[实用新型]风力压缩空气储能式海水淡化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种海水淡化装置，尤其是一种应用于解决淡水资源匮乏的风力压缩空气储能式膜技术海水淡化装置。

背景技术

在世界水资源紧张和能源危机的双重压力下，海水淡化解决水资源缺乏获得了各国科研人员重视。海水淡化能耗大，特别对于一些偏远海岛，电网无法触及，电能和淡水资源同样困扰海岛住户，但风资源丰富，发展风能等可再生能源海水淡化无疑是解决水资源匮乏的有效手段。

海水淡化主要有蒸馏法和膜法两种类型，其中膜法式海水淡化因其能耗小、易维护、规模大等特点已成为海水淡化主流技术。但风能本身的间歇性和波动性常使海水淡化系统工作在变工况状态下，研究发现海水淡化技术并不适合变工况运行，尤其是膜技术海水淡化技术，渗透压和流量的波动直接影响淡化处理效率和淡化质量，增加反冲洗次数，甚至损坏渗透膜；目前普遍采用淡化单元开关控制、风机功率控制以及储能等方法应对风能波动性以实现海水淡化恒工况，其中淡化开关控制通过改变海水淡化单元数量动态跟随风机功率，实现海水淡化单元工况稳定，但却因淡化单元数量变化难以保证淡水供应；风机功率控制则经由机舱偏航以及变桨距实现海水淡化功率恒定，但却降低了风能捕获效率；研究发现高效储能是有效解决上述问题的有效手段，目前海水淡化系统普遍采用蓄电池储能对风能平抑，但蓄电池储能存在循环寿命短且生产过程及废旧处理存在污染转移问题，无疑增加构建海水淡化系统的成本和环保压力。

发明内容

本实用新型目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种风力压缩空气储能式膜技术海水淡化装置。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案为：一种风力压缩空气储能式海水淡化装置，包括风力涡轮机、行星齿轮、提水泵、膜式气压淡化单元以及涡旋机等。风力涡轮机捕获风能，并由行星齿轮将转矩分配至海水淡化和压缩空气储能两支路，提水泵经变速装置和行星齿轮齿圈机械耦合，提升预处理海水并送至膜式气压淡化单元，其流量由提水泵负责，反渗透压由比例阀门控制弹性气囊气压实现；废弃海水能量由涡轮机助推提水泵；压缩空气储能平抑风能波动性和间歇性问题，当风机功率超过提水泵功率，涡旋机工作在压缩储能模式，将多余能量存储在气罐中，而当风机功率不足于确保提水泵额定工况运行时，涡旋机膨胀助力辅助驱动提水泵运行；涡旋机与气罐之间有两条并联气路相连，即含单向阀压缩支路以及含电磁比例阀的膨胀支路。

所述行星齿轮是机械耦合装置，其有行星架、齿圈以及太阳轮等三个输入和输出轴，分别经变速机构和风力涡轮机、提水泵以及涡旋机机械联接，完成风能合成与分解，且分配比例严格由齿圈和太阳轮转速比决定，所述变速机构是确保提水泵和涡旋机高效转速范围运行。

所述提水泵用于提升预处理海水，同时为海水淡化单元提供反渗透压及进水流量，其输入功率严格由压缩空气储能对波动的风机功率周期平抑。

所述膜式气压淡化单元，由圆柱型渗透膜和球型弹性气囊组成，其中圆柱型渗透膜在反渗透压作用下，可将淡水经渗透膜渗出，高压盐废水排出；为提高海水淡化效率和渗透膜寿命，系统运行工况须确保稳定，其中反渗透压是经由球形弹性气囊气压控制实现。

所述风力涡轮机、提水泵、涡旋机以及涡轮机等设置有转速传感器。

所述涡旋机排气口以及进口均设置有压力传感器，储气罐内设有压力和温度传感器。

所述压膜式气压淡化单元分别设有水压传感器、流量传感器；球型压缩气囊内设有压力传感器，其气囊具有韧性特点。

所述预处理池内设有PH传感器和桶式过滤器，完成海水预处理，提供待淡化海水水源。

所述压力传感器、速度传感器、温度传感器、比例阀门、开关阀、电磁离合器分别与中央控制器DSP28335相连。

本实用新型的有益效果是：1）风力涡轮机经机械耦合装置驱动提水泵，省却了传统风力海水淡化系统中的发电机，减少了机械-电-机械等2级能量转换环节，提高了风能利用率。2）采用压缩空气储能方式确保提水泵工况稳定，有效消除风机波动性功率对海水淡化装置影响，易于实现反渗透膜恒工况运行，提高淡化效率以及反渗透膜使用寿命。3）采用独特结构的桶形反渗透滤膜结构，提高了反渗透膜接触面积；融提水泵和球型弹性气囊共同构成膜式气压淡化单元的恒工况控制机制，尤其是球型弹性气囊的柔性无级反渗透压控制，有效解决了传统反渗透装置高压泵流量和渗透压严重耦合问题，可大幅提高海水淡化效率以及渗透膜使用寿命。

附图说明

图1表示了风力压缩空气储能式海水淡化装置结构简图。

图2表示了压缩空气膜式海水淡化单元结构简图。