CN109368873A - 一种风电互补海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电互补海水淡化系统，包括：风力转化储能装置、动能输送装置、海水淡化与能量回收装置、原水池、过滤反应装置、产水池；风力转化储能装置包括：风叶、传动部件、传动轴、柱塞泵、液压储能器、控制阀；动能输送装置包括：压力表、液压马达、电动机、高压泵；海水淡化与能量回收装置包括：第一膜组、第二膜组、第一透平式一体机、第二透平式一体机；本发明减少了能量转化过程中的消耗，采用了现有液压储能器的装置，不仅能够储存能量，还能消除不稳定风能的波动和冲击，通过可再生风能作为辅助动力源输入与双膜组和双透平式一体机的联合使用，有效地降低了海水淡化的能耗和成本。

Description

一种风电互补海水淡化系统
技术领域
本发明涉及反渗透海水淡化技术领域，具体涉及一种风电互补海水淡化系统。
背景技术
反渗透海水淡化，即反渗透膜法，是目前海水淡化膜法的主流技术之一，反渗透膜法具有投资低、能耗低等优点，但海水预处理要求高，反渗透膜法是未来海水淡化发展方向之一。反渗透膜组件是反渗透海水淡化系统中重要的组成部分，经预处理系统处理后的海水经高压泵流经高脱盐率卷式膜组件，通过控制调压阀增加压力，使海水中的部分纯水透过膜组件进入多孔收集管，经由软管流出设备，而盐分则被阻挡在膜表面随大部分海水排出设备，滤后水经过后处理得到所需的淡水。反渗透海水淡化技术发展的一个重要问题是如何降低能耗和成本，为实现这一目的，通常采用的方法是能量回收技术，即将反渗透膜排出的浓水余压重新再利用。此外，将再生能源如风能应用到海水淡化系统中也是近些年海水淡化技术提出的新方法。
申请号为CN201520072261.4的专利申请中公开了一种反渗透海水淡化试验装置，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。
但是，目前风能海水淡化主要途径为利用风力发电机组先将风能转化为电能，然后利用电能驱动高压泵将水加压进行反渗透淡化处理，即风电反渗透装置。该装置存在以下问题：(1)利用风能转化为电能，再转化为压力能，能量转化过程较多，能量利用率不高；(2)受风力波动的影响，风电输出的稳定性较差，为增加稳定性采用的蓄电池、逆变器等容量较大，一次性投资昂贵。
针对上述问题，申请号为CN201220073420.9的专利申请中公开了一种适用于反渗透海水淡化的风力加压装置。该实用新型所压空储罐是对空气进行压缩储能，平常空气中是有水分的，特别是沿海地区，空气湿度大，当含有水分的空气被压缩加热后由于空气密度增大，会有部分水析出，在罐壁的冷却下就会吸附在罐壁上，对于罐壁的排水维护就很麻烦。
此外，申请号为CN201110151044.0的专利申请中公开了一种风电互补的液压驱动海水淡化装置。该发明采用缓冲压力容器可有效稳定油路压力，保证液压泵正常运行，但是该缓冲压力容器是采用液压油作为传动介质，需要额外的油箱、低压油泵、输油管等辅助设备，增加装置的体积和后续维修的工序。
综上所述，将可再生能源用于海水淡化过程中去是未来海水淡化和再利用技术的发展方向，而风能作为沿海地区最普遍的能源之一，将其充分利用是可生能源利用的重要研究方向，尽管当前的公知常识和现有技术都对风能式海水淡化有所介绍，但是存在将风能转化电能过程能耗损失的问题，其次，风能直接转化液压能存在不稳定，而利用储能容器对空气和液压油作为工作储能介质存在增加设备和后续维修复杂等一系列问题，针对上述问题，如何高效地利用风能，将其转化为稳定地可控液压能，降低能耗，节约成本，并与海水淡化工程进行有效结合是当前再生能源海水淡化工程亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种风电互补海水淡化系统，以解决上述存在的技术问题。
