基于潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)的建模與仿真

黃方平，穆永杰，2，陳俊華，羅從宗，2，汪昌固，2

(1.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江寧波 315100，2.太原科技大學(xué)，山西太原 030024)

能源危機(jī)的到來(lái)與環(huán)境污染的加劇引起人們對(duì)能源利用的擔(dān)憂。近年來(lái)，對(duì)可再生能源的關(guān)注越來(lái)越多，海洋潮流能被認(rèn)為是全球很有潛力的可再生能源，其能源密度遠(yuǎn)大于太陽(yáng)能和風(fēng)能。但是，目前國(guó)內(nèi)外潮流能的研究主要集中于潮流發(fā)電，對(duì)于利用潮流能海水淡化的研究相對(duì)較少，因此開(kāi)發(fā)海洋潮流能海水淡化具有重要的意義。

英國(guó)MCT公司研制的1.2 MW潮流能水輪機(jī)“SeaGen”［1］于2008年12月建成，現(xiàn)已并網(wǎng)發(fā)電，是世界上第1個(gè)商業(yè)化潮流能電站(如圖1所示)。加拿大藍(lán)能(Blue Energy)公司在直葉片豎軸潮流能水輪機(jī)技術(shù)上的研究處于世界領(lǐng)先水平［2］。目前藍(lán)能公司豎軸潮流能水輪機(jī)的最大單機(jī)功率為250 kW。浙江大學(xué)在最初的5 kW原理性樣機(jī)的研究基礎(chǔ)上于2009年成功進(jìn)行了25 kW水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)的研制及海上試驗(yàn)［3-4］，同時(shí)開(kāi)展了第3代樣機(jī)20 kW液壓式獨(dú)立運(yùn)行變速變槳潮流能發(fā)電系統(tǒng)的研究。

20世紀(jì)80年代初，美國(guó)Delaware大學(xué)提出了一種名為DELBOUY的振蕩浮子式波浪能海水淡化系統(tǒng)［5］。在此基礎(chǔ)上，林潤(rùn)生等人［6］設(shè)計(jì)了一種振蕩浮子式波浪能海水淡化裝置，提高了能量的轉(zhuǎn)換效率。

近年來(lái)，潮流能捕獲裝置有很大發(fā)展，反滲透海水淡化技術(shù)也比較成熟，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的反滲透海水淡化設(shè)備如圖2所示。但是利用潮流能不經(jīng)過(guò)發(fā)電直接進(jìn)行反滲透海水淡化的系統(tǒng)很少，海島上淡水資源依然缺乏。本文提出使用捕能裝置捕獲潮流能帶動(dòng)低速海水泵工作，低速海水泵把低壓海水轉(zhuǎn)換為高壓海水，經(jīng)過(guò)蓄能穩(wěn)壓后進(jìn)行海水淡化，并對(duì)海水淡化過(guò)程中的濃海水進(jìn)行能量回收。

圖1 SeaGen型1.2MW潮流能捕獲裝置Fig.1 SeaGen 1.2MW tidal energy capture device

圖2 反滲透海水淡化設(shè)備Fig.2 Reverse osmosis sea water desalination equipment

1 基于潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)的方案分析

一般說(shuō)來(lái)，利用潮流能進(jìn)行海水淡化的系統(tǒng)可劃分為三級(jí)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。一級(jí)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)直接與海洋能相互作用，將海洋能轉(zhuǎn)換成裝置的動(dòng)能或中間介質(zhì)(如液壓油)的動(dòng)能與壓能;潮流能一級(jí)能量轉(zhuǎn)換裝置可分為:軸流式、橫流式和振蕩水翼式等。二級(jí)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將一級(jí)能量轉(zhuǎn)換所捕獲的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)能(如液壓馬達(dá));潮流能二級(jí)能量轉(zhuǎn)換裝置分為:機(jī)械式、空氣透平式和液壓式等。三級(jí)能量轉(zhuǎn)換將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)能變成電能，電能再驅(qū)動(dòng)反滲透海水淡化系統(tǒng)。

