基于清潔能源的海水淡化裝置設(shè)計(jì)

劉勝倫 王廷軍 段家奇 王曉浩 劉文君

摘 要：設(shè)計(jì)一種清潔能源海水淡化裝置，采用電阻加熱，把海水中的淡化，利用反滲透膜的特性，有效的分離淡水和海水。淡化裝置由太陽(yáng)能和風(fēng)能共同提供電能，太陽(yáng)跟蹤器和風(fēng)向傳感器的共同作用，保證了風(fēng)能和太陽(yáng)能的利用達(dá)到最大化。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地小，適合缺少供電條件的場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：清潔能源；海水淡化裝置；電阻；反滲透膜；太陽(yáng)跟蹤器；風(fēng)向傳感器

1 緒論

隨著世界人口膨脹和水污染的嚴(yán)重，水資源越來(lái)越缺少，海水淡化將成為以后淡水資源生產(chǎn)的一個(gè)主要途徑?，F(xiàn)有的海水淡化裝置，體積龐大，淡化過(guò)程耗能嚴(yán)重、工序繁瑣、投入成本高。本文提出一種利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等新型清潔能源來(lái)滿足能源需求的海水淡化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自然資源利用的最大化。

2 總體設(shè)計(jì)

風(fēng)光互補(bǔ)能源的海水淡化系統(tǒng)主要包括風(fēng)能裝置、太陽(yáng)能裝置、海水淡化裝置三個(gè)部分，如圖1所示。風(fēng)能裝置和太陽(yáng)能裝置產(chǎn)生的電能，輸送到蓄電池里面儲(chǔ)存起來(lái)，供海水淡化裝置使用。海水淡化裝置利用電阻熱效應(yīng)加熱，把海水中的淡水分離出來(lái)，利用反滲透膜所具有的特性，有效的分離淡水和海水。

3 裝置分析與設(shè)計(jì)

3.1 太陽(yáng)能裝置

系統(tǒng)設(shè)置多塊太陽(yáng)能光伏板。通過(guò)太陽(yáng)能跟蹤器，識(shí)別太陽(yáng)所處的位置，把具體的位置信息反饋給單片機(jī)，單片機(jī)接收到信息，經(jīng)過(guò)處理以后，直接控制電機(jī)4和電機(jī)6的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度，保證太陽(yáng)能光伏板時(shí)刻與太陽(yáng)光垂直，以此達(dá)到太陽(yáng)能的利用最大化。

3.2 風(fēng)能裝置

風(fēng)能裝置有多個(gè)風(fēng)扇，風(fēng)向傳感器識(shí)別裝置所在位置的近地風(fēng)向，把具體信息傳送給單片機(jī)，單片機(jī)處理后，通過(guò)控制電機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度，以此來(lái)保實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇3的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)刻和風(fēng)吹的風(fēng)向保持垂直，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的利用達(dá)到最大化。

3.3 海水淡化裝置

海水淡化裝置利用電阻熱效應(yīng)加熱，把海水中的淡水分離出來(lái)，利用反滲透膜所具有的特性，有效的分離淡水和海水。

工作時(shí)，輸入口開關(guān)打開，海水通過(guò)輸入口進(jìn)入裝置，待海水充滿裝置以后，開關(guān)關(guān)閉。裝置底部呈鋸齒狀，每一個(gè)凸起下面都有一根電阻絲。鋸齒狀的設(shè)計(jì)目的在于電阻所產(chǎn)生的熱量能夠和海水最大面積接觸，以此來(lái)提高電阻加熱的效率。電阻對(duì)裝置中的海水進(jìn)行加熱，海水中的淡水受熱易蒸發(fā)變成水蒸氣，水蒸氣冷凝又回到裝置下部。在裝置的中部裝有一層反滲透膜。海水受到阻礙，不能通過(guò)。然而淡水可以利用水位和膜之間存在的壓力穿過(guò)滲透膜，淡水經(jīng)過(guò)反滲透膜被分離出來(lái)以后，通過(guò)輸出口流出。

輸出口處裝有水位傳感器，當(dāng)感應(yīng)到輸出處的水位為零時(shí)，表明處于此次分離出來(lái)的淡水已經(jīng)全部流經(jīng)輸出口流出裝置的狀態(tài)。然后，輸入口開關(guān)關(guān)閉，電阻絲繼續(xù)進(jìn)行加熱，進(jìn)行下一次提純。以此方式往復(fù)來(lái)提純淡水。

4 結(jié)論

這種清潔能源海水淡化裝置采用單片機(jī)控制，利用太陽(yáng)能、風(fēng)能為裝置提供電力能源，使用太陽(yáng)跟蹤器和風(fēng)向傳感器確保太陽(yáng)能和風(fēng)能的利用效率最大化，電阻加熱與反滲透膜有效分離淡水和海水。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地小，適合缺少供電條件的場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊毅，陳志莉，等.基于可再生能源的海水淡化技術(shù)研究進(jìn)展.污染防治技術(shù)，2016，29（01），49.

[2]鄧勇.風(fēng)光互補(bǔ)反滲透海水淡化系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].汕頭大學(xué)，2011.06.

項(xiàng)目：本文獲得上海市大學(xué)生科創(chuàng)基金項(xiàng)目資助