本发明的风电互补海水淡化系统，包括：风力转化储能装置、动能输送装置、海水淡化与能量回收装置、原水池、过滤反应装置、产水池；
所述风力转化储能装置包括：风叶、传动部件、传动轴、柱塞泵、液压储能器、控制阀；
所述动能输送装置包括：压力表、液压马达、电动机、高压泵；
所述海水淡化与能量回收装置包括：第一膜组、第二膜组、第一透平式一体机、第二透平式一体机，第一模组和第二膜组是反渗透膜法通用膜组件；
所述风叶通过传动部件、传动轴与柱塞泵相连接，风叶、传动部件、传动轴、柱塞泵之间的连接方式是先有风能发电中常见的连接方式，所述柱塞泵通过液压管路与多组的液压储能器相连接，多组的液压储能器能够实现按需逐级储能的功效，所述控制阀设置在液压储能器端口处液压管路上，所述控制阀为液压元件通用部件，所述液压储能器通过液压管路与液压马达相连接，液压储能器和液压马达连接的液压管路上设置有压力表，液压马达通过传动元件与高压泵相连接；
所述外接交流电的电动机通过传动元件与高压泵相连接；
所述原水池通过液压管路与过滤反应装置相连接，原水池的原水是引进的海水；
所述过滤反应装置的出口设置有两个端口，所述过滤反应装置的一个端口通过液压管路与高压泵的入水端相连接，所述过滤反应装置的另一个端口通过液压管路与排放水渠相连接，过滤反应装置的作用是原水进行预处理，包括：混凝、沉淀、过滤、气浮、超/微滤等，与高压泵相连接的液压管路里流经的是经过预处理的原水，与排放水渠相连接的液压管路里流经的是原水经过预处理后的排污水；
所述高压泵的出水端通过液压管路与第一透平式一体机的泵体入口端相连接，所述第一透平式一体机的泵体出口端通过两条液压管路与第一膜组的入口端相连接，所述第一膜组的出口端通过液压管路与第二透平式一体机的泵体入口端相连接，所述第二透平式一体机的泵体出口端通过两条液压管路与第二膜组的入口端相连接，所述第二膜组的出口端通过两条液压管路分别与第一透平式一体机的透平体入口端、第二透平式一体机的透平体入口端相连接，所述第一透平式一体机的透平体出口端、第二透平式一体机的透平体出口端通过液压管路与排放水渠相连接；
所述第一膜组的产水端、第二膜组的产水端分别通过液压管路与产水池相连接；
作为优选地，多组的液压储能器采用多级并联的形式。
进入高压泵入水端的是经过预处理的低压原水，高压泵对预处理的低压原水进行施压，将低压原水变为高压原水，经第一透平式一体机的透平体出口端、第二透平式一体机的透平体出口端排出的是低压浓海水，第一膜组的产水端、第二膜组的产水端排出的经过淡化处理的淡水。
液压储能器是液压气动系统中的一种常见的能量储蓄装置，它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。液压储能器可以存储能量、吸收液压冲击、消除脉动和回收能量。液压储能器可以通过多组并联或串联等形式进行存储能量。
透平式一体机，即液力透平增压泵，分为泵体和透平体，泵体设置有出口端和出口端，透平体设置有出口端和出口端，透平体的叶轮与泵体的叶轮共用一根轴，实现了液力透平与泵转子间的完美耦合，这样就可以将透平体的高压液体的能量直接转化成泵体低压液体的能量，具有明显的结构优势。
液压马达是液压系统的一种执行元件，它将液压泵提供的液体压力能转变为其输出轴的机械能。液体是传递力和运动的介质。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提出的风电互补海水淡化系统，通过将风叶接收的风能通过传动部件、传动轴机械传动给柱塞泵，将风能首先转化为机械能再转化为液压能，液压能通过液压储能器进行储存，液压储能器通过控制阀和压力表等稳定地将液压能传送给液压马达，液压马达作为辅助动力源带动高压泵运转。此外，与高压泵相连接的电动机作为主要动力源也带动高压泵运转，通过上述的能量传递和转化，有效地利用了风能，可以降低淡化装置的能耗，降低成本。