CN102808398A - 反渗透海水淡化与沿海蓄能电站对接方法及海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反渗透海水淡化机组与沿海蓄能电站对接方法及海水淡化系统，包括：海水经过高扬泵抽到具有落差高度的高水库中；水库中的一部分海水通过输水管道接至反渗透海水淡化机组的入水口，海水通过自身的势能获得5～7兆帕(MPa)高压海水，对接现有的反渗透淡化技术，对反渗透膜施加压力，从而将海水淡化。在蓄能电站获益的同时，加建低投入、高产出、高回报的大规模海水淡化厂，可谓一举两得。反渗透膜海水淡化机组(吨/时)投资成本就只需一万元左右。

Description

反渗透海水淡化与沿海蓄能电站对接方法及海水淡化系统

技术领域

本发明涉及海水淡化技术，特别涉及重力反渗透海水淡化与沿海蓄能电站对接方法及海水淡化系统。

背景技术

众所周知，目前全球性的缺水问题日趋严重，所以将海水转化为淡水的海水淡化市场也在不断增长和发展。世界上付诸商业应用的海水淡化技术主要包括有蒸馏法、反渗透法(正渗透法)、海水冻结法、电渗析法等等。反渗透淡化技术由于具有设备投资少、能量消耗低、建造周期短等优点，发展迅速。

发明专利“用海洋能的反渗透海水淡化方法及装置(201010105433.5)公开了一种利用海洋能的反渗透海水淡化方法及装置，在海边挖一口井，井分两侧，一侧作为海水井，一侧作为设备井，利用海洋能将海水送进海水井，并使海水井水位高出海平面，装置固定安装在设备井井底，装置包括海水进水和出水系统、待升压海水输送系统、升压设备、海水排水设备、反渗透膜组件、淡水提升系统和浓海水排水系统。通过装置的海水进水系统，将海水井井底的海水引进装置内，并驱动升压设备和排水设备，升压设备制造高压海水，高压海水通过反渗透膜组件产生淡水和剩余浓海水，淡水利用普通的泵提升到地面，浓海水利用余压排出地面，排水设备主要用于排出升压设备内和自身设备内的海水以保持装置的连续运行。

实用新型“渗透海水淡化机(97209034.7)公开了一种反渗透海水淡化机，包括：海水进口管、过滤器、高压泵、膜元件、淡水出口管依次连接，膜元件还与浓海水出口管连接，形成一个海水淡化管路；另有一个带有清洁箱的水管旁路将高压泵和淡水出口管连通，形成清洗管路；在水管旁路的两端分别设置阀门；在高压泵前、淡水出口管和浓海水出口管处分别设有低压力表、流量计、高压力表。它解决了现有产品结构复杂、操作复杂的问题，可将含盐量约35000mg/l的海水一次淡化为符合国家标准的饮用水。

发明专利“力发电反渗透法海水淡化系统(201010543084.5)公开了一种风力发电反渗透法海水淡化系统，包括：风力发电机组、风电海水淡化驱动器和包含第一电动机驱动的原水泵和第二电动机驱动的增压泵的反渗透法海水淡化装置。风电海水淡化驱动器包括将交流电转换为直流电的整流滤波模块、用于控制风力发电机组转速与整流滤波模块直流电压的电阻制动模块、连接原水泵第一电机的第一变频器、连接增压泵第二电机的第二变频器以及主控模块。主控单元被设置为控制变频器输出频率令风力发电机组以最大输出功率运行，当风力电能不满足系统用电需求时令市电或柴电补充供电，否则优先消耗风电，控制电阻制动模块可变消耗直流电能以限制风力发电机组转速和整流滤波模块直流电压，使系统效率高适应强无需蓄电池而节约成本。

上述三个专利均存在相同的问题，即：均使用了增压设备(升压设备、高压泵和增压泵)，这样就必然增加系统成本，而且增压设备的盐化等一系列问题，从而带来维修的成本。

另外，现有的反渗透的工艺流程如图1所示：

海水1由供水泵2提升，经过初级海水处理3，包括加药31，多介质过滤32，活性炭吸附33以及精密过滤34到水库，然后，由高压泵4产生高压，由反渗透膜机组5进行反渗透处理，产生淡水及盐。

