基于反渗透方法的新能源海水淡化系统研究

摘要

水、食物、健康、教育及能源，这五个指标如同人的五个手指一样，结合形成了“五指联盟”。地球上的水，尽管数量巨大，而能直接被人们生产和生活利用的，却少得可怜。地球的淡水资源仅占其总水量的2.5%，而在这极少的淡水资源中，又有87%的难以利用。剩余的海水又咸又苦，不能饮用，不能灌溉，也难以用于工业。近年来，随着人口膨胀与工农业生产规模的迅速扩大，全球淡水用量飞快增长。同时人们又在大规模污染水源，导致水质恶化，预计到2025年，全世界将有30亿人口缺水。淡水资源紧缺已发展为一个全球性的问题。近年来，反渗透海水淡化技术不断得到发展，系统占地小，运行工艺简单，投入成本和运行成本相对较低，市场份额不断提高。同时可再生能源利用技术不断发展，风能发电和太阳能发电技术已取得了一系列成就。沿海地区和海岛地区是淡水资源严重不足的地区之一，有海水淡化的巨大需求，同时风能和太阳能丰富，具备新能源开发利用的自然条件。利用新能源驱动反渗透海水淡化，是解决我国沿海与海岛区域水资源短缺的一项行之有效的措施。“五指联盟”的时代已经到来，我们需要将这五个要素结合在一起，将新能源与海水淡化相结合，不仅可以解决淡水匮乏，还可以减少传统能源带来的环境污染。 基于此，本文对基于反渗透方法的新能源海水淡化系统进行了研究，建立了整个系统的数学模型，并且运用软件模拟，初步验证了反渗透系统设计的正确性。利用 HOMER软件直接对发电系统优化设计分析，得到理想的设计方案，为新能源和海水淡化的耦合方面，提供一些理论依据。同时，将模拟试验的结果进行详细分析，为相关的试验研究明确方向。 首先综述了主流海水淡化工艺及相关集成技术，各种新能源与海水淡化耦合的方式以及研究现状，介绍了海水淡化工艺的相关集成技术和浓盐水相关链接产业。 然后分成两大模块对对基于反渗透方法的新能源海水淡化系统进行详细介绍，即风光互补系统和反渗透海水淡化系统。前者，详细的描述了风光资源的分布和相应的计算方法，建立系统的数学模型，说明了风能和太阳能的评估方法；并且利用 METEONORM软件和HOMER软件得到相应的太阳能辐射数据，利用WEIBULL分布的方法对风能资源评，将NASA数据库和收集到的风能数据与HOMER软件相结合，得到一年中平均每小时的风速数据，为后文中风光互补系统提供依据。后者对反渗透系统的取水设计、预处理工艺、脱盐部分、后处理等方面进行了详细的说明。 最后本文结合小三门岛地区的自然资源以及水需求量，设计了离网型风光互补反渗透海水淡化系统。不仅对海水淡化系统进行了工程设计，并且根据负载系统的需求，对风光互补发电系统进行了匹配设计。为了降低系统的投资费用，利用 HOMER软件对独立光伏发电系统、独立风能发电系统和风光互补系统进行了仿真模拟，并将结果对比分析，得出最佳的设计方案。 研究创新与特色如下：（1）不同于传统的海水淡化工艺，本文采用新能源驱动海水淡化，建立了整个系统的数学模型，并将发电系统和海水淡化系统进行了匹配设计，同时利用海德能公司开发出的相关软件进行了模拟验证；（2）对项目实施地的资源进行了评估，提出了NASA数据库、气象资料以及相应的软件相结合，仿真出一年平均每小时的太阳能辐射和风能数据，充分利用了利用METEOMORM软件、PVSYST软件和HOMER软件；（3）直接利用HOMER软件对新能源发电系统优化，大大减小系统的计算量。 总之，利用可再生能源驱动海水淡化装置，可以改善海岛居民淡水供应，具有社会效益；为海岛的旅游业开发奠定基础，具有经济效益；减少传统能源发电带来的环境污染问题，具有环境效益。

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第一章 引 言

1.1 选题意义

1.2 海水淡化工艺的研究与发展现状

1.3 新能源与海水淡化工艺耦合研究

1.4 论文的主要内容

第二章 反渗透海水淡化装置的原理及系统组成

2.1 海水取水

2.2 海水预处理

2.3 海水脱盐

2.4 产品水后处理

2.5 小结

第三章 太阳能和风能资源数据的处理方法

3.1 太阳能资源数据处理

3.2 风能资源数据处理

3.3 项目实施地的新能源数据处理

3.4 本章小结

第四章 风光互补反渗透海水淡化工程设计实例

4.1 工程概况

4.2 海水淡化工程设计

4.3 RO工艺软件模拟

4.4 风光互补发电系统的匹配设计

4.5光互补发电系统的控制系统

4.6小结

第五章 结论

5.1 内容总结

5.2 研究创新与成果

5.3 展望

参考文献

附图

附录

致谢