与传统风电先传化为电能，再将电能用于海水淡化的技术相比，本技术方案减少了能量转化过程中的消耗，在能量储存过程中，采用了现有装置液压储能器，液压储能器不仅可以储存能量，还能消除不稳定风能的波动和冲击。此外，将第一膜组、第二膜组、第一透平式一体机、第二透平式一体机进行联合连接，相比较传统的单膜组和单透平式一体机的使用方式，双膜组和双透平式一体机可以充分发挥透平式一体机和膜组的功效，使得产生零排放的环保节能效益。本发明通过可再生风能作为辅助动力源输入与双膜组和双透平式一体机的联合使用，有效地降低了海水淡化的能耗和成本。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明的结构原理示意图；
图中：1、风叶；2、传动部件；3、传动轴；4、柱塞泵；5、液压储能器；6、控制阀；7、压力表；8、原水池；9、过滤反应装置；10、液压马达；11、电动机；12、高压泵；13、第一膜组；14、第二膜组；15、第一透平式一体机；16、第二透平式一体机；17、产水池。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：如图1所示，风电互补海水淡化系统，包括：风力转化储能装置、动能输送装置、海水淡化与能量回收装置、原水池8、过滤反应装置9、产水池17；
风力转化储能装置包括：风叶1、传动部件2、传动轴3、柱塞泵4、液压储能器5、控制阀6；
动能输送装置包括：压力表7、液压马达10、电动机11、高压泵12；
海水淡化与能量回收装置包括：第一膜组13、第二膜组14、第一透平式一体机15、第二透平式一体机16；
风叶1通过传动部件2、传动轴3与柱塞泵4相连接，柱塞泵4通过液压管路与多组的液压储能器5相连接，控制阀6设置在液压储能器5端口处液压管路上，多组的液压储能器5以多级并联形式实现按需逐级储能的功效，控制阀6为液压元件通用部件，液压储能器5通过液压管路与液压马达10相连接，液压储能器5和液压马达10连接的液压管路上设置有压力表7，液压马达10通过传动元件与高压泵12相连接；
外接交流电的电动机11通过传动元件与高压泵12相连接；
原水池8通过液压管路与过滤反应装置9相连接，原水池8的原水是引进的海水；
过滤反应装置9的出口设置有两个端口，过滤反应装置9的一个端口通过液压管路与高压泵12的入水端相连接，过滤反应装置9的一个端口通过液压管路与排放水渠相连接，过滤反应装置9的作用是原水进行预处理，包括：混凝、沉淀、过滤、气浮、超/微滤等，与高压泵12相连接的液压管路里流经的是经过预处理的原水，与排放水渠相连接的液压管路里流经的是原水经过预处理后的排污水；
高压泵12的出水端通过液压管路与第一透平式一体机15的泵体入口端相连接，第一透平式一体机15的泵体出口端通过两条液压管路与第一膜组13的入口端相连接，第一膜组13的出口端通过液压管路与第二透平式一体机16的泵体入口端相连接，第二透平式一体机16的泵体出口端通过两条液压管路与第二膜组14的入口端相连接，第二膜组14的出口端通过两条液压管路分别与第一透平式一体机15的透平体入口端、第二透平式一体机16的透平体入口端相连接，第一透平式一体机15的透平体出口端、第二透平式一体机16的透平体出口端通过液压管路与排放水渠相连接；
第一膜组13的产水端、第二膜组14的产水端分别通过液压管路与产水池17相连接；
进入高压泵12入水端的是经过预处理的低压原水，高压泵12对预处理的低压原水进行施压，将低压原水变为高压原水，经第一透平式一体机15的透平体出口端、第二透平式一体机16的透平体出口端排出的是低压浓海水，第一膜组13的产水端、第二膜组14的产水端排出的经过淡化处理的淡水。
液压储能器5是液压气动系统中的一种常见的能量储蓄装置，它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。液压储能器5可以存储能量、吸收液压冲击、消除脉动和回收能量。