目前应用反渗透膜的反渗透法运行时必须通过高压泵向膜组件施加5～7兆帕(MPa)的压力，吨/时投资成本十万元左右，运行耗电6度/m3。

从另外一个角度讲，海水淡化设备中不可能离开电力(包括风能、海洋能等能量转化来的电力)。而电力的生产和消费是同步完成的。社会生产和生活规律决定了用电量在一天24小时内是不均衡的，人们用电量很少时，电力负荷处于低谷，发电厂发出的电可能超过用户的需要，电力系统就有了剩余电能；上班时间或晚上七、八、九点钟时，人们用电量最多，这时电力负荷处于高峰，发电厂发出的电又可能无法满足用户的需要。因此，电力系统需要抽水蓄能电站作为“电能仓库”来调节、解决这种电力盈缺现象。

抽水蓄能电站利用地形，在上下两个地方各建设一个水库，在上低水库间建设水力发电站，在(汛期、假期或后半夜低谷)电能多余时将低水库的水抽到高水库储存起来，需要时再放水发电，是间接储存电能的一种方式。

世界上，抽水蓄能电站的建设与运行已有一百多年的历史，在20世纪60年代后得到迅速发展。到2005年，全世界抽水蓄能电站总装机已经达到1.2亿千瓦，平均年增长9.1％，比常规水电的发展速度快得多。世界上抽水蓄能电站发展最快、装机容量最多的是日本，达到2431万千瓦，美国、意大利、德国等国紧随其后。目前，部分国家的抽水蓄能机组占全国装机的比重已超过10％。由于我国对抽水蓄能电站的认识不够，建设起步较晚。20世纪90年代建设高潮来临，兴建了广州抽水蓄能电站一期、北京十三陵、浙江天荒坪等为代表的一批大型抽水蓄能电站。

其中，天荒坪蓄能电站.投资73.77亿人民币，电厂总装机容量为180万千瓦，属日调节纯抽水蓄能电厂，年发电量31.60亿千瓦时，年抽水耗电量42.86亿千瓦时，低水库库容877万m3，高水库库容885万m3。二期工程动态总投资预计为62亿元该工程装机容量为2400兆瓦共8台机组。二期建成后，加上一期的容量，总装机容量将达到4200兆瓦。总投资136亿人民币。400兆瓦机组，提水100M3/s，36万m3/h，800万m3/d，

发明专利申请“水电站蓄能发电的方法(201010258832.5)”公开了一种水电站蓄能发电的方法，将需要蓄能的电力，利用水电站的各种设备、设施，通过兴建各种抽水设备、设施，将水电站的坝后水部分抽水回流至原水库坝前，达到蓄能的目的，新融合后的坝前水所产生的动能、势能和压力能等能量资源，转换成发电设备的机械能，再转化成稳定的电能，并上网送出。本发明通过建立群库群站与其它水电站相结合的巨大电能储备平台，可有效解决电力，尤其是绿色电力的蓄能难题，从而促使绿色电力更大规模、更快速度、更广范围内健康发展，并利用特高压电力传输技术、智能电网技术及其他相关技术，实现发电、蓄电、用电、输变电可调可控可持续发展的良好局面，为经济和社会发展服务。

发明专利申请“风能稳压发电方法(00137580.6)”涉及一种风能稳压发电方法，该方法充分利用了风能发电与抽水蓄能相结合，在流域面积较大的山沟，沟口内建设上、下两座水库蓄水，用多台风能发电机联网供电带动抽水机由低水库向高水库蓄水，并在高水库安装大小两台水力发电机发电，将风能转化为水能最终转化为稳压的电能，并能给下游城镇提供优质廉价的水源。

发明专利申请“一种开发利用水力资源的方法(00129528.4)”涉及一种开发利用水力资源的方法，它是利用有水落差的密封管道将多个水轮发电机组串接而成。它只需要较小的投资就简便开发出巨大的水力资源，又巧妙利用一次性发电后所剩余的巨大水动能，使水动能可以被百分之百地简便开发和利用，使水电站的发电量得以数十倍乃至数百倍地剧增，产生出巨大的经济效益，化解人类发展所面临的能源危机。