本文提出的潮流能直驅(qū)式海水淡化方式，可直接利用潮流能捕獲系統(tǒng)把低壓海水變成高壓海水進(jìn)行反滲透海水淡化。該過(guò)程只經(jīng)過(guò)一次能量轉(zhuǎn)換，大大的提高了海水淡化效率。潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)由海水預(yù)處理系統(tǒng)、能量捕獲系統(tǒng)、蓄能控制系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)等組成，如圖3所示。

圖3 基于潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)原理Fig.3 Direct-drive desalination system based on tidal energy

其工作原理如下:捕能系統(tǒng)7捕獲的潮流能帶動(dòng)低速海水泵8工作，直接把經(jīng)過(guò)海水預(yù)處理系統(tǒng)2的海水變成高壓海水，經(jīng)過(guò)蓄能穩(wěn)壓后進(jìn)行反滲透海水淡化。經(jīng)過(guò)反滲透膜組5后，高壓海水變成淡水和濃海水兩部分，淡水流入過(guò)濾后處理裝置，而濃海水還有一定的能量，通過(guò)能量回收系統(tǒng)進(jìn)行回收。能量回收過(guò)程中，低壓蓄能器31里的濃海水經(jīng)換向閥到達(dá)增壓缸。濃海水推動(dòng)增壓缸A把海水變成高壓海水，同時(shí)增壓缸B左腔無(wú)桿腔吸收經(jīng)過(guò)預(yù)處理的海水，右腔無(wú)桿腔排出做功后濃海水。通過(guò)位置傳感器27、28和換向閥29控制增壓缸交替反復(fù)工作，把低壓海水變成高壓海水進(jìn)入高壓蓄能器系統(tǒng)。該系統(tǒng)能根據(jù)潮流流速的大小選擇反滲透膜的組數(shù)，當(dāng)潮流流速很小時(shí)，系統(tǒng)壓力達(dá)不到設(shè)定范圍反滲透膜組不工作;當(dāng)潮流流速較小時(shí)，系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定的范圍反滲透膜組19開(kāi)始工作;如果系統(tǒng)的壓力變大但還不足以同時(shí)打開(kāi)另一個(gè)反滲透膜組時(shí)，控制溢流閥13工作把多余的流量排掉;當(dāng)潮流流速大時(shí)，反滲透膜組19、20同時(shí)工作;當(dāng)潮流能更大時(shí);依次打開(kāi)反滲透膜組直至全部工作。當(dāng)所有的反滲透膜都工作，壓力還是超出了設(shè)定的范圍時(shí)，控制溢流閥工作。同理:當(dāng)潮流流速減小時(shí)，依次減小反滲透膜組件直至都停止工作。

2 基于潮流能海水淡化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立

為了研究該系統(tǒng)潮流來(lái)能與產(chǎn)水量之間的關(guān)系以及整個(gè)系統(tǒng)在壓力穩(wěn)定、產(chǎn)水比能耗等方面的性能，需要建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行仿真分析?；诰€性流體力學(xué)理論，考慮水液壓系統(tǒng)內(nèi)部件的滑動(dòng)摩擦力和泄露量等條件，推導(dǎo)出潮流能海水淡化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。由于該液壓功率輸出系統(tǒng)是離散性系統(tǒng)，推導(dǎo)出潮流能海水淡化系統(tǒng)的離散型數(shù)學(xué)模型。

2.1 建模假設(shè)

在充分考慮系統(tǒng)典型工況的前提下，系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)作如下假設(shè):

1)因活塞勻速運(yùn)動(dòng)，忽略增壓缸活塞、活塞桿的質(zhì)量;

2)增壓缸內(nèi)壁、蓄能器內(nèi)壁、活塞、活塞桿都是剛性的。

2.2 潮流能捕獲子系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

潮流能捕獲系統(tǒng)是具有m個(gè)葉片的水輪機(jī)，如圖4所示。假設(shè)每?jī)扇~片間的水流都一樣，水輪機(jī)的進(jìn)口水的流速為v1，出口的流速為v2，α1和α2分別為v1和v2與切線方向的夾角。

圖4 水輪機(jī)模型Fig.4 Turbine model

圖5 水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)Fig.5 Water point motion

取兩葉片間的水為研究質(zhì)點(diǎn)系，如圖4中的陰影部分。經(jīng)過(guò)微小時(shí)間dt，這部分海水由圖5中的ABCD位置移動(dòng)到abcd位置。則水流對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸O的動(dòng)量矩的改變?yōu)?