本实施例提出的风电互补海水淡化系统，通过将风叶1接收的风能通过传动部件2、传动轴3机械传动给柱塞泵4，将风能首先转化为机械能再转化为液压能，液压能通过液压储能器5进行储存，液压储能器5通过控制阀6和压力表7等稳定地将液压能传送给液压马达10，液压马达10作为辅助动力源带动高压泵12运转，此外，与高压泵12相连接的电动机11作为主要动力源也带动高压泵12运转，通过上述的能量传递和转化，有效地利用了风能，可以降低淡化装置的能耗，降低成本；此外，将第一膜组13、第二膜组14、第一透平式一体机15、第二透平式一体机16进行联合连接，相比较传统的单膜组和单透平式一体机的使用方式，双膜组和双透平式一体机可以充分发挥透平式一体机和膜组的功效，使得产生零排放的环保节能效益。本实施例通过可再生风能作为辅助动力源输入与双膜组和双透平式一体机的联合使用，有效地降低了海水淡化的能耗和成本。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (6)

1.一种风电互补海水淡化系统，包括：风力转化储能装置、动能输送装置、海水淡化与能量回收装置、原水池(8)、过滤反应装置(9)、产水池(17)，原水池(8)通过液压管路与过滤反应装置(9)相连接，所述风力转化储能装置与动能输送装置相连接，所述动能输送装置与海水淡化与能量回收装置相连接，所述海水淡化与能量回收装置通过液压管路与产水池(17)相连接，其特征在于，所述风力转化储能装置包括：风叶(1)、传动部件(2)、传动轴(3)、柱塞泵(4)、液压储能器(5)、控制阀(6)；
所述风叶(1)通过传动部件(2)、传动轴(3)与柱塞泵(4)相依次连接，所述柱塞泵(4)通过液压管路与多组的液压储能器(5)相连接，所述控制阀(6)设置在每组液压储能器(5)端口处液压管路上；
所述海水淡化与能量回收装置包括：第一膜组(13)、第二膜组(14)、第一透平式一体机(15)、第二透平式一体机(16)；
所述第一透平式一体机(15)的泵体出口端通过两条液压管路与第一膜组(13)的入口端相连接，所述第一膜组(13)的出口端通过液压管路与第二透平式一体机(16)的泵体入口端相连接，所述第二透平式一体机(16)的泵体出口端通过液压管路与第二膜组(14)的入口端相连接，所述第二膜组(14)的出口端通过两条液压管路分别与第一透平式一体机(15)的透平体入口端、第二透平式一体机(16)的透平体入口端相连接，所述第一透平式一体机(15)的透平体出口端、第二透平式一体机(16)的透平体出口端与排放水渠相连接。
2.根据权利要求1所述的风电互补海水淡化系统，其特征在于，所述动能输送装置包括：压力表(7)、液压马达(10)、电动机(11)、高压泵(12)，多组的所述液压储能器(5)通过液压管路与液压马达(10)相连接，所述液压储能器(5)和液压马达(10)连接的液压管路上设置有压力表(7)，液压马达(10)通过传动元件与高压泵(12)相连接，外接交流电的电动机(11)通过传动元件与高压泵(12)相连接。
3.根据权利要求2所述的风电互补海水淡化系统，其特征在于，所述过滤反应装置(9)的出口设置有两个端口，所述过滤反应装置(9)的一个端口通过液压管路与高压泵(12)的入水端相连接，所述过滤反应装置(9)的另一个端口通过液压管路与排放水渠相连接。
4.根据权利要求3所述的风电互补海水淡化系统，其特征在于，所述高压泵(12)的出水端通过液压管路与第一透平式一体机(15)的泵体入口端相连接。
5.根据权利要求4所述的风电互补海水淡化系统，其特征在于，第一膜组(13)的产水端、第二膜组(14)的产水端分别与产水池(17)相连接。
6.根据权利要求1～5任一项所述的风电互补海水淡化系统，其特征在于，多组的所述液压储能器(5)采用多级并联形式。
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