這個團隊提出了一種膜淡化系統，該系統能夠處理極高鹽度的水，并利用回收的熱量預熱鹽水。膜將不必具有耐腐蝕性，因為容易沉淀的離子（例如鎂和鈣）會在膜上方的鹽水槽中過飽和并結晶。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：馬里蘭州大學公園

項目摘要：由馬里蘭大學能源環境工程中心領導的團隊將為城市地區開發一種垂直的，建筑物集成的海水淡化系統。太陽能集熱器將成為加熱系統中多級真空膜的能源。該概念具有在使用時非集中化海水淡化的潛力。

14、使用陶瓷膜的膜蒸餾

地點：斯托爾斯，CT

項目摘要：該團隊由康涅狄格大學的研究人員領導，將整合由SETO資助的新開發的陶瓷膜技術與太陽能集熱器系統，以處理高鹽度或化學復雜的鹽水。陶瓷膜具有熱穩定性和化學穩定性，使其能夠處理具有挑戰性的鹽水。

15、使用流動的液珠模擬雨周期

地點：加利福尼亞州洛杉磯

項目摘要：該團隊由來自加利福尼亞大學洛杉磯分校的研究人員領導，正在開發一種加濕-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構，該團隊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：加利福尼亞州羅納特公園

項目摘要：由愛達荷州國家實驗室和Trevi Systems的研究人員組成的團隊正在開發一種太陽能熱驅動的液/液萃取工藝，該工藝可去除鹽水中的“硬”離子（如鈣和鎂），以進行反滲透，這是傳統的脫鹽工藝。通過允許該方法在較寬的鹽水輸入條件下運行，并且需要較少的維護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：獨立蒸餾

地點：德克薩斯州休斯頓

項目摘要：卡茨水技術公司正在重新設計其獨立的緊湊型蒸餾系統，以使用太陽熱能代替天然氣。該系統在閉環熱交換器中蒸餾和分離純凈水。該技術有可能成為模塊化的便攜式系統，可以在需要時提供淡水。

18、CCR的LTDis技術

地點：德克薩斯州弗里斯科

項目摘要：Crystal Clearwater Resources正在開發其“LTDis”蒸發器技術，該技術可以利用太陽熱能來處理具有挑戰性的廢物流并實現零液體排放。該概念使用基于噴霧的蒸發和冷凝室，在傳統的多效淡化廠中用管子（用于冷凝和蒸發的表面）代替級臺。真空室內噴霧的直接蒸發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：賓夕法尼亞州匹茲堡

項目摘要：Epiphany太陽能水系統公司開發了一種水脫鹽和結晶器裝置，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，并使用結晶器從餾出物中分離鹽。與常規蒸餾技術相比，該技術具有更高的熱效率。

要參加比賽，參賽者必須提交他們關于太陽能熱淡化組件或系統原型的想法，以及實現商業化的途徑。如果他們的想法被選中，參賽者將獲得50,000美元的現金；進入第二階段后，需組成一個團隊，對太陽能熱海水淡化系統的計劃進行完善。

參賽說明

被選中進入第三階段的團隊將獲得25萬美元的現金和10萬美元的代金券，可以在國家實驗室和/或合格的合作伙伴機構兌換這些代金幣來設計他們的系統。在第三階段完成系統詳細設計時，團隊還必須獲取構建它們所需的許可和批準文檔。

入圍比賽的第四階段和最后階段的團隊將獲得750,000美元的現金獎勵和另外100,000美元的代金券。然后，這些團隊將構建他們的系統，演示其操作并驗證關鍵性能指標。美國能源部將確定獲獎者，獲獎者將獲得100萬美元的現金獎勵。

競爭者可以利用行業專業知識，接觸投資者，通過美國專業網絡，國家實驗室，孵化器，投資者和行業專家獲得指導和支持。該網絡還提供對本土能力資源的進入資格，這將有助于加速其淡化系統原型的開發。

績效指標

“太陽能海水淡化獎”要求所有參賽選手提供其創新方案的性能指標。參賽者應計算水的均化成本，熱能消耗，資本成本，運營成本，回收率，年化太陽能脫鹽熱效率及其對環境的影響，并需要與最先進的技術進行對比。

與現有技術競爭的太陽能熱淡化的具體性能指標取決于目標市場（即市政供水系統，農業用途，工業用途，或凈化生產水）。因此，解決方案空間取決于競爭技術，適合使用的要求以及該市場空間中的成本驅動因素。這些性能指標將取決于項目范圍內包括的設備。而水淡化通常會消耗處理過程中高鹽度水所需的大部分能量，參賽者應在必要時考慮其他過程。

參賽者應針對其完整的商業版本展示其性能指標，包括除海水淡化子系統以外的所有設備在內的創新技術——用于處理來自其最初的質量滿足客戶要求的純度，以及廢水的處理和處置。對于創新的中試規模，競爭對手應僅針對技術提供性能指標，并進行示范，包括將使該概念可操作的海水淡化的任何設備（除海水淡化子系統以外）。

時間節點

創新：第一階段于2020年4月28日開放，并于2020年7月16日結束。入圍選手已于2020年10月19日宣布。

團隊合作：第二階段于2020年10月19日開始，將于2021年1月12日結束。入圍團隊將于2021年3月12日宣布。

設計：第三階段將于2021年3月12日開始，直到參賽選手完成其設計并獲得所需的文件后，該階段將不遲于2024年3月12日結束。

測試：第四階段也將于2021年3月12日開始。入圍者將有三年的時間提交其原型系統，以競爭測試獎。從2022年開始，三月的第二個星期一將對提交的測試獎進行評估。獲獎者將在對其新建的系統站點考察評估后確定。