對(duì)水輪機(jī)的單個(gè)葉片，則有

由式(1)、(2)得:

式中:qV是潮流能流過(guò)水輪機(jī)的總體積流量，ρ是海水密度，m是水輪機(jī)的葉片數(shù)，r1、r2分別是葉片外端、內(nèi)端到軸心的距離。

水流所受到對(duì)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪所受的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大小相等、方向相反，由動(dòng)量矩定量，則水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪所受潮流能的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為:

2.3 海水泵子系統(tǒng)模型

考慮到水輪機(jī)捕獲能量利用、海水泵的現(xiàn)狀以及潮流能不穩(wěn)定的特點(diǎn)，采用低速海水泵。在相同的條件下，由于斜盤(pán)式軸向柱塞水壓泵的PV值遠(yuǎn)小于變量葉片泵和齒輪泵［7］，因此采用斜盤(pán)式軸向柱塞海水泵，模型如圖6所示。

圖6 海水泵模型Fig.6 Sea water pump model

泵的輸出流量方程式為:

式中:Sp是柱塞面積，R是柱塞分布圓半徑，Z是柱塞數(shù)，n是泵的轉(zhuǎn)數(shù)，γ是斜盤(pán)傾角，ηv是容積效率。

泵的輸入扭矩公式:

式中:Tpum是變量泵的輸入扭矩，ppum是水液壓系統(tǒng)壓力，qpum是泵的輸出流量，ηm是泵的機(jī)械效率。聯(lián)立方程可求出水輪機(jī)的最終運(yùn)動(dòng)方程:

2.4 蓄能器子系統(tǒng)容量關(guān)系變化模型

潮流能海水淡化系統(tǒng)中有兩個(gè)蓄能器，一個(gè)是吸收潮流能捕獲的高壓海水和能量回收系統(tǒng)回收的高壓海水，并為反滲透海水淡化設(shè)備提供高壓海水的蓄能器稱為高壓蓄能器;另一個(gè)是吸收反滲透海水淡化設(shè)備后的濃海水并為增壓缸提供能量的蓄能器稱為低壓蓄能器(相對(duì)于高壓蓄能器而言)。由于本文中的蓄能器需要滿足儲(chǔ)存、釋放水壓能，容量較大，慣性小，反應(yīng)靈敏，工作平穩(wěn)并且適合在中低壓回路上工作等條件，同時(shí)考慮蓄能器的應(yīng)用特點(diǎn)，選用氣瓶式蓄能器。

圖7 蓄能器模型示意Fig.7 Accumulator model diagram

相對(duì)于蓄能器中氮?dú)獾膲嚎s性來(lái)說(shuō)，海水的壓縮性可以忽略。海水壓縮高、低壓蓄能器中的氮?dú)?，而且壓縮氮?dú)獾捏w積決定了蓄能器的壓力。根據(jù)蓄能器在系統(tǒng)中的作用，可以假設(shè)流入、流出蓄能器的油液短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有熱量交換，滿足等熵的壓力與體積規(guī)律，模型如圖7所示，數(shù)學(xué)關(guān)系式為:

式中:k是在一定壓力和體積下一個(gè)比熱容比(大氣壓力下，氮?dú)獾膋=1.4)，p和V分別是氮?dú)獾乃矔r(shí)壓力和體積，p0、V0分別是初始時(shí)刻的值。

由于潮流能捕獲的海水具有一定的脈動(dòng)特性并且在該過(guò)程是絕熱狀態(tài)，則總?cè)莘e的計(jì)算式［8］表示為:

式中:p1、p2分別是蓄能器設(shè)置點(diǎn)脈動(dòng)的最低、最高壓力，ΔV是在一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)，瞬時(shí)流量高于平均流量的部分，它可以表示為:

式中:Q、Qm分別為流入蓄能器的海水的瞬時(shí)流量、平均流量。

在該情況下，蓄能器設(shè)置點(diǎn)脈動(dòng)的最低壓力等于充氣壓力(p1=p0)，聯(lián)立式(8)～式(10)得到高壓、低壓蓄能器的壓力容量關(guān)系式:

