一种反渗透海水淡化厂的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种反渗透海水淡化厂的建模方法，包括：计算海水的渗透压Δπ；计算维持渗透压Δπ及驱动淡水输出过程所需要的电量DSE

【技术实现步骤摘要】
一种反渗透海水淡化厂的建模方法
本专利技术属于海水淡化工程
，涉及一种反渗透海水淡化厂的建模方法。
技术介绍
据估计，到2025年，由于人口增加及工业用水增加，全球60％以上的人口将面临淡水资源短缺的影响。海水淡化是解决淡水需求的一种有前途的技术，目前，淡化水是许多国家的补充水源甚至主要水源。根据我国自然资源部《2017年全国海水利用报告》的统计结果，反渗透方法凭借能耗低、运行灵活等优势，成为我国现阶段海水淡化的主要使用技术，占全国总工程规模的68.43％。反渗透海水淡化方法的主要运营成本来源于电能消耗，因此该方法受电价的影响非常大。目前，我国海水淡化厂的建设容量等于额定产水容量，因此，除检修、维护时段以外，所有产水单元需要全天24小时满负荷运行。这种运行方式没有考虑到峰谷电价的影响，未能留出足够的裕度，使得海水淡化厂不能错峰运行，导致其运行失去灵活性。这将造成两方面的影响：一方面是在用电高峰期电价较高，持续进行海水淡化将会增加海水淡化厂的运营成本，另一方面海水淡化厂不能从电力需求响应和频率调节市场中获益，极大的减少了海水淡化厂的利润。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种反渗透海水淡化厂的建模方法，能提高海水淡化厂的利润。本专利技术所采用的技术方案是，一种反渗透海水淡化厂的建模方法，包括以下步骤：步骤1、计算海水的渗透压Δπ；步骤2、计算维持渗透压Δπ及驱动淡水输出过程所需要的电量DSE2；步骤3、根据淡水的出售单价、时段的电费单价、人工和耗材费用及步骤2得到的电量DSE2计算海水淡化厂每日运营收益W；步骤4、根据产水单元每日额定产水容量计算海水淡化厂的建设成本Stotal；步骤5、根据生命周期、每年生产淡水的天数、步骤3得到的运营收益W及步骤4得到的建设成本Stotal计算海水淡化厂在整个生命周期内的收益率η；步骤6、通过步骤5得到的收益率计算海水淡化厂的最优产水单元数量N。本专利技术的特点还在于：步骤1计算海水的渗透压Δπ的具体过程如下：Δπ＝fosC0/(1-R)(1)；上式中，fos为海水的渗透压系数，C0为海水初始盐浓度，R为海水淡化过程中淡水回收率；海水淡化过程中淡水回收率R为：上式中，V0为一天内海水淡化厂的进水量，N为海水淡化厂产水单元总数；θi为0-1变量，当第i个产水单元产水时，θi＝1，否则θi＝0；Vit为第i个产水单元在时段t的产水量。步骤2具体过程如下：步骤2.1、25℃时，海水渗透压系数fos＝73.9Pa/(mg/L)，则维持渗透压所需要的电量DSE1为：上式中，V为海水淡化厂每日淡水产量，计算方式如下：步骤2.2、维持渗透压Δπ及驱动淡水输出过程所需要的电量DSE2为：DSE2＝DSE1+2.78×10-7Rmj(5)；上式中，Rm为渗透膜的阻抗，j为每平方厘米水的通量。步骤3中海水淡化厂每日运营收益W的计算过程如下：上式中，Sfw为淡水的出售单价，为时段t的电费单价，Sp为人工和耗材费用。步骤4中海水淡化厂建设成本Stotal的计算过程如下；上式中，Vr,i为第i个产水单元每日额定产水容量，Exp(·)为自然常数e的幂运算，ln(·)为自然对数运算。步骤5中海水淡化厂在整个生命周期内的收益率η的计算过程如下；η＝((Ty×Td×W-Stotal)/Stotal)×100％(8)；上式中，Ty为海水淡化厂的生命周期，Td为海水淡化厂每年生产淡水的天数。步骤6中最优产水单元数量为海水淡化厂在整个生命周期内最大利润率时的产水单元数量N：本专利技术的有益效果是：本专利技术一种反渗透海水淡化厂的建模方法，通过对反渗透海水淡化厂的电能消耗以及运营收益进行建模，基于我国现阶段峰谷电价的电费办法，考虑反渗透海水淡化厂运行过程中涉及到的诸多类型的成本，不仅能够量化给出反渗透海水淡化厂的最小产水单元数量，而且根据其在整个生命周期内的最大利润率，确定海水淡化厂的最优建设规模(即得到最优产水单元数量)，能有效适应海水淡化厂的高能耗特性，具有较高的实际应用价值；结合不同时段电价差异，在最小产水单元数量与最优产水单元数量之间选择最大收益率的产水单元数量，并灵活采用错峰运行提升海水淡化产的经济效益。附图说明图1是本专利技术一种反渗透海水淡化厂的建模方法的海水淡化厂每日运行收益和建设成本分析结果图；图2是本专利技术一种反渗透海水淡化厂的建模方法的用电低谷时段、平价时段和高峰时段的淡水产量分析结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种反渗透海水淡化厂的建模方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、计算外界给予海水一侧的最小压力，防止淡水从渗透膜流入海水一侧，该压力等于海水的渗透压Δπ，单位为Pa，具体计算过程为；Δπ＝fosC0/(1-R)(1)；上式中，fos为海水的渗透压系数(Pa/(mg/L))，C0为海水初始盐浓度(ppm)，R为海水淡化过程中淡水回收率(％)；海水淡化过程中淡水回收率R为：上式中，V0为一天内海水淡化厂的进水量(m3)，N为海水淡化厂产水单元总数，θi为0-1变量，当第i个产水单元产水时，θi＝1，否则θi＝0；Vit为第i个产水单元在时段t的产水量(m3)，一天共24个小时，每个小时为一个时段。步骤2、工程上反渗透海水淡化过程除需要维持海水和淡水之间的平衡压力以外，还需要有额外的压力用于驱动淡水输出，所以计算维持所述渗透压Δπ及驱动淡水输出过程所需要的电量DSE2；步骤2.1、在25℃时，平均盐浓度海水的渗透压系数fos＝73.9Pa/(mg/L)维持渗透压所需要的电量DSE1为：上式中，电量DSE1的单位为kWh/m3，V为海水淡化厂每日淡水产量(m3)，计算过程如下：步骤2.2、维持所述渗透压Δπ及驱动淡水输出过程所需要的电量DSE2为：DSE2＝DSE1+2.78×10-7Rmj(5)；上式中，Rm为渗透膜的阻抗(Pa.Sec/m)，j为每平方厘米水的通量(m3/天)。步骤3、根据淡水的出售单价、时段的电费单价、人工和耗材费用及步骤2得到的电量DSE2计算海水淡化厂每日运营收益W；上式中，Sfw为淡水的出售单价(元/m3)，为时段t的电费单价(元/kWh)，Sp为人工和耗材费用(元/天)。步骤4、根据产水单元每日额定产水容量计算海水淡化厂的建设成本Stotal；上式中，Vr,i为第i个产水单元每日额定产水容量(m3/天)，Exp(·)为自然常数e的幂运算，ln(·)为自然对数运算。步骤5、根据生命周期、每年生产淡水的天数、步骤3得到的运营收益W及步骤4得到的建设成本Stotal计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反渗透海水淡化厂的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、计算海水的渗透压Δπ；/n步骤2、计算维持所述渗透压Δπ及驱动淡水输出过程所需要的电量DSE

