[發明專利]抽水蓄能式風能直接驅動海水淡化集成系統

有效

• 申請號: 201410480835.1
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104495983B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 何宏舟;陳志強
• 申請（專利權）人: 何宏舟;陳志強
• 主分類號: C02F1/44
• 分類號: C02F1/44;B01D61/06;C02F103/08
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于海水或苦咸水淡化技術領域，特別是涉及一種抽水蓄能式風能直接驅動海水淡化集成系統。

背景技術

海水或苦咸水淡化是解決淡水資源短缺問題的有效的戰略途徑，大力發展廉價的可再生能源并用于海水淡化將是解決海水淡化高成本的重要途徑。海上和海島的風能資源十分豐富，具有風速大、相對穩定的特點，因此風能是海水淡化的重要能源選擇。目前風能海水淡化主要有兩種途徑：(1)風電海水淡化（分離式）；(2)風力直接驅動海水淡化(耦合式)。由于風力發電技術的進步，風電海水淡化（分離式）得到比較廣泛的應用，但仍需有效解決蓄電變頻的環節。風力直接驅動海水淡化（耦合式）由于省略“機械能→電能→機械能”轉換過程，能量利用效率更高，系統結構也得到簡化。只是利用風力機的旋轉動能直接驅動反滲透泵或蒸汽壓縮單元時，風能的波動性影響泵的流量或壓縮機的穩定性，因此需要采用相關的調節裝置比如蓄水池、抽水蓄能系統、飛輪儲能系統、壓力平衡系統、液壓傳動系統等來平衡或消除風能變化的影響。荷蘭Delft大學建造了風能直接驅動海水淡化裝置，并從試驗上證實了風能直接驅動反滲透海水淡化的技術可行性，該系統不需要任何能量儲存裝置，并穩定運行超過7000h，但需要進一步試驗檢驗變負荷運行時膜組件的老化問題；中國科學院等單位和余立群等個人設計了風能直接驅動的反滲透海水淡化裝置。但是以上提及的裝置都是獨立運行的系統，每套裝置都設置了調節裝置及其控制系統，比較適用于小型化單獨運行的模式，并不適合于建設大型海水淡化工程。由于大型海水淡化工程往往需要幾十臺乃至幾百臺風力機組同時運行，若每個風力海水淡化單元都有自身的儲能裝置和控制系統，則整個系統將比較復雜，其操作性和可靠性也比較差。基于上述分析，大型海水淡化工程還需解決能量系統及其控制環節的集成和優化問題，才能使整個系統結構簡潔，操作簡單，穩定性好，淡化成本低廉，真正適用于建設大規模低成本的大型海水淡化廠。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、能量轉換效率高、操作方便、穩定性好的抽水蓄能式風能直接驅動海水淡化集成系統。

本發明的目的是通過下述的技術方案加以實現的：

一種抽水蓄能式風能直接驅動海水淡化集成系統，它包括海水淡化單元、抽水蓄能單元、蓄水池、能量轉換裝置、預處理池以及相關的管道。預處理池分別與抽水蓄能單元和海水淡化單元的進水管連接；抽水蓄能單元的出水管與蓄水池連通；蓄水池、能量轉換裝置與海水淡化單元之間進行耦合設置；能量轉換裝置的回水管與預處理池連通。

所述的海水淡化單元包括風力機、增速器、高壓調速泵、反滲透裝置、升壓調速泵、溢流管、順序閥。所述的風力機通過增速器與高壓調速泵同軸連接，所述的高壓調速泵的海水進口通過管道與升壓調速泵的海水出口連接，高壓調速泵的海水出口通過管道與反滲透裝置的海水進口連接；所述的升壓調速泵與能量轉換裝置同軸連接，升壓調速泵的海水進口通過管道與預處理池連通；在高壓調速泵與反滲透裝置之間的管道上設置溢流管；所述的溢流管與蓄水池連通并在該管道上設置順序閥。

所述的抽水蓄能單元包括風力機、液力耦合器、低壓大流量泵、單向閥。所述的風力機通過液力耦合器與低壓大流量泵同軸連接；所述的低壓大流量泵的海水進口通過管道與預處理池連通，低壓大流量泵的海水出口通過管道與蓄水池連通，并在該管道上設有單向閥。

所述的蓄水池為敞口容器，蓄水池的底部設有多條出水管，每條出水管的開口皆設有噴嘴和調節閥門。

所述的能量轉換裝置包括水力透平、變速箱、水槽。所述的水力透平處于水槽的正上方位置和蓄水池的噴嘴的正前方位置，水力透平通過變速箱與海水淡化單元的升壓調速泵同軸連接；所述的水槽通過管道與預處理池連通。

采用上述方案后，本發明具有以下幾個特點：

一、能量轉換效率高。本發明的海水淡化單元采用風力機直接驅動反滲透泵進行海水淡化，能量轉換過程簡單，與風電海水淡化技術相比，省略了機械能轉換為電能的中間環節，能量轉換效率得到提高。

二、穩定性好。本發明的抽水蓄能單元將部分風力機提供的機械能轉換為海水的勢能儲存在蓄水池內，再利用能量轉換裝置的水力透平將部分海水的勢能重新轉換為機械能傳遞給海水淡化單元。當低風速時，海水淡化單元由風力機提供的機械能和水力透平提供的機械能共同驅動，成功解決了風能的隨機性以及波動性引起的反滲透裝置供能不穩定性的問題，保證了海水淡化單元在大部分情況下擔負基本負荷正常運行，從而使整個系統保持較高的效率并得到穩定的淡水輸出。