式中:下標(biāo)HP和LP分別代表高壓蓄能器和低壓蓄能器。

2.5 反滲透海水淡化膜子系統(tǒng)離散型模型

系統(tǒng)中有3個(gè)反滲透海水淡化膜組，根據(jù)系統(tǒng)中海水的壓力和流量決定反滲透海水淡化膜組的個(gè)數(shù)。則總的產(chǎn)水量Qp為:

式中:n是工作的反滲透膜組的個(gè)數(shù)(n≤3)，Qpi為第i個(gè)反滲透膜組的產(chǎn)水量，在常溫下，透過(guò)膜的產(chǎn)水量Qpi與作用在膜的壓力成線性關(guān)系，模型如圖8所示。

圖8中，Pif為第i個(gè)膜的進(jìn)水口端的壓力;πif為第i個(gè)膜的進(jìn)水口端的滲透壓;Pif1，Pif2……Pifn表示沿流道不同位置的海水壓力;πip1，πip2……πipn表示沿流道不同位置的滲透壓。

單個(gè)反滲透膜組的產(chǎn)水量表達(dá)方程［9］為:

根據(jù)流量平衡原理，濃海水的流量Qb是海水進(jìn)水量Qf與淡水產(chǎn)水量Qp之差，公式為:

聯(lián)立方程式(12)～式(14)得，反滲透膜海水淡化系統(tǒng)產(chǎn)水量和濃海水流量的離散型數(shù)學(xué)模型:

2.6 能量回收子系統(tǒng)中的增壓缸模型

能量回收系統(tǒng)通過(guò)換向閥來(lái)控制兩個(gè)缸交替工作，使得液壓系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定的工作。其中，兩個(gè)缸的尺寸大小、型號(hào)等各項(xiàng)參數(shù)完全相同。經(jīng)過(guò)反滲透膜組和低壓蓄能器后的海水壓力和流量比較穩(wěn)定，可以認(rèn)為增壓缸的活塞做勻速運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)增壓缸A的活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，增壓缸B的活塞向右運(yùn)動(dòng)。增壓缸A的右端無(wú)桿腔流入經(jīng)過(guò)反滲透后的濃海水，另一端把低壓海水變成高壓海水，同時(shí)增壓缸A右端有桿腔的液體推動(dòng)增壓缸B的活塞向右運(yùn)動(dòng)。增壓缸B的左腔進(jìn)海水、右腔排出濃海水，如圖9所示。

圖9 增壓缸模型Fig.9 Pressurized cylinder model

對(duì)增壓缸A進(jìn)行受力分析:

這個(gè)力的3個(gè)特征部分是黏滯摩擦力Fv、Stribeck摩擦力Fs和庫(kù)侖摩擦力Fc參數(shù)。σ與黏滯摩擦力Fv有關(guān)，F(xiàn)c0是庫(kù)侖摩擦力的參數(shù)，F(xiàn)s0和cs分別是Stribeck摩擦力的參數(shù)和Stribeck速度，x是活塞的位移。

對(duì)增壓缸B受力分析:

式中:pB1、AB2分別是增壓缸B右端無(wú)桿腔的壓力、活塞面積，F(xiàn)f是活塞受到的摩擦力。

把式(18)代入式(16)得增壓缸A的受力方程式:

流入增壓缸A右端和流出增壓缸A左端的流量是基本確定的，它們這間存在的線性關(guān)系式為:

式中:qA1、qA2分別是增壓缸A右、左無(wú)桿腔的流量，c是增壓缸的泄露系數(shù)。

聯(lián)立式(16)～式(20)得:

增壓缸B重復(fù)增壓缸A的動(dòng)作，輸出相同的壓力和流量，使得整個(gè)能量回收系統(tǒng)輸出向增壓缸A一樣的壓力和流量。

根據(jù)以上各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通過(guò)Z變換推導(dǎo)出整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方塊圖，如圖10所示。

圖10 基于潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方塊圖Fig.10 Transfer function block diagram of directly-driven desalination system based on tidal energy

根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖推導(dǎo)出潮流能和產(chǎn)水量的關(guān)系式:

