潮汐能直接驱动的反渗透海水淡化系统性能研究

【摘要】：反渗透海水淡化技术相比于其他海水淡化技术具有腐蚀和结垢轻微，设备投资少和建造周期短等优点，近几十年发展迅速。但是这种方法中的高压泵需要消耗大量电能，不仅增加了制淡成本和碳排放、还会加剧能源危机。本人所在课题组以解决高能耗、高成本和高碳排放为目的，研发了潮汐能聚能增压器，直接利用潮汐能的聚集能代替电能制取高压海水，进行反渗透海水淡化。本文在此基础上提出两套不同运行方式的潮汐能直接驱动的反渗透海水淡化系统方案，为了更全面的对比分析研究，同时给出了将潮汐能发电技术与传统反渗透海水淡化方法相结合的系统方案，即潮汐能间接驱动的反渗透海水淡化系统。最后对三套系统的性能指标展开计算和对比研究。本文的主要研究内容及成果如下： 1、详细分析潮汐能利用技术、反渗透海水淡化系统等相关知识，结合潮汐能聚能增压器，设计“余能回收制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统”、“余能发电制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统”和“余能回收制淡的潮汐能间驱反渗透海水淡化系统”其中，前两套系统使用潮汐能聚能增压器将潮汐能直接聚能加以利用，属于直驱式系统，第三套系统是传统的潮汐能发电技术与传统的反渗透方法相结合，属于间驱式系统。为叙述方便，简称上述三套系统为：“系统1”、“系统2”和“系统3”； 2、采用系统能量利用性能分析方法，对系统的能效、火用变、制淡成本进行计算和对比分析研究。研究表明： ①三套系统的能量利用效率从大到小的顺序为：系统1系统2系统3；其中“系统1”相对于“系统3”通常情况下能效提高了28%、“系统2”相对于“系统3”能效提高了20.2%、“系统1”相对于“系统2”能效提高了14%； ②利用火用分析方法对系统方案的可行性进行了理论验证，同时对系统的火用变进行计算后发现，火用损最大处发生在膜组件环节，这主要是高压进料海水中的纯水通过反渗透膜的过程中，消耗大量高压势能造成的； ③三套系统的制淡成本关系为：系统1系统2系统3；当设备使用寿命为15年时，“系统1”相对于“系统3”成本节约率为22.9%~49.8%、“系统2”相对于“系统3”成本节约率为15.7%~35.8%、“系统1”相对于“系统2”成本节约率为10.7%~21.7%；随着设备使用寿命增长和场地开发成本降低，系统制淡成本将会进一步下降； ④直驱式“系统1”和“系统2”相对于间驱式“系统3”具有能效高、制淡成本低的优点。这是因为聚能增压器的使用减少了能量转换次数和生产设备，简化了生产流程。另外，系统能量由潮汐能供应，没有碳排放，属于环境友好型系统。因此，直驱式“系统1”和“系统2”非常适合实施大型产业化发展。 【关键词】：潮汐能 反渗透海水淡化 能效 火用分析 经济性评估
【学位授予单位】：广东海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P747;P743.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 研究背景12
• 1.2 海水淡化技术概述12-17
• 1.2.1 多级闪蒸法（MSF）13-14
• 1.2.2 多效蒸馏法（MED）14
• 1.2.3 压气蒸馏法（VC）14-15
• 1.2.4 反渗透法（RO）15
• 1.2.5 海水淡化技术比较与能耗分析15-17
• 1.2.6 国内外反渗透海水淡化技术发展历程及现状17
• 1.3 潮汐能海水淡化研究进展17-19
• 1.3.1 潮汐能蒸馏法海水淡化18
• 1.3.2 潮汐能反渗透法海水淡化18-19
• 1.4 系统能量利用性能分析方法19-22
• 1.4.1 能量分析方法19-20
• 1.4.2 火用分析方法20-21
• 1.4.3 热经济学分析方法21
• 1.4.4 海水淡化系统能量利用性能分析研究现状21-22
• 1.5 存在的问题和本文的主要工作22-24
• 1.5.1 存在的问题22-23
• 1.5.2 本文的主要工作23-24
• 2 利用潮汐能驱动的反渗透海水淡化系统方案设计24-43
• 2.1 相关知识24-30
• 2.1.1 潮汐能利用技术24-26
• 2.1.2 潮汐能转换装置26-27
• 2.1.3 增压装置27-28
• 2.1.4 反渗透海水淡化系统28-30
