热膜耦合海水淡化技术现状与展望

目前,国内外均采用多级闪蒸（MSF）、低温多效蒸馏（LT—MED）和反渗透（R0）技术作为主流的海水淡化技术。利用集成技术的热膜耦合是较先进的海水淡化技术,能够充分发挥热法和膜法海水淡化的技术优势。热膜耦合技术不仅可提高热法海水回收率、减少排放热量、降低设备结垢的风险,还能提高膜法淡化海水的产量。利用工程实践,对MSF／RO和LT-MED／RO等热膜耦合海水淡化技术相关研究进展进行了分析,并讨论了热膜耦合海水淡化技术的发展方向及在工程应用中可能存在的问题。     

背压驱动式热膜耦合海水淡化系统研究

介绍一种由背压式汽轮机、反渗透膜法和低温多效蒸馏热法海水淡化组成的水电热联产系统,及数学模型、数学求解参数,根据海水淡化产水机理以及工程建设经济数据,对新系统进行了综合经济性评价。以曹妃甸电厂2×1 000 MW超超临界机组工程为例,论述了热膜耦合系统产水含盐量特性、耦合系统单位产水成本及电耗率变化规律,确定了以能量耗尽为原则的热膜耦合海水淡化系统产水比,此系统能源效率高,是解决水电热联产的最佳工艺。     

风电反渗透海水淡化耦合系统中高压泵的选择分析

高压泵是反渗透海水淡化系统中的主要耗能设备。根据风电海水淡化耦合系统的供电特点,分析了高压离心泵和柱塞泵在变功率运行条件下流量和扬程的变化特点,解析了高压泵并联运行的功率、流量分配,认为小规模风电反渗透海水淡化耦合系统的高压泵选柱塞泵更为合适。     

太阳能海水淡化的新技术发展现状

分析了传统太阳能海水淡化技术效率低下的原因,重点介绍利用增湿—除湿技术或膜蒸馏技术与海水淡化技术结合的新型海水淡化系统,该系统可充分利用太阳能热能实现能量的综合利用;然后介绍了太阳能、风能或其他形式的能量在海水淡化过程中能量的耦合匹配问题及系统设计集成。通过对传统太阳能海水淡化系统和新型海水淡化系统的产水成本和系统性能进行对比可以看出,虽然新型海水淡化技术的成本较高,但在能量综合利用效率和系统性能、稳定性方面有很大优势,具有广阔的发展前景。     

基于离网型风电的海水淡化系统建模方法

风力发电与反渗透海水淡化相结合是海水淡化发展的新思路。根据传统方法设计的海水淡化系统只能在电源稳定的情况下定负荷运行,无法根据能源供给情况进行系统设计。鉴于此,提出了一种基于风电的反渗透海水淡化建模方法。该方法建立了反渗透海水淡化渗透模型,可根据能源供给情况进行海水淡化系统运行参数的计算。在相同工况下,通过与传统设计方法的计算结果进行对比,本文方法计算精度与其相当,可用于风电海水淡化系统设计。     

浅析水电联产及海水淡化系统的配置方案

淡水已成为地球上的紧缺资源,本文将发电系统与海水淡化系统耦合,成为水电联产的发电机组。分析了各型机组在水电联产中的配置方案,探讨燃煤机组、燃气机组及太阳能光热电站与低温多效蒸馏海水淡化系统耦合的设计方案。通过耦合方案设计,形成了水电联产机组的运行模式,提高了机组运行的经济性。为各型工程设计方案,提供有益的参考。     

离网型风电电源海水淡化系统研究

本文分析了离网型风力发电电源特性,提出了适应于离网型风电电源的可变出力运行的膜法海水淡化系统,并着重从系统制水规模、系统选择、动力部件设置、膜元件分组、系统出力调节等方面介绍了变出力膜法海水淡化系统。最后,文章指出了离网型风电电源膜法海水淡化系统的适用性和系统制水规模范围。     

基于离网型风电的海水淡化系统优化设计

离网型风电海水淡化系统是一种利用可再生能源解决沿海地区水资源短缺问题的重要方式。为了促进其科学发展,提出了一种离网型风电反渗透海水淡化系统的优化设计方法。该方法以风电海水淡化系统总收益最高为目标函数,在满足风机、蓄电池、反渗透海水淡化装置的运行约束下对系统的设计和运行参数进行优化,从而得到系统经济收益最高时的风电海水淡化系统各装置的最优规模。优化结果显示,该方法得出的结果显著优于其他方案,该方法对风电海水淡化系统设计具有指导作用。     