3 基于潮流能直驅(qū)式海水淡化數(shù)學(xué)模型的仿真

3.1 系統(tǒng)仿真模型

由于本文的仿真系統(tǒng)較為復(fù)雜，將其分解為潮流能捕獲子系統(tǒng)、海水泵子系統(tǒng)、高壓蓄能器子系統(tǒng)、反滲透膜組子系統(tǒng)、低壓蓄能器子系統(tǒng)、能量回收子系統(tǒng)等六個(gè)子系統(tǒng)。根據(jù)各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB中的SIMULINK對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)分別建立仿真模型，這樣既可以檢測(cè)子系統(tǒng)模型的正確性，也可以幫助對(duì)系統(tǒng)某些參數(shù)進(jìn)行選擇優(yōu)化。再根據(jù)各個(gè)子系統(tǒng)中參數(shù)的關(guān)系，最終組合成基于潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖，如圖11所示。

圖11 基于潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)的仿真結(jié)果模型Fig.11 Direct-drive desalination system simulation based on tidal energy

3.2 系統(tǒng)仿真潮流流速確定及主要參數(shù)

為了使仿真的輸入數(shù)據(jù)更接近于現(xiàn)實(shí)，在漁山附近海域從某時(shí)刻開(kāi)始測(cè)量潮流流速。其中每一小時(shí)測(cè)量一次，得到數(shù)據(jù)如圖12所示。根據(jù)計(jì)算，得出潮流的半日周期T約為12.34 h，而且此處潮流屬于正規(guī)半日潮，即一日內(nèi)出現(xiàn)兩次最強(qiáng)漲潮流速和兩次最強(qiáng)落潮流速，且相鄰的漲潮流速與落潮流速基本相等。由于漲落潮最強(qiáng)流速相差很小，根據(jù)實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)得出一次漲潮(或落潮)流速變化如圖13所示。

圖12 半月周期內(nèi)V-t圖Fig.12 Half cycle of V-t diagram

圖13 半日周期內(nèi)潮流流速隨時(shí)間變化模擬曲線Fig.13 Half-cycle current flow versus time curve of the analog

此處將潮流流速擬合曲線近似為:

其中，vm為平均最大流速幅值(1.2 m/s)，Tt為潮流的半日周期，一般為12.34 h;Tm為半月期，即大小潮周期，一般為349.26 h，14.57天;Kt為幅值波動(dòng)系數(shù)(取0.2)。

潮流能海水淡化系統(tǒng)仿真相關(guān)參數(shù)取值如表1所示。

表1 仿真參數(shù)表Tab.1 Simulation parameters table

3.3 有無(wú)能量回收系統(tǒng)兩種方案下的仿真及分析

在潮流流速如式(23)輸入量的情況下，有能量回收系統(tǒng)和無(wú)能量回收系統(tǒng)在潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)的壓力變化仿真結(jié)果如圖14所示，淡水的流量仿真結(jié)果如圖15所示。

圖14 反滲透膜進(jìn)水口海水壓力曲線Fig.14 Pressure curve of sea water reverse osmosis membrane inlet

圖15 產(chǎn)水流量Fig.15 Permeation flow

由圖14分析可知:1)有能量回收系統(tǒng)和無(wú)能量回收系統(tǒng)在工作初始階段和結(jié)束階段有一定的變化，其余時(shí)間基本穩(wěn)定。因?yàn)殡S著潮流流速的增加(減少)，參與反滲透海水淡化的膜組數(shù)需要有增加(減少)，在閥開(kāi)啟(關(guān)閉)的時(shí)候，系統(tǒng)的壓力有一定的波動(dòng)。

2)壓力的變化都在系統(tǒng)設(shè)定的壓力范圍內(nèi)(5.5～6.2 MPa)并且符合反滲透膜的反滲透壓力范圍(4.5～8.0 MPa)。

由圖15和圖13兩圖分析可知:1)當(dāng)潮流流速小于0.53 m/s時(shí)(小于0.86 h)，高壓海水的壓力沒(méi)有達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定范圍，有無(wú)能量回收系統(tǒng)都不能工作;當(dāng)潮流流速大于0.53 m/s，有能量回收系統(tǒng)可以滿足兩個(gè)反滲透膜組工作約300 L/h(潮流能捕獲系統(tǒng)半徑2.3 m)，而無(wú)能量回收系統(tǒng)要在流速0.65 m/s(約1.2 h)以后，滿足一個(gè)反滲透膜組工作達(dá)到約150 L/h;當(dāng)流速足夠大時(shí)，有能量回收系統(tǒng)可以滿足三個(gè)反滲透膜組工作達(dá)到450 L/h，而無(wú)能量回收系統(tǒng)滿足兩個(gè)反滲透膜組工作達(dá)到300 L/h。

