CN104787847B - 一种反渗透海水淡化装置的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反渗透海水淡化装置的优化方法，其基于反渗透海水淡化试验系统，反渗透海水淡化试验系统包括模拟新能源发电特征的仿真电源、第一开关、第二开关、整流充电器、蓄电池组、逆变器、电气系统、仪表和控制系统、柔性反渗透海水淡化装置、海水箱等。本发明可用来开展仿真电源给反渗透海水淡化装置供电的试验运行研究，寻求和验证满足风电与海水淡化装置耦合运行的反渗透海水淡化工艺、电气、控制等技术条件和评价运行的可行性、经济性。不需要到海边、在风电场或光伏发电场或他们附近，就可模拟开展新能源海水淡化试验，可以节省试验设备总投资，减少建设风电场和光伏电场等对环境影响，减少试验所需的土地需求，减少试验研究的人力、时间投入，并在较短的时间得到试验数据。

Description

一种反渗透海水淡化装置的优化方法

技术领域

本发明涉及一种反渗透海水淡化装置的优化方法。

背景技术

海水淡化设备，多建立在偏远海岛地区，依靠风能、太阳能等新能源发电供电。

新能源发电受季节变化、天气变化、地理环境影响，与传统的市电供电相比，其供电具有波动大的缺点，对反渗透海水淡化装置的高效运行有较大影响，并且，不同地区的海水有不同的区域特点。目前，在反渗透海水淡化设备的选址、产量、经济性上难以准确和全面地考虑上述因素，在建成后，也需长时间的调试运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种反渗透海水淡化装置的优化方法，能够预先根据现场特点对反渗透海水淡化装置进行非现场试验，以为设备选址、设备配置提供直观的数据，实现反渗透海水淡化装置的优化。为此，本发明采用以下技术方案：

一种反渗透海水淡化装置的优化方法，其特征在于所述优化方法基于反渗透海水淡化试验系统，所述反渗透海水淡化试验系统包括模拟新能源发电特征的仿真电源、第一开关K1、第二开关K2、整流充电器、蓄电池组、逆变器、电气系统、仪表和控制系统、反渗透海水淡化装置、海水箱；

所述仿真电源输出的动力和蓄电池组通过逆变器后输出的动力通过第二开关K2的选择而连接至电气系统；

仿真电源输出端还连接至整流充电器的输入端，并由第一开关K1控制它们之间的通断，整流充电器的输出端和蓄电池组的输入端连接；

电气系统将仿真电源输出的动力或蓄电池组通过逆变器后输出的动力电供给反渗透海水淡化装置的用电设备；

仪表和控制系统由市电供电，与仿真电源、第一开关K1、第二开关K2、整流充电器、蓄电池组、逆变器、电气系统、反渗透海水淡化装置连接，接收它们的开关量或模拟量信号，并对它们发出执行命令信号，包括开关量和模拟量信号；

反渗透海水淡化装置含有几套相同或不同产能的并联的膜组，各膜组的开关与所述仪表和控制系统连接，所述仪表和控制系统与各膜组的开关连接，控制各膜组的开关的接通和关闭，接入或断开相应的膜组；

所述海水箱的出水口与反渗透海水淡化装置的进水端相连；

所述方法包括以下步骤：

(1)、向仿真电源输入模拟新能源发电特征的供电输出模型，由仿真电源对电气系统供电；

(2)、根据预选的膜组数量，设置相应数量的第一组功率输出阈值，当仿真电源的输出功率低于第一组功率输出阈值中的最小阈值时，反渗透海水淡化装置的高压泵不开启，当仿真电源的输出功率大于第一组功率输出阈值中的第二阈值时，高压泵被开启，运行一组膜组，每当仿真电源的输出功率达到或低于一个阈值，则相应接通或断开相应的膜组；每当仿真电源的输出功率超出第一组功率输出阈值中最大的阈值，则仪表和控制系统接通第一开关，将多余电量充入蓄电池组；每当仿真电源的输出功率下降而低于第二阈值时，如果蓄电池组中具有电量，则仪表和控制系统改变第二开关的状态，由蓄电池组对电气系统供电，当仿真电源的输出功率回复至超过第二阈值时，再由仿真电源对电气系统供电；