• 2.2 余能回收制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统方案设计30-37
• 2.2.1 系统工艺流程介绍30
• 2.2.2 潮汐能利用方案设计及其潮汐能不稳定分析30-31
• 2.2.3 潮汐能转换装置设计及其不稳定分析31-32
• 2.2.4 高压装置设计及其不稳定分析32-33
• 2.2.5 反渗透海水淡化环节设计及不稳定分析33-35
• 2.2.6 系统稳压环节设计35-37
• 2.2.7 系统优缺点分析37
• 2.3 余能发电制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统方案设计37-39
• 2.3.1 系统工艺流程介绍37-38
• 2.3.2 余能发电环节设计及不稳定分析38
• 2.3.3 系统优缺点分析38-39
• 2.4 余能回收制淡的潮汐能间驱反渗透海水淡化系统方案设计39-41
• 2.4.1 系统工艺流程介绍39
• 2.4.2 潮汐能发电环节设计及不稳定性分析39-40
• 2.4.3 系统稳定环节设计40-41
• 2.4.4 系统优缺点分析41
• 2.5 本章小结41-43
• 3 利用潮汐能驱动的反渗透海水淡化系统能效分析43-59
• 3.1 余能回收制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统能效数学模型43-46
• 3.1.1 系统代价能43-44
• 3.1.2 系统有用能44-46
• 3.1.3 系统能量利用效率46
• 3.2 余能发电制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统能效数学模型46-49
• 3.2.1 系统代价能46-47
• 3.2.2 系统有用能47-49
• 3.2.3 系统能量利用效率49
• 3.3 余能回收制淡的潮汐能间驱反渗透海水淡化系统能效数学模型49-51
• 3.3.1 系统代价能49
• 3.3.2 系统有用能49-51
• 3.3.3 系统能量利用效率51
• 3.4 能效对比分析研究51-53
• 3.5 实例分析53-58
• 3.5.1 淡水产量53
• 3.5.2 高压进料海水53-54
• 3.5.3 高压泵效率54
• 3.5.4 稳压器效率54
• 3.5.5 电动机效率54
• 3.5.6 水轮机、变速箱和发电机效率54-55
• 3.5.7 高水头水轮机效率55-56
• 3.5.8 PX 能量回收装置效率56
• 3.5.9 系统能效对比分析56-58
• 3.6 本章小结58-59
• 4 利用潮汐能驱动的反渗透海水淡化系统火用分析59-66
• 4.1 余能回收制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统火用分析59-63
• 4.1.1 系统工质压力火用方程59-60
• 4.1.2 系统工质压力火用变方程60
• 4.1.3 系统可行性证明60-63
• 4.1.4 系统火用损失63
• 4.2 余能发电制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统火用分析63-65
• 4.2.1 系统可行性证明63-64
• 4.2.2 系统火用损失64-65
• 4.3 本章小结65-66
• 5 利用潮汐能驱动的反渗透海水淡化系统经济性分析66-77
• 5.1 反渗透过程模型66-68
• 5.1.1 过程单元模型66-67
• 5.1.2 压力容器单元模型67
• 5.1.3 系统模型67-68
• 5.2 利用潮汐能驱动的反渗透海水淡化系统经济模型68-71
• 5.2.1 余能回收制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统经济模型68-69
• 5.2.2 余能发电制淡的潮汐能直驱反渗透海水淡化系统经济模型69-70
• 5.2.3 余能回收制淡的潮汐能间驱反渗透海水淡化系统经济模型70-71
• 5.3 系统经济性对比分析71-75
• 5.4 本章小结75-77
• 6 总结77-79
• 参考文献79-84
• 致谢84-85
• 作者简历85-86
• 导师简介86

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