2)有能量回收系統(tǒng)是無(wú)能量回收系統(tǒng)的日產(chǎn)水量約2倍，能量回收系統(tǒng)使得能量利用率提高91%以上。

3.4 系統(tǒng)能量利用效率的仿真及分析

由文獻(xiàn)［11］設(shè)計(jì)的系統(tǒng)得到發(fā)電功率再帶動(dòng)海水淡化設(shè)備淡化海水(非直驅(qū)式)與本文設(shè)計(jì)的基于潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)(有能量回收系統(tǒng))在能量利用方面進(jìn)行對(duì)比。在潮流流速變化的情況下，用產(chǎn)水比能耗η(生產(chǎn)單位流量的淡水需要的能量)表示系統(tǒng)性能優(yōu)劣。

式中:Pw是功率，cp是能量利用率系數(shù)，ρ是海水密度，Aw是潮流水輪機(jī)轉(zhuǎn)子掃掠面積，v是潮流流速，Qp是產(chǎn)水流量。

在潮流流速如式(23)輸入量情況下，兩種方案的產(chǎn)水比能耗仿真結(jié)果如圖16所示。

圖16 產(chǎn)水比能耗與潮流流速關(guān)系Fig.16 Relationship between water production-energy consumption ratio and flow velocity

由圖16分析知:1)在沒(méi)有增加反滲透膜組工作時(shí)，有能量回收系統(tǒng)和無(wú)能量回收系統(tǒng)的產(chǎn)水比能耗基本上是增加的，因?yàn)樵谝欢ǖ墓ぷ髂そM工作而又不能達(dá)到增加工作膜組數(shù)時(shí)，潮流流速的增加使得捕獲能量增加，但是這些多余的能量會(huì)被系統(tǒng)排掉造成系統(tǒng)產(chǎn)水比能耗變大。在增加反滲透膜組工作時(shí)，產(chǎn)水比能耗會(huì)突然減少，因?yàn)槌绷髂懿蛔兊那闆r下，反滲透膜組工作個(gè)數(shù)增加使得產(chǎn)水量增加，產(chǎn)水比能耗降低。

2)本文設(shè)計(jì)方案比文獻(xiàn)［11］設(shè)計(jì)方案的總體產(chǎn)水比能耗小;但是在潮流流速大時(shí)，本文的方案比前人設(shè)計(jì)的產(chǎn)水比能耗大，需要增加反滲透膜組個(gè)數(shù)，這是本方案需要進(jìn)一步優(yōu)化的地方。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)潮流能這種流速小、作用力大并且流速變化的物理環(huán)境，該文的重要目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定、產(chǎn)水效率高的水液壓直驅(qū)式潮流能海水淡化系統(tǒng)。為了更好地分析研究，建立數(shù)學(xué)模型并且對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如上所述?？偨Y(jié)如下:

1)運(yùn)用氣囊式蓄能器解決了潮流能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定的問(wèn)題，這樣對(duì)于壓力、流量時(shí)大時(shí)小的高壓海水，經(jīng)過(guò)蓄能穩(wěn)壓和閥件調(diào)控后壓力基本平穩(wěn)，大大提高了海水淡化質(zhì)量。

2)系統(tǒng)中通過(guò)直驅(qū)式海水淡化的設(shè)計(jì)，使得能量轉(zhuǎn)換的次數(shù)減少，從而提高了液壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率;同時(shí)，能量回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使得能量捕獲系統(tǒng)捕獲的能量經(jīng)過(guò)充分利用，進(jìn)一步提高了海水淡化效率，其產(chǎn)水量提高一倍。

3)潮流能海水淡化系統(tǒng)總體產(chǎn)水比能耗低。從仿真結(jié)果可知，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)優(yōu)于其它方案且基本滿足設(shè)計(jì)要求。

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