基于风能利用的海水淡化技术途径研究

【摘要】：随着全球人口的增加和经济的发展,人类对水的需求增长越来越快,淡水资源缺乏问题逐渐显露出来,就像“能源危机”一样,淡水资源的匮乏,越来越成为人们注目的焦点。因此,寻求节能高效的造水方法势在必行。海水淡化属于能量密集型产业,从长远角度看,大力发展可再生能源并用于海水淡化将是解决海水淡化高耗能的重要途径。研究并开发利用风能进行海水淡化已成为海水淡化研究领域的热点。 本文在多级闪蒸方法海水淡化,多效蒸馏方法海水淡化,反渗透方法海水淡化的基础上,开发设计了三套直接利用风能进行海水淡化的系统。由于风能波动性、间歇性和不稳定的自然特点,系统设计的原则建立在储能技术上,分别将真空储能,压缩空气储能,蓄水储能三种储能技术应用于风能开发,同时耦合三种不同的海水淡化方法,最后形成了基于多级闪蒸方法的风能海水淡化系统、基于多效蒸馏方法的风能海水淡化系统和基于反渗透方法的风能海水淡化系统。 针对多级闪蒸海水淡化所需能源消耗为热能和真空能的问题,论文提出了将真空储能技术应用于风能开发上；同样,针对多效蒸馏海水淡化所需能源消耗为热能的问题,论文提出了将比较先进的压缩空气储能技术应用于风能上。以上两种储能技术能够满足风能资源的大规模利用,与此同时,为海水淡化系统提供所需能源。储能技术和海水淡化互相耦合并优化。针对反渗透海水淡化所需能源消耗为压力能问题,论文提出一种压力平衡装置,该装置具有储能储水的作用,同时为海水淡化装置提供平稳、不间断的流量和合适的压力的海水,满足反渗透膜的工作要求。 在以上工作的基础上,本文对基于多级闪蒸方法的风能海水淡化系统和基于多效蒸馏方法的风能海水淡化系统进行了热力学(?)分析,得到了针对该两套系统的(?)损失解析表达式,并且进一步分析基于多效蒸馏方法的风能海水淡化系统中多效蒸馏部分的(?)损失,得到了多效蒸馏部分和压缩空气储能部分的(?)损失解析表达式;针对基于反渗透方法的风能海水淡化系统,本文以理论分析,模拟计算为基础,结合具体的工程实例,模拟计算了风能利用海水淡化系统运行特性,验证了系统的可行性。作为直接风能进行海水淡化的初步研究工作,本文从可靠性工程基础入手,探讨了系统可靠性分析基本模型及分析方法,分别对三套风能海水淡化系统可靠性模型进行了一系列的简化,得出了系统可靠性分析模型,最后,得到了三种系统可靠度的解析表达式。 【关键词】：风能 海水淡化 多级闪蒸 多效蒸馏 反渗透 可靠性
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 图目录12-14
• 表目录14-15
• 第1章. 绪论15-27
• 1.1 课题的背景及意义15-17
• 1.2 国内外海水淡化现状与发展趋势17-23
• 1.2.1 海水淡化技术现状17-20
• 1.2.1.1 多级闪蒸方法17-18
• 1.2.1.2 多效蒸馏方法18-19
• 1.2.1.3 反渗透方法19-20
• 1.2.2 主要海水淡化技术的比较20-21
• 1.2.3 海水淡化过程的能耗21
• 1.2.4 国内外海水淡化现状与发展21-23
• 1.2.4.1 国外海水淡化现状与趋势21-22
• 1.2.4.2 我国海水淡化现状与趋势22-23
• 1.3 风能海水淡化的现状与发展23-25
• 1.3.1 耦合式风能直接利用海水淡化研究现状24
• 1.3.2 分离式风能发电海水淡化研究现状24-25
• 1.4 本文的主要研究内容25-27
• 第2章. 基于多级闪蒸方法的风能海水淡化系统27-41
• 2.1 多级闪蒸海水淡化技术原理27-28
• 2.1.1 多级闪蒸原理27
• 2.1.2 多级闪蒸海水淡化的特点27-28
• 2.2 真空储能技术28-29
• 2.3 多级闪蒸海水淡化系统设计29-33
• 2.3.1 系统结构29-31
• 2.3.2 系统工作过程31-32
• 2.3.3 系统特点32-33
• 2.4 系统热力学分析33-39
• 2.4.1 (?)分析基础33-34
• 2.4.2 系统(?)分析34-39
• 2.5 本章小结39-41
• 第3章. 基于多效蒸馏方法的风能海水淡化系统41-53
• 3.1 多效蒸馏海水淡化技术原理41-42
• 3.1.1 多效蒸馏原理41-42
• 3.1.2 多效蒸馏海水淡化的特点42
• 3.2 压缩空气储能技术42-43
• 3.3 多效蒸馏海水淡化系统设计43-48
• 3.3.1 系统结构44-46
• 3.3.2 系统工作过程46-47
• 3.3.3 系统特点47-48
• 3.4 系统热力学分析48-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章. 基于反渗透方法的风能海水淡化系统53-73
• 4.1 反渗透海水淡化技术原理53-57
• 4.1.1 反渗透基本原理53-54
• 4.1.2 反渗透膜与其他膜过滤54-56
• 4.1.3 反渗透海水淡化工艺流程56-57
• 4.2 反渗透海水淡化系统设计57-63
• 4.2.1 系统概述58
• 4.2.2 系统关键技术58-59
• 4.2.3 系统结构组成59-63
• 4.3 系统运行特性分析63-70
• 4.3.1 非设计工况特性分析65-66
• 4.3.2 变工况特性分析66-68
• 4.3.3 压力平衡装置容积对系统工作的影响68-70
• 4.4 本章小结70-73
• 第5章. 风能海水淡化系统可靠性分析73-83
• 5.1 可靠性分析基础73-75
• 5.2 系统可靠性分析模型75-77
• 5.3 风能海水淡化可靠性分析77-81
• 5.3.1 基于多级闪蒸方法的风能海水淡化可靠性分析78-79
• 5.3.2 基于多效蒸馏方法的风能海水淡化可靠性分析79-80
• 5.3.3 基于反渗透方法的风能海水淡化可靠性分析80-81
• 5.4 本章小结81-83
• 第6章. 总结和展望83-85
• 6.1 总结83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-88
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文、发明专利及获奖情况88-90
• 致谢90

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