(3)、待一个实验周期结束后，更换第二组功率输出阈值，当仿真电源的输出功率低于第二组功率输出阈值中的最小阈值时，反渗透海水淡化装置的高压泵不开启，当仿真电源的输出功率大于第二组功率输出阈值中的第二阈值时，高压泵被开启，运行一组膜组，每当仿真电源的输出功率达到或低于一个阈值，则相应接通或断开相应的膜组；每当仿真电源的输出功率超出第二组功率输出阈值中最大的阈值，则仪表和控制系统接通第一开关，将多余电量充入蓄电池组；每当仿真电源的输出功率下降而低于第二阈值时，如果蓄电池组中具有电量，则仪表和控制系统改变第二开关的状态，由蓄电池组对电气系统供电，当仿真电源的输出功率回复至超过第二阈值时，再由仿真电源对电气系统供电；

(4)、待所有组的功率输出阈值均被试验完毕后，比较各组功率输出阈值所对应产水量，选择产水量最多的一组功率输出阈值及其所对应的膜组数量，作为反渗透海水淡化装置的优化后的功率输出阈值，其对应的膜组数量作为优化后的膜组数量，其对应的实验过程中，反渗透海水淡化装置高压泵的最大输出功率作为反渗透海水淡化装置高压泵选型的优化参数。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：

蓄电池组由一套或几套相同或不同容量的子蓄电池组组成，所述试验系统设置有子蓄电池组选择开关，所述仪表和控制系统与选择开关连接，控制选择开关的接通和关闭，接入或断开相应的子蓄电池。

所述反渗透海水淡化装置的浓水出口和产水出口均通过管道通至海水箱。

由于采用本发明的技术方案，本发明的有益效果是，不需要到海边、在风电场或光伏发电场或他们附近，就可模拟开展新能源海水淡化试验。不建设风力发电、光伏发电场等新能源发电场，在试验室就可以方便地模拟各种新能源特征进行发电，一是可以节省试验设备总投资，二是可以减少建设风电场和光伏电场等对环境影响，三是可以减少试验所需的土地需求，四是试验由于不受天气等外部因素影响，可以减少试验研究的人力、时间投入，并在较短的时间得到试验数据。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图。

图2为本发明的反渗透海水淡化装置示意图。

图3为蓄电池组组成示意图。

图4为反渗透海水淡化装置组成示意图。

具体实施方式

参照附图。本发明所提供的反渗透海水淡化试验系统，包括模拟新能源发电特征的仿真电源、第一开关K1、第二开关K2、整流充电器、蓄电池组、逆变器、电气系统、仪表和控制系统、反渗透海水淡化装置、海水箱。

模拟新能源发电特征的仿真电源由市电供电，其采用变压电路、分流电路的组合，在其控制器的控制下接通或断开相应的分流电路，用来模拟风能、太阳能或风能与太阳能混合的电源等新能源发电。仿真电源的最大输出功率、最小输出功率、波幅和变化频率可依据模型设定，该模型可依据安装反渗透海水淡化装置的备选地址处的气象资料推算风能、太阳能的发电量及波动情况，而对接入仿真电源的市电进行修饰，以模仿当地的供电特征。

电气系统将仿真电源或蓄电池组通过逆变器后输出动力电供给反渗透海水淡化装置的水泵等用电设备。

反渗透海水淡化装置为整个试验装置负载，可接收开关量信号来启动或关闭，可接收模拟量信号来控制运行反渗透海水淡化装置的产能。

仪表和控制系统由市电供电，是整个试验系统的控制中心，接收系统内各设备和仪表的开关量或模拟量信号，发出执行命令信号，包括开关量和模拟量信号。仪表和控制系统按照是否低于最小输出功率来决定反渗透装置启动或停运，按照仿真电源的输出功率调节反渗透的产能。根据仿真电源输出功率是否大于反渗透海水淡化装置的最大用电功率时闭合第一开关K1通过整流充电器对蓄电池组充电，否则关闭第一开关K1不对蓄电池组充电。仪表和控制系统具有中央控制器，分散在系统内的各个数字化仪表的控制器也是仪表和控制系统的组成部分，它们和中央控制器进行数据通信。

