[發(fā)明專利]變負(fù)荷反滲透海水淡化系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310505256.3
• 申請(qǐng)日: 2013-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN103626262A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉錫文;吳水波;肖亞蘇;王金燕;趙河立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所
• 主分類號(hào): C02F1/44
• 分類號(hào): C02F1/44;C02F103/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電與反滲透（RO）海水淡化耦合技術(shù)，是一種適應(yīng)能源的波動(dòng)性的反滲透海水淡化工藝。

背景技術(shù)

開發(fā)新能源與海水淡化技術(shù)相結(jié)合，可以緩解沿海及海島地區(qū)的淡水資源和能源缺乏的問題。風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，兩種能源在時(shí)間分布上具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，而且在技術(shù)應(yīng)用上也可以將兩種發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行合理化整合。另外，RO海水淡化系統(tǒng)能耗低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，并且較易于與風(fēng)光互補(bǔ)供電技術(shù)進(jìn)行耦合。因此，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電與RO海水淡化技術(shù)相結(jié)合，具有很好的應(yīng)用前景。

風(fēng)光互補(bǔ)RO海水淡化系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能光伏電池組、智能控制器、蓄電池、RO海水淡化系統(tǒng)等組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電板產(chǎn)生的電能，通過智能控制器對(duì)蓄電池充電，然后通過逆變器將直流電逆變成50Hz的交流電，以供給海水淡化系統(tǒng)使用。

風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電的一個(gè)重要特點(diǎn)是波動(dòng)性，RO海水淡化系統(tǒng)的淡水產(chǎn)量也會(huì)隨之改變。在反滲透海水淡化系統(tǒng)中，電費(fèi)占造水成本的1/2～2/3,設(shè)備占造水成本的1/4左右。反滲透海水淡化系統(tǒng)的能耗指標(biāo)主要取決于高壓泵、增壓泵和能量回收裝置，其中高壓泵是主要耗能設(shè)備，其耗電約占系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的35%，所以高壓泵的運(yùn)行效率是影響海水淡化系統(tǒng)制水成本的主要因素之一。當(dāng)發(fā)電輸出功率低于高壓泵的運(yùn)行功率時(shí)，高壓泵的轉(zhuǎn)速降低，RO系統(tǒng)的產(chǎn)水量下降，當(dāng)輸出功率降低到不能維持RO系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，RO系統(tǒng)便會(huì)關(guān)閉。

為了應(yīng)對(duì)風(fēng)、光發(fā)電的不穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了變負(fù)荷海水淡化技術(shù)研究。其中，西班牙的加納利群島風(fēng)電海水淡化試驗(yàn)，是通過多組RO的投切而實(shí)現(xiàn)變負(fù)荷，適應(yīng)風(fēng)電的波動(dòng)，此方法適用于多組RO系統(tǒng)的工程，對(duì)于單組RO系統(tǒng)并不適用。德國(guó)Enercon公司在Utsira島進(jìn)行的試驗(yàn)研究的方案針對(duì)與系統(tǒng)專門配套的能量回收裝置設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)RO的可變負(fù)荷，在此研究中將能量回收裝置的RO濃鹽水進(jìn)出口分別設(shè)置了閥門，根據(jù)負(fù)荷功率的變化來控制RO濃鹽水流量，以實(shí)現(xiàn)RO海水淡化系統(tǒng)的變負(fù)荷運(yùn)行，具有通用性差的缺陷。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院設(shè)計(jì)了可變負(fù)荷的反滲透海水淡化系統(tǒng)，用電動(dòng)閥替代常規(guī)濃鹽水調(diào)節(jié)閥，變頻器控制高壓泵電機(jī)，通過PLC控制變頻器的輸出頻率和電動(dòng)閥的開度使RO海水淡化的功率可調(diào)，其反滲透系統(tǒng)中沒有采用能量回收裝置，另外，當(dāng)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率低于高壓泵的運(yùn)行功率且發(fā)生波動(dòng)時(shí)，產(chǎn)水量會(huì)隨著進(jìn)水流量的降低而減少，由于沒有濃鹽水通過回流管路補(bǔ)充到RO膜進(jìn)水管路，因此，不能維持產(chǎn)水量的穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服風(fēng)、光發(fā)電的波動(dòng)性，提供一種適用范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定、效率高的變負(fù)荷反滲透海水淡化系統(tǒng)及淡化方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種變負(fù)荷反滲透海水淡化系統(tǒng)，包括控制器、變頻器、高壓泵和RO膜組，變頻器用于調(diào)節(jié)高壓泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)反滲透膜組件的進(jìn)水流量，RO膜組的反滲透濃鹽水管路分為兩個(gè)支路，一支路為濃鹽水排放管路，另一支路為濃鹽水回流管路，在濃鹽水排放管路上設(shè)置有排放閥，在濃鹽水回流管路上設(shè)置有回流閥和增壓泵；控制器用于通過變頻器控制高壓泵，并在發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率低于高壓泵的運(yùn)行功率且發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過對(duì)濃鹽水回流管路上的回流閥的控制，將部分RO濃鹽水通過增壓泵補(bǔ)充到RO膜組進(jìn)水管路，使RO膜組進(jìn)水流量保持不變，實(shí)現(xiàn)反滲透海水淡化系統(tǒng)的變負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)調(diào)節(jié)排放閥的開度，以調(diào)節(jié)RO膜殼內(nèi)壓力。

其中，所述的變負(fù)荷反滲透海水淡化系統(tǒng)可以帶有，也可以不帶有能量回收裝置；另外，也可以采用帶有能量回收裝置的高壓泵。

本發(fā)明同時(shí)提供一種變負(fù)荷反滲透海水淡化方法，通過如下的方法來實(shí)現(xiàn)：

（1）在高壓泵的電機(jī)前使用變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得RO膜組進(jìn)水流量可調(diào)；

（2）將反滲透濃鹽水管路分成兩個(gè)支路，一支路為濃鹽水排放管路，另一支路為濃鹽水回流管路，在濃鹽水排放管路上設(shè)置排放閥，在濃鹽水回流管路上設(shè)置回流閥；

（3）在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，回流閥關(guān)閉；

（4）當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率低于高壓泵的運(yùn)行功率且發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過對(duì)濃鹽水回流管路上的回流閥的控制，將部分RO濃鹽水通過增壓泵補(bǔ)充到RO膜組進(jìn)水管路，使RO膜組進(jìn)水流量保持不變，實(shí)現(xiàn)反滲透海水淡化系統(tǒng)的變負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；

（5）調(diào)節(jié)排放閥的開度，以調(diào)節(jié)RO膜殼內(nèi)壓力。