反渗透海水淡化预处理方法浅析

反渗透技术发展的制约因素并不局限于膜材料研究、膜堆设计优化,预处理技术也会影响RO系统性能。适当的预处理方法可有效减轻反渗透膜污染,以使海水淡化装置能够长期稳定运行。分析了反渗透海水淡化传统预处理技术及膜法预处理技术,并列举了工程实例,为后续反渗透系统的设计提供了参考和借鉴。     

核电厂水电联产系统及调峰运行方式研究

将核能发电与大规模反渗透海水淡化装置相耦合,发展核电厂水电联产系统,可以有效缓解中国沿海城市淡水短缺问题,提高核电参与电网调峰能力。对核电厂水电联产系统调峰运行方式进行分析,结果表明,在保证核电机组全天满负荷运行情况下,反渗透海水淡化装置按白天50%负荷、夜间100%负荷的变负荷运行方式运行效果较佳,此时水电联产系统调峰能力为33%,制水综合成本为3.62元/m³,调峰成本为63元/（MW·h）,具有应用前景。     

电厂低温多效海水淡化系统优化设计

带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统由于可以利用低品位的电厂抽汽热量,可以较大的提高造水比,有效降低制水成本。本文对带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统进行了研究,并以法国SIDEM公司4效低温多效海水淡化装置为基础提出了新的带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统,并得到了给定初参数下该系统的最优设计。     

电厂低温多效海水淡化系统优化设计

带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统由于可以利用低品位的电厂抽汽热量,可以较大的提高造水比,有效降低制水成本.本文对带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统进行了研究,并以法国SIDEM公司4效低温多效海水淡化装置为基础提出了新的带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统,并得到了给定初参数下该系统的最优设计.     

基于光伏光热耦合驱动的海水淡化系统性能分析

利用太阳能进行海水淡化可以节约能源、缓解水资源的短缺,设计了一种光伏光热耦合驱动的海水淡化系统,利用海水冷却光伏系统以提高其光电转化效率,通过光热系统提高海水温度以增加淡水产量。研究了光伏光热耦合驱动的海水淡化系统的性能,分析了扩容蒸发压力和太阳辐照强度等关键因素对淡水产量及发电量的影响,得到了海水淡化系统的运行特性及主要热经济性指标。结果表明:设计工况时,系统电功率为510. 33 W/m2,比相同参数的纯光伏系统提高了408. 87 W/m2;淡水产量为7. 3 kg/h,相比于常规多级闪蒸系统(Multiplestage Flashing System,FSF)系统有一定的提升。变工况时,随着辐照强度从200 W/m2增大到1 200 W/m2,电功率从118. 49 W/m2升高到588. 12 W/m2;淡水产量则从9. 17 kg/h降低到6. 81 kg/h。随着海水入口温度从10℃升高到30℃,电功率从484. 57 W/m2降低到436. 72 W/m2,淡水产量则从7. 3 kg/h降低到6. 5 kg/h。结果表明,该系统在任何辐照条件下均有较高的综合收益。     

含多元灵活性资源的省级电-热综合能源系统耦合平衡分析模型

在中国北方各热电厂进行运行灵活性提升改造的背景下,传统“以热定电”的电力电量平衡方法不再适用。为此,首先建立了含多元灵活性资源的省级电-热综合能源系统耦合平衡分析模型。该模型首先对同类设备进行聚合,以简化问题复杂度,并通过以日为周期的启发式机组组合,考虑系统备用、最小运行方式等系统安全稳定约束。然后,在小时颗粒度上进行无灵活性资源的平衡分析,以确定电力过剩情况,再根据过剩电力进行电-热灵活性资源的有序调用,实现电-热耦合平衡计算。最后,通过逐日滚动计算,得到长时间尺度的平衡结果。算例以实际电网数据为基础,验证了该模型的有效性,并使用该模型分析了灵活性资源配置对新能源消纳提升的作用效果。     