【技术特征摘要】
1.一种反渗透海水淡化厂的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、计算海水的渗透压Δπ；
步骤2、计算维持所述渗透压Δπ及驱动淡水输出过程所需要的电量DSE2；
步骤3、根据淡水的出售单价、时段的电费单价、人工和耗材费用及步骤2得到的电量DSE2计算海水淡化厂每日运营收益W；
步骤4、根据产水单元每日额定产水容量计算海水淡化厂的建设成本Stotal；
步骤5、根据生命周期、每年生产淡水的天数、步骤3得到的运营收益W及步骤4得到的建设成本Stotal计算海水淡化厂在整个生命周期内的收益率η；
步骤6、通过步骤5得到的收益率计算海水淡化厂的最优产水单元数量N。


2.根据权利要求1所述的一种反渗透海水淡化厂的建模方法，其特征在于，步骤1计算海水的渗透压Δπ的具体过程如下：
Δπ＝fosC0/(1-R)(1)；
上式中，fos为海水的渗透压系数，C0为海水初始盐浓度，R为海水淡化过程中淡水回收率；
海水淡化过程中淡水回收率R为：



上式中，V0为一天内海水淡化厂的进水量，N为海水淡化厂产水单元总数；θi为0-1变量，当第i个产水单元产水时，θi＝1，否则θi＝0；Vit为第i个产水单元在时段t的产水量。


3.根据权利要求2所述的一种反渗透海水淡化厂的建模方法，其特征在于，步骤2具体过程如下：
步骤2.1、25℃时，海水渗透压系数fos＝73.9Pa/(mg/L)，则维持渗透压所需要的电量D...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛维春，楚帅，刘闯，蔡国伟，崔岱，李音璇，葛延峰，李铁，王顺江，罗桓桓，滕云，杨俊友，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，国网辽宁省电力有限公司，东北电力大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21