國際上有一種新的冷卻塔系統(tǒng)技術，可以在冷卻塔中收集蒸發(fā)的水；原型將安裝在麻省理工學院的中央公用事業(yè)工廠。

該團隊的實驗室設置用于測試動力裝置冷凝器系統(tǒng)。將濾網(wǎng)放在右側(cè)漏斗上方，以接住濾網(wǎng)上凝結(jié)的水。

圖片說明：該團隊的實驗室設置用于測試動力裝置冷凝器系統(tǒng)。將濾網(wǎng)放在右側(cè)漏斗上方，以接住濾網(wǎng)上凝結(jié)的水。

麻省理工學院的工程師設計了一種新系統(tǒng)，可以為世界各地口渴的城市提供低成本飲用水，同時降低發(fā)電廠的運行成本。

在美國，大約 39% 從河流、湖泊和水庫抽取的淡水專門用于滿足使用化石燃料或核能的發(fā)電廠的冷卻需求，其中大部分最終變成蒸汽云彩飄散。 .但是新的麻省理工學院系統(tǒng)可能會減少大量的水流失，甚至可能成為沿海城市清潔和安全飲用水的重要來源，海水被用來冷卻當?shù)氐陌l(fā)電廠。

這個新概念背后的原理看似簡單：當霧中充滿一束帶電粒子（稱為離子）時，水滴會帶電，因此它們可以被拉向電線網(wǎng)，類似于窗紗，放置在它的路徑中。然后水滴被收集在這個網(wǎng)格上并排入一個收集盤中，然后可以在發(fā)電廠中重復使用或送到城市的供水系統(tǒng)。

瓦拉納西的愿景是開發(fā)高效的水循環(huán)系統(tǒng)。該項目最初是達馬克關于提高除霧系統(tǒng)效率的博士論文的一部分，該系統(tǒng)被用作許多缺水沿海地區(qū)的飲用水源。這些系統(tǒng)通常由某種形式的塑料或金屬網(wǎng)組成，垂直懸掛在定期從海中卷入的霧堤路徑中，效率極低，只能捕獲大約 1-3% 的通過它們的水滴。 Varanasi 和 Damak 想知道是否有辦法讓網(wǎng)狀物捕捉更多的水滴——并找到了一種非常簡單有效的方法。

研究團隊詳細的實驗室實驗清楚地表明了現(xiàn)有系統(tǒng)效率低下的原因：問題出在系統(tǒng)的空氣動力學特性上。當氣流越過障礙物（例如這些網(wǎng)狀防霧屏中的電線）時，氣流會自然地繞過障礙物偏轉(zhuǎn)，就像在飛機機翼周圍流動的空氣分成氣流，通過機翼結(jié)構的上方和下方。被這些偏轉(zhuǎn)的氣流攜帶的液滴向電線的兩側(cè)移動，除非它們撞擊電線的中心。

結(jié)果是，被捕獲的液滴比例遠低于電線占據(jù)的收集區(qū)域的比例，因為液滴從它們前面的電線上被掃走。僅僅使電線變大或使網(wǎng)孔中的空間變小往往會適得其反，因為它會阻礙整體氣流，從而導致收集量的凈減少。

然而，當入射霧首先被離子束穿透時，會出現(xiàn)相反的效果。不僅金屬絲路徑中的所有液滴都落在它上面，甚至瞄準網(wǎng)格的液滴也被拉向金屬絲。因此，該系統(tǒng)可以捕獲大部分通過的液滴。這樣一來，可以大大提高除霧系統(tǒng)的效率，而且成本低得驚人。該設備很簡單，只需要很少的電力。

接下來，該團隊努力從發(fā)電廠冷卻塔的羽流中收集水。在那里，水蒸氣流比任何自然產(chǎn)生的霧都濃密得多，使系統(tǒng)效率更高。并且由于捕獲的蒸發(fā)水本身就是一個蒸餾過程，因此即使冷卻水是咸的或被污染的，捕獲的水也是純凈的。此時，瓦拉納西實驗室的另一名研究生 Karim Khalil 加入了研究團隊。

“這是更高質(zhì)量的蒸餾水，現(xiàn)在被浪費了，”瓦拉納西說。 “這就是我們想要捕捉的東西?！边@些水可以通過管道輸送到城市的飲用水系統(tǒng)，也可以用于需要純凈水的過程，例如發(fā)電廠的鍋爐，而不是用于水質(zhì)要求不高的冷卻系統(tǒng)。

典型的 600 兆瓦發(fā)電廠每年收集 1.5 億加侖水，價值數(shù)百萬美元，瓦拉納西說。這約占冷卻塔損失水量的 20% 到 30%。他說，隨著進一步的改進，該系統(tǒng)可能能夠捕獲更多的輸出。

而且，由于發(fā)電廠已經(jīng)在許多干旱的海岸線上就位，而且許多都由海水冷卻，這提供了一種非常簡單的方式來提供海水淡化服務，而無需建造獨立的海水淡化廠的成本植物很小。 Damak 和 Varanasi 估計，這種轉(zhuǎn)換的安裝成本約為新建海水淡化廠的三分之一，而其運營成本約為 1/50。瓦拉納西說，安裝這樣一個系統(tǒng)的投資回收期大約是兩年，它基本上沒有環(huán)境足跡，也不會增加原始工廠的足跡。

“這可能是解決全球水危機的絕佳方法，”瓦拉納西說。 “在接下來的十年里，這可以抵消對大約 70% 的新海水淡化廠安裝的需求?！?/p>

在一系列引人注目的概念驗證實驗中，通過建造一個小型、實驗室版本的煙囪會噴出一縷縷水滴，類似于在實際發(fā)電廠冷卻塔中發(fā)現(xiàn)的那些，并在其上放置離子束和篩網(wǎng)。在實驗視頻中，可以看到濃密的霧狀水滴出現(xiàn)系統(tǒng)啟動后幾乎立即消失。

該小組目前正在構建其系統(tǒng)的全面測試版本，并將其放置在麻省理工學院中央公用事業(yè)廠的冷卻塔上，這是一種天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)部分電力、供暖和制冷。Damak 說，該裝置預計將在夏末到位，并將在秋季進行測試。測試將包括嘗試電網(wǎng)及其支撐結(jié)構的不同變化。

這應該提供讓在技術選擇上傾向于保守的工廠運營商采用該系統(tǒng)所需的證據(jù)。由于發(fā)電廠的使用壽命長達數(shù)十年，因此它們的運營商往往“非常規(guī)避風險”，并想知道“其他地方是否也這樣做過？”瓦拉納西說。他說，校園發(fā)電廠的測試不僅會“降低技術風險”，還會幫助麻省理工學院校園改善水足跡。 “這可能會對校園用水產(chǎn)生重大影響?！?/span>

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