风电海水淡化孤立微电网的运行与控制

大型离网风机与高耗能的海水淡化装置联合运行将是未来淡水清洁生产技术的开发方向之一。首先根据海水淡化的负荷特性及风电的运行特性,分析含风电、储能、海水淡化负荷的孤立微电网的运行模式及控制方案。在此基础上,根据风速历史数据,计算机组出力及风功率波动的概率分布,提出风电、储能和海水淡化装置的容量配置方案以及孤立微电网协调运行的控制策略,进而提高系统经济效益和安全稳定运行能力。最后基于PXI+c RIO的仿真试验系统搭建某地区海岛微电网,针对风电海水淡化孤立系统不同运行工况进行实时仿真,验证了所提控制策略的可行性。     

离网型风力发电和海水淡化联合技术配电方案

为了搭建稳定的、以风力发电作为独立电源驱动海水淡化装置的联合系统配电网络结构,结合风力发电和海水淡化联合技术的研究应用现状,分别剖析了风电电源特性及海水淡化工艺装置的负荷特性,提出了针对离网型风力发电和海水淡化联合技术的配电方案。搭建了包含离网型风力发电机组、储能装置、海水淡化工艺系统在内的独立小型微电网系统,构成一套完整的联合系统配电网络结构,同时作为保证该微网系统稳定运行的边界条件,引入了储能系统,有效地解决了离网型风电电源和海水淡化负荷的匹配问题,为就地消纳风力发电及孤岛海水淡化工业用电开辟了新的解决模式和思路。.     

太阳能烟囱发电系统综合应用研究进展

总结了太阳能烟囱技术在兼顾改善居住环境、联合海水淡化、耦合风力发电、结合改善局部地区小气候、结合真空集热管、太阳能盐池储热技术强化发电、与地热、工业废热、废气、沼气等互补发电、与光伏发电结合、与农业生产结合等方面的最新成果,可以为太阳能烟囱发电系统综合应用的进一步发展提供依据和思考。     

联合循环和海水淡化耦合的梯级余热利用技术

针对钢铁企业自备电厂余热丰富、沿海分布的特点,介绍了一种由联合循环和海水淡化耦合的梯级余热利用技术。该技术可回收副产煤气用于联合循环发电,实现对余热资源的第一、二级利用。将汽轮机乏汽引入海水淡化装置,利用乏汽内能对海水进行蒸馏,降低冷源损失,同时生产数量可观的除盐水、浓盐水,并将淡化海水蒸汽用来预热原海水,实现对余热资源的第三、四级回收。经计算,海水淡化环节对冷源损失的回收比例达到88.23%,系统的直接热效率提高42.8%,等效发电热耗率降低840 kJ/(kW·h),等效发电热效率提高5.6%。与常规联合循环机组相比,系统的余热利用水平显著提高。     

离网运行的风能海水淡化系统负荷控制策略

在由风力发电机和储能装置作为海水淡化装置供电电源的离网型配电系统中,为最大化利用风能并减少配电系统对储能装置容量的依赖,海水淡化装置负荷采用功率阶梯调节和功率平滑调节相结合的方式,储能装置采用V/f控制。功率阶梯调节通过海水淡化装置的模块化投切实现;功率平滑调节通过变频器实现电动机的变频调速,并且利用变频器的软启动功能和无功输出能力有效维持配电系统的电压稳定。基于上述控制策略,通过PSCAD仿真软件建立动态负荷模型进行仿真计算并结合负荷实验数据进行分析。仿真和实验结果均表明,该控制策略可以实现海水淡化负荷对风力发电输出功率的有效跟踪,能够很好地适应风电波动性,并充分利用了风力发电机的输出功率,减少了对储能装置容量的依赖,提高了全系统运行的稳定性和经济性。     

基于磁谐振测量海水电导率的模型分析

针对咸潮在线监测问题,提出了一种基于磁耦合谐振技术的海水电导率测量模型,从不同角度分析了海水涡流对磁耦合谐振系统的影响,并且推导出适用于海水电导率测量的回路补偿公式。该模型通过搭建水下磁耦合电导率测量系统进行实验研究,从频率、负载、补偿方式3个角度比较了海水电导率变化对系统的影响及电导率测量效果。实验结果表明,采用磁耦合谐振技术进行海水低电导率测量是可行的。针对实验结果,提出了进一步提高测量的精确度、稳定性的优化方向和系统参数选择原则。