上述涉及蓄能电站的三个专利均没有涉及海水淡化的问题，换言之，抽水蓄能电站不外乎以下几个方面的作用：

第一，吸谷撑峰：抽水蓄能电站可在用电低谷时吸收多余电力抽水蓄能，又在用电高峰时发电，从而对电网起到撑峰填谷，平缓负荷曲线，平衡峰谷电量差的作用。

第二，调频、调相、事故备用和黑启动，提高系统运行可靠性：抽水蓄能机组起停迅速，并具有自启动能力，从启动到满负荷只需1-2分钟，是良好的事故备用电源。能很好地增加可靠性，快速爬坡等动态功能。

第三，改善火电、核电运行条件：抽水蓄能电站能降低能源消耗，提高能源利用效率。如果建设一定比例的抽水蓄能机组，可以“解放”火电机组，让它们在高效率区间运行，对于核电站而言，由于核电站一旦开始运行就不能随便停止，它的电能储藏需求超过任何种类的电站，更需抽水蓄能电站配合改善其运行条件。

第四，改善水电调节性能：抽水蓄能的特点是储藏量大，当水电站在汛期被迫弃水调峰时，大型的抽水蓄能电站就可以消耗电网的大量电力加以“储藏”，减少大量的弃水。

第五，提高线路的输电能力：处于输电线路上的蓄能电站，相当于一个高速缓存器，能均衡线路上的载荷，避免高峰负荷的过载，低谷负荷的轻载，提高输电线路的利用率。

上述各方面的作用，仅仅是蓄能电站本身产生的，并没有使蓄能电站所产生的结果和效益得到更好的应用和深化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种反渗透海水淡化与沿海蓄能电站对接方法及海水淡化系统，其目的在于，充分利用现有的沿海蓄能电站的作用，与反渗透海水淡化设备对接，即不需要增加设备，甚至减少部分设备的情况下，实现海水的淡化。

本发明公开了一种反渗透海水淡化机组与沿海蓄能电站对接方法，包括：

步骤1、海水经过高扬泵抽到具有落差高度的高水库中；

步骤2、水库中的一部分海水通过输水管道接至反渗透海水淡化机组的入水口，海水通过自身的势能对反渗透膜施加压力，从而将海水淡化。

所述的反渗透海水淡化机组与沿海蓄能电站对接方法，步骤1之前，还包括给海水加注药剂以及初级净化。

所述的反渗透海水淡化机组与沿海蓄能电站对接方法，所述初级净化包括多介质过滤、活性炭吸附、精密过滤步骤，各装置的作用将海水中的杂物滤除，保证供水泵的工作安全。

所述的反渗透海水淡化机组与沿海蓄能电站对接方法，所述落差高度为600-700米。

一种海水淡化系统，包括：沿海抽水蓄能电站机组、高水库、输水管道、海水淡化机组及低水库，其中，沿海抽水蓄能电站机组包括高扬供水泵及上水管道，高扬供水泵与水库的一定落差高度，海水通过高扬供水泵及上水管道进入高水库，输水管道与高水库相通，海水淡化机组包括入水口、反渗透海水淡化膜及腔体，海水通过输水管道输入至入水口，将具有势能的海水作用于反渗透海水淡化膜，从而将海水通过反渗透海水淡化膜加以去盐化，实现海水淡化。

所述的海水淡化系统，还包括药剂加注装置，用于给海水进行化学处理，以及初级净化装置，用于将海水中的杂物滤除。

所述的海水淡化系统，所述初级净化装置包括多介质过滤器、活性炭吸附塔、精密过滤器，各装置的作用将海水中的杂物滤除，保证供水泵的工作安全。

所述的海水淡化系统，所述落差高度为500-700米。

所述的海水淡化系统，所述输水管道与入水口之间有一压力调节阀，用以调节海水的压力。

所述的海水淡化系统，沿海抽水蓄能电站采用抽水蓄能混合式或采用可逆式贯流机组，利用电力系统低谷电抽水，尖峰时发电。

本发明的技术效果在于：

高位海水库是修建沿海蓄能电站的主体，在蓄能电站获益的同时，加建低投入、高产出、高回报的大规模海水淡化厂，可谓一举两得。反渗透膜机组(吨/时)投资成本就只需一万元左右。运行耗电小于2度/m³。