蓄电池组可以由一套或几套相同或不同容量的子蓄电池组组成，所述试验系统设置有子蓄电池组选择开关K21、K22、K23……K2n，所述仪表和控制系统与选择开关K21、K22、K23……K2n连接，控制选择开关K21、K22、K23……K2n的接通和断路，接通不同数量的子蓄电池组，以考察研究蓄电池的配置参数，进行技术可行性和经济性研究。

仪表和控制系统根据模拟新能源的仿真电源的输出功率通过第二开关K2来选择是仿真电源供电或由蓄电池组逆变暂时供电或准备系统停止运行。

反渗透海水淡化装置能够按照仪表和控制系统输出的输出模拟信号调节反渗透的产能，并将它的出力信号反馈给仪表和控制系统，反渗透海水淡化装置的响应速度，也由仪表和控制系统控制。

试验系统中的海水箱11中的海水可以是天然清海水，也可以是人工配制的海水，反渗透海水淡化装置的产水、浓海水回流到海水箱。

因此，本发明反渗透海水淡化装置省略了传统的沉淀池、超滤等前处理设备，直接由压力提升泵12开始，将压力提升至能通过保安滤器13，然后，管路分为两支，一支经高压泵14提升至工作压力而进入反渗透膜组17，另一路进入能量回收装置16，经升压后再由其高压泵15提升至至工作压力而进入反渗透膜组17。

反渗透海水淡化装置含有几套相同或不同产能的膜组，各膜组的开关与所述仪表和控制系统连接，所述仪表和控制系统与各膜组的开关连接，控制各膜组的开关的接通和关闭；以便更平滑、更大产能范围地调节反渗透海水淡化装置的产能，试验出最佳的设备配置。

在试验时，可采用以下步骤：

(1)、向仿真电源输入模拟新能源发电特征的供电输出模型，由仿真电源对电气系统供电；

(2)、根据预选的膜组数量，设置相应数量的第一组功率输出阈值，当仿真电源的输出功率低于第一组功率输出阈值中的最小阈值时，反渗透海水淡化装置的高压泵不开启，当仿真电源的输出功率大于第一组功率输出阈值中的第二阈值时，高压泵被开启，运行一组膜组，每当仿真电源的输出功率达到或低于一个阈值，则相应接通或断开相应的膜组；每当仿真电源的输出功率超出第一组功率输出阈值中最大的阈值，则仪表和控制系统接通第一开关，将多余电量充入蓄电池组；每当仿真电源的输出功率下降而低于第二阈值时，如果蓄电池组中具有电量，则仪表和控制系统改变第二开关的状态，由蓄电池组对电气系统供电，当仿真电源的输出功率回复至超过第二阈值时，再由仿真电源对电气系统供电；

(3)、待一个实验周期结束后，更换第二组功率输出阈值，当仿真电源的输出功率低于第二组功率输出阈值中的最小阈值时，反渗透海水淡化装置的高压泵不开启，当仿真电源的输出功率大于第二组功率输出阈值中的第二阈值时，高压泵被开启，运行一组膜组，每当仿真电源的输出功率达到或低于一个阈值，则相应接通或断开相应的膜组；每当仿真电源的输出功率超出第二组功率输出阈值中最大的阈值，则仪表和控制系统接通第一开关，将多余电量充入蓄电池组；每当仿真电源的输出功率下降而低于第二阈值时，如果蓄电池组中具有电量，则仪表和控制系统改变第二开关的状态，由蓄电池组对电气系统供电，当仿真电源的输出功率回复至超过第二阈值时，再由仿真电源对电气系统供电；

(4)、待所有组的功率输出阈值均被试验完毕后，比较各组功率输出阈值所对应产水量，选择产水量最多的一组功率输出阈值及其所对应的膜组数量，作为反渗透海水淡化装置的优化后的功率输出阈值，其对应的膜组数量作为优化后的膜组数量，其对应的实验过程中，反渗透海水淡化装置高压泵的最大输出功率作为反渗透海水淡化装置高压泵选型的优化参数。

本发明可用来开展仿真电源给反渗透海水淡化装置供电的试验运行研究，寻求和验证满足风电与海水淡化装置耦合运行的反渗透海水淡化工艺、电气、控制等技术条件和评价运行的可行性、经济性。

Claims (3)

