Một phương pháp được sử dụng rộng rãi để khử muối là chưng cất, một quá trình nhiệt trong đó nước biển được bay hơi để thu được nước ngọt. Nhược điểm: chưng cất cực kỳ tốn năng lượng. Do đó, hầu hết các nhà máy khử muối mới đều sử dụng thẩm thấu ngược, một quá trình qua đó nước ngọt được tách ra khỏi nước biển thông qua màng bán thấm và áp lực áp dụng. Một ví dụ là một nhà máy mới ở Al Khafji: Nó không chỉ sử dụng quy trình thẩm thấu ngược hai giai đoạn, nó còn lấy năng lượng từ một hệ thống điện mặt trời gần đó. Biến nước biển thành nước ngọt chưa bao giờ hiệu quả đến thế.
Khử muối hiện đại
Uống nước từ biển
Nó xảy ra hàng ngày: nước bốc hơi, tạo mây và chạm đất dưới dạng mưa, tạo thành sông hồ như một nguồn nước uống. Ở những vùng sa mạc, mưa rơi là không đủ. Một giải pháp thay thế là khử muối nước từ đại dương, một quá trình gần đây đã trở nên hiệu quả hơn.
Làm thế nào để cung cấp nước cho một quần thể sa mạc?
Công nghệ mới nhất và năng lượng mặt trời
Một phương pháp được sử dụng rộng rãi để khử muối là chưng cất, một quá trình nhiệt trong đó nước biển được bay hơi để thu được nước ngọt. Nhược điểm: chưng cất cực kỳ tốn năng lượng. Do đó, hầu hết các nhà máy khử muối mới đều sử dụng thẩm thấu ngược, một quá trình qua đó nước ngọt được tách ra khỏi nước biển thông qua màng bán thấm và áp lực áp dụng. Một ví dụ là một nhà máy mới ở Al Khafji: Nó không chỉ sử dụng quy trình thẩm thấu ngược hai giai đoạn, nó còn lấy năng lượng từ một hệ thống điện mặt trời gần đó. Biến nước biển thành nước ngọt chưa bao giờ hiệu quả đến thế.
Mặc dù các nhà máy hiện đại nhất có mức tiêu thụ điện năng dưới bốn kilowatt giờ trên một mét khối nước, thẩm thấu ngược là một quá trình tốn nhiều năng lượng. Vì điện được sản xuất chủ yếu ở Ả Rập Xê Út bằng nhiên liệu hóa thạch, khử muối nước biển chiếm một tỷ lệ lớn khí thải carbon dioxide (CO2).
Một đối tác đáng tin cậy
Công ty tiện ích Ả Rập Saudi Rawafid Systems đã xây dựng nhà máy với sự hợp tác của các chuyên gia khử mặn nước Công nghệ Nước tiên tiến (AWT). Để thực hiện dự án trong khung thời gian hạn hẹp chỉ 14 tháng, Rawafid và AWT đã chọn đối tác của họ dựa trên độ tin cậy và chuyên môn trong ngành.
Đối với các gói điện, tự động hóa và thiết bị đo đạc, nhóm dự án đã chọn Siemens làm nhà thầu chính. “Chúng tôi đã ký hợp đồng với Siemens vì họ là một công ty lớn trong thị trường cung cấp cơ điện cho sản xuất điện và nước. Hơn nữa, hệ thống điều khiển của Siemens rất phổ biến và được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, như dầu khí, hóa dầu, nhà máy lọc dầu và xử lý nước”, Ali Awadallah, CEO và giám đốc dự án của Rawafid Industrial cho biết.
Sau khi nhận được đơn đặt hàng, nhóm Siemens ngay lập tức bắt đầu thiết kế một giải pháp toàn diện, bao gồm máy biến áp; hệ thống thiết bị đóng cắt Sivacon; hệ thống bảo vệ Siprotec; bộ chuyển đổi Sinamics; và thiết bị quy trình để theo dõi lưu lượng, mức, áp suất và nhiệt độ. Hệ thống điện và tự động hóa được kết nối mạng bằng công nghệ truyền thông công nghiệp Scalance.
Tiết kiệm năng lượng và linh hoạt
Hệ thống điều khiển phát điện và phân phối điện cũng như xử lý nước dựa trên hệ thống điều khiển quy trình Simatic PCS 7. Không chỉ cung cấp tính khả dụng và hiệu quả vượt trội của nhà máy mà còn cho phép giám sát và kiểm soát trung tâm tất cả các nhà máy và hệ thống, từ đó hỗ trợ người vận hành trong công việc hàng ngày của họ. Tại nhà máy Al Khafji, Simatic PCS 7 cho phép bộ truyền động tốc độ thay đổi cung cấp năng lượng cho bơm cao áp được tự động điều chỉnh theo nhiệt độ nước và độ mặn, thay đổi theo mùa. Điều đó tiết kiệm rất nhiều năng lượng so với điều khiển lưu lượng thông thường bằng van điều khiển.
Mô hình để cài đặt thêm
Kể từ khi khởi động, các hệ thống của Siemens đã hoạt động đặc biệt. 37.000 thiết bị, nặng 425 tấn, phải được vận chuyển đến Ả Rập Xê Út và được lắp đặt theo lịch trình chặt chẽ - một thành tựu hậu cần lớn. Các kỹ sư của Siemens cho thấy sự linh hoạt phù hợp với một thay đổi lớn trong suốt dự án khi nguồn điện được chuyển từ 34,6 kV sang 13,8 kV.
Các giải pháp của Siemens cho phép tích hợp liền mạch theo chiều dọc và ngang của tất cả các thành phần điện, do đó giảm chi phí vận hành và bảo trì.
Những lợi thế này dẫn đến một đơn đặt hàng tiếp theo: Rawafid và AWT, hiện là một phần của tập đoàn A3C với SETE và Al Fatah, đã ủy quyền cho Siemens trang bị thêm tám nhà máy khử muối thẩm thấu ngược ở Ả Rập Saudi, bao gồm tất cả các thành phần và vận hành - một lần nữa trong một lịch trình chặt chẽ.
So sánh: Chưng cất và thẩm thấu ngược
Chưng cất để khử muối nước biển tiêu thụ lượng năng lượng cực kỳ cao - lên đến 25 kWh cho mỗi mét khối nước được sản xuất. Một giải pháp thay thế là thẩm thấu ngược. Ở đây, các nhà máy tiên tiến nhất đạt được ít hơn 4 kWh trên một mét khối nước được sản xuất. Mặc dù thẩm thấu ngược vẫn tốn nhiều năng lượng, nhưng nó giúp các quốc gia như Ả Rập Saudi cắt giảm lượng khí thải CO2 liên quan đến khử muối. Và khi các nhà máy chủ yếu được cung cấp năng lượng bằng quang điện - như hệ thống lắp đặt mới ở Al Khafji - lượng khí thải CO2 thậm chí còn nhỏ hơn.
“Khi chúng ta nói về các dự án đóng góp lớn cho việc bảo vệ môi trường như nhà máy khử muối chạy bằng năng lượng mặt trời này, không có thời gian để lãng phí. Các thành phần đã được thử nghiệm của chúng tôi là chìa khóa để đưa ra giải pháp một cách nhanh chóng.”