在解决缺水问题的同时节约能耗，充分利用沿海现有的蓄能电站。重力反渗透海水淡化对接沿海蓄能电站，是当今低能耗获取淡水，性能价格比最优良的方法。不仅不影响抽水蓄能电站的现有的作用，可使低谷的电能即无用的或称剩余电能转换为尖峰时有用的电能，且能使电力系统中各种机组火电、油电、核电平稳运行且煤耗减少，可得到较好的节煤效益，从而减少火电的有害气体排放量，对环境有很大的好处。在水利水电枢纽中补充了抽水蓄能功能有利于水资源含水能资源的进一步开发，可以更大地发挥水利水电等综合效益，使原来指标差、效益低的项目改观，增加了工程的开发价值，为水利水电工程带来新的开发前景，将蓄能电站的作用发挥到一个极致状态。加入风能提水，太阳能淡化浓盐水，性价比会更高，从而科学地解决了大规模海水淡化、低成本运行的新途径，并使之产业化，可缓解部分地球上的干旱和荒漠化问题。

附图说明

图1为现有的海水淡化反渗透工艺流程示意图；

图2为本发明的海水淡化反渗透工艺流程示意图；

图3为本发明的整个系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明和解释。

见图2，本发明包括：沿海抽水蓄能电站机组、水库、海水淡化机组。

本发明在利用沿海抽水蓄能电站原有的一切功能和设计，将海水抽至500～750米的高度的水库中。也可采用逐级阶梯式，每一次几十米的高度。沿海抽水蓄能电站原有的功能继续，利用电力系统低谷电抽水，而在尖峰时发电。

沿海抽水蓄能电站采用抽水蓄能混合式，也可以采用可逆式贯流机组，除常规发电机组外可设置几台可逆机组，可逆机组和常规机组的水都来自同一上库，水量可在同一上库中调节，两种机组互为备用，互为补充。该沿海抽水蓄能电站在丰水期，可逆机组可按常规机组只作发电运行，而枯水期常规机组也可利用可逆机组所抽的水进行发电，这样可以增加工程效益。

图2为本发明的海水淡化反渗透工艺流程示意图，图3为本发明的整个系统的示意图。图中，海水1由供水泵2提升，经过初级海水处理3，包括加药31，多介质过滤32，活性炭吸附33以及精密过滤34，这些工艺流程可以与现有的工艺流程完全相同，只是利用蓄能电站的工艺流程，再后也不需要现有的高压泵4产生高压，而是将蓄能电站本来就需要的低水库40，高扬泵50，将海水提升到海拔为550米-750米的高度的高水库60内，这些可利用原有的工艺流程，然后，就利用高水库60内的海水产生的势能的高压海水，海水淡化机组包括入水口、反渗透海水淡化膜机组及腔体，海水通过输水管道输入至入水口，由反渗透海水淡化膜机组5进行反渗透处理，产生淡水及盐。高压海水可以利用原来提升海水的管道，也可以另外铺设，即在上库的底部或者侧部，安装输水管道，该输水管道与水平地面的夹角为20°-90°，水管的各项性能指标可以利用现有的性能指标，也可以根据不同的材料，比如金属管道、塑料管道，进行简单的计算即可施工。

为了防止水管入水口盐化堵塞，可以设置一篦子，篦子内外分别安装有转动的叶片，内叶片的转动清理水管入水口的附着物(包括盐垢)。

具体步骤如下：

步骤1、海水1由供水泵，并经过初级海水处理，抽到海拔50米的低水库中，该低水库的海拔可以50米左右，然后再由蓄能电站机组的高扬泵50及上水管道进入高水库，输水管道与高水库相通，将海水抽到海拔550-750米左右(根据需要和当地实际情况确定)的水库中，当然之前，需要通过给药装置给海水加注药剂，灭掉其中的一些微生物、细菌等等，还要依次经过串接的初级净化处理(包括多介质过滤器、活性炭吸附塔、精密过滤器)，目的是将海水中的一些杂物滤除，一是为了得到比较优质的海水，二是不至于影响供水泵的工作，比如损坏泵的叶轮等。