1.一种反渗透海水淡化装置的优化方法，其特征在于所述优化方法基于反渗透海水淡化试验系统，所述反渗透海水淡化试验系统包括模拟新能源发电特征的仿真电源、第一开关K1、第二开关K2、整流充电器、蓄电池组、逆变器、电气系统、仪表和控制系统、反渗透海水淡化装置、海水箱；

所述仿真电源输出的动力和蓄电池组通过逆变器后输出的动力通过第二开关K2的选择而连接至电气系统；

仿真电源输出端还连接至整流充电器的输入端，并由第一开关K1控制它们之间的通断，整流充电器的输出端和蓄电池组的输入端连接；

电气系统将仿真电源输出的动力或蓄电池组通过逆变器后输出的动力电供给反渗透海水淡化装置的用电设备；

仪表和控制系统由市电供电，与仿真电源、第一开关K1、第二开关K2、整流充电器、蓄电池组、逆变器、电气系统、反渗透海水淡化装置连接，接收它们的开关量或模拟量信号，并对它们发出执行命令信号，包括开关量和模拟量信号；

反渗透海水淡化装置含有几套相同或不同产能的并联的膜组，各膜组的开关与所述仪表和控制系统连接，所述仪表和控制系统与各膜组的开关连接，控制各膜组的开关的接通和关闭，接入或断开相应的膜组；

所述海水箱的出水口与反渗透海水淡化装置的进水端相连；

所述方法包括以下步骤：

（1）、向仿真电源输入模拟新能源发电特征的供电输出模型，由仿真电源对电气系统供电；

（2）、根据预选的膜组数量，设置相应数量的第一组功率输出阈值，当仿真电源的输出功率低于第一组功率输出阈值中的最小阈值时，反渗透海水淡化装置的高压泵不开启，当仿真电源的输出功率大于第一组功率输出阈值中的第二阈值时，高压泵被开启，运行一组膜组，每当仿真电源的输出功率达到或低于一个阈值，则相应接通或断开相应的膜组；每当仿真电源的输出功率超出第一组功率输出阈值中最大的阈值，则仪表和控制系统接通第一开关，将多余电量充入蓄电池组；每当仿真电源的输出功率下降而低于第二阈值时，如果蓄电池组中具有电量，则仪表和控制系统改变第二开关的状态，由蓄电池组对电气系统供电，当仿真电源的输出功率回复至超过第二阈值时，再由仿真电源对电气系统供电；

（3）、待一个实验周期结束后，更换第二组功率输出阈值，当仿真电源的输出功率低于第二组功率输出阈值中的最小阈值时，反渗透海水淡化装置的高压泵不开启，当仿真电源的输出功率大于第二组功率输出阈值中的第二阈值时，高压泵被开启，运行一组膜组，每当仿真电源的输出功率达到或低于一个阈值，则相应接通或断开相应的膜组；每当仿真电源的输出功率超出第二组功率输出阈值中最大的阈值，则仪表和控制系统接通第一开关，将多余电量充入蓄电池组；每当仿真电源的输出功率下降而低于第二阈值时，如果蓄电池组中具有电量，则仪表和控制系统改变第二开关的状态，由蓄电池组对电气系统供电，当仿真电源的输出功率回复至超过第二阈值时，再由仿真电源对电气系统供电；

（4）、待所有组的功率输出阈值均被试验完毕后，比较各组功率输出阈值所对应产水量，选择产水量最多的一组功率输出阈值及其所对应的膜组数量，作为反渗透海水淡化装置的优化后的功率输出阈值，其对应的膜组数量作为优化后的膜组数量，其对应的实验过程中，反渗透海水淡化装置高压泵的最大输出功率作为反渗透海水淡化装置高压泵选型的优化参数。

2.如权利要求1所述的一种反渗透海水淡化装置的优化方法，其特征在于蓄电池组由一套或几套相同或不同容量的子蓄电池组组成，所述试验系统设置有子蓄电池组选择开关，所述仪表和控制系统与选择开关连接，控制选择开关的接通和关闭，接入或断开相应的子蓄电池。

3.如权利要求1所述的一种反渗透海水淡化装置的优化方法，其特征在于所述反渗透海水淡化装置的浓水出口和产水出口均通过管道通至海水箱。