步骤2、高水库中的海水，一部分用于原蓄能电站进行发电，满足原有的需求，另外一部分海水通过输水管道对接至海水淡化机组的入水口，海水通过自身的势能对反渗透膜施加压力，将550-750米的水压力作用于反渗透海水淡化膜，从而将海水淡化。

步骤3、将经过反渗透海水淡化机组输出的淡化水，存放在淡水库中以备使用，另外，反渗透膜海水淡化机组可以得到副产品：海盐。

上述步骤1中，可以通过梯级的形式，也可以一次性提升落差。

反渗透海水淡化膜，需要5～7兆帕(MPa)压力，相当于海拔550-750米左右压力，蓄能电站的高差正适合提供该水柱压力。根据不同的反渗透海水淡化膜，可以通过压力阀调节在一个适当的压力值，比如：500米压力，或者550米压力等。

所谓高水库海拔550-750米，是相对于低水库的海拔50米而言的，实际上落差高度也就是500-700米。

蓄能电站本身就有利，利用高差压力进行反渗透海水淡化，省去高压泵等设备投资，运行成本也低得多。

现在一般海水淡化(吨/时)投资成本十万元，运行耗能6KW/m3，重力反渗透膜海水淡化(吨/h)投资成本只需一万元左右，运行耗能2KW/m3。投资100亿建重力反渗透膜海水淡化厂可形成100万(吨/h)，日出淡水2000万m3。按5元一吨，产值一亿元/日，365亿/年。投资回报率显而易见。加入风能提水太阳能海水淡化，能耗会更低。风光电水盐可一条龙运作。

这种技术使东水西调经济可行，为净化渤海，淡水入京，沙漠绿化，海水进蒙，环境改造，开发旅游和地产等一系列经济及资本运作，创造无限机会。

Claims (10)

1.一种反渗透海水淡化机组与沿海蓄能电站对接方法，其特征在于，包括：

步骤1、海水经过高扬泵抽到具有落差高度的高水库中；

步骤2、水库中的一部分海水通过输水管道接至反渗透海水淡化机组的入水口，海水通过自身的势能对反渗透膜施加压力，从而将海水淡化。

2.如权利要求1所述的反渗透海水淡化机组与沿海蓄能电站对接方法，其特征在于，步骤1之前，还包括给海水加注药剂以及初级净化。

3.如权利要求2所述的反渗透海水淡化机组与沿海蓄能电站对接方法，其特征在于，所述初级净化包括多介质过滤、活性炭吸附、精密过滤步骤，各装置的作用将海水中的杂物滤除，保证供水泵的工作安全。

4.如权利要求1所述的反渗透海水淡化机组与沿海蓄能电站对接方法，其特征在于，所述落差高度为500-700米。

5.一种海水淡化系统，其特征在于，包括：沿海抽水蓄能电站机组、高水库、输水管道、海水淡化机组及低水库，其中，沿海抽水蓄能电站机组包括高扬供水泵及上水管道，高扬供水泵与水库的一定落差高度，海水通过高扬供水泵及上水管道进入高水库，输水管道与高水库相通，海水淡化机组包括入水口、反渗透海水淡化膜及腔体，海水通过输水管道输入至入水口，将具有势能的海水作用于反渗透海水淡化膜，从而将海水通过反渗透海水淡化膜加以去盐化，实现海水淡化。

6.如权利要求5所述的海水淡化系统，其特征在于，还包括药剂加注装置，用于给海水进行化学处理，以及初级净化装置，用于将海水中的杂物滤除。

7.如权利要求6所述的海水淡化系统，其特征在于，所述初级净化装置包括多介质过滤器、活性炭吸附塔、精密过滤器，各装置的作用将海水中的杂物滤除，保证供水泵的工作安全。

8.如权利要求5所述的海水淡化系统，其特征在于，所述落差高度为500-700米。

9.如权利要求5所述的海水淡化系统，其特征在于，所述输水管道与入水口之间有一压力调节阀，用以调节海水的压力。

10.如权利要求5所述的海水淡化系统，其特征在于，沿海抽水蓄能电站采用抽水蓄能混合式或采用可逆式贯流机组，利用电力系统低谷电抽水，尖峰时发电。

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