本發(fā)明涉及一種海水淡化系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于多能互補的耦合低溫多效海水淡化系統(tǒng)，屬于海水淡化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，我國社會和經(jīng)濟迅猛發(fā)展，工業(yè)用水和居民用水量也在逐年增加，這導致我國水資源短缺現(xiàn)象越來越突出。2014年末，我國總?cè)丝跀?shù)已達到13.67億，作為人口總量居世界第一的人口大國，我國的淡水資源總量卻只占有全球總量的6％，人均擁有淡水資源量僅是世界平均水平的1/4。另外，我國的水資源分布的極不平衡，我國江河眾多，流域面積在100平方千米以上的河流就有5萬多條，但受氣候以及地理特征的影響，河流流域分布非常不均衡，絕大部分河流分布在我國濕潤多雨的東部地區(qū)，而氣候干燥少雨的西北內(nèi)陸則分布很少。目前，在可供淡水資源有限的情況下，解決水資源短缺的問題采取這些措施：提高水的利用效率，開辟第二水源；調(diào)節(jié)水源流量，增加可靠供水；加強水資源管理等。海水淡化作為淡水資源的一種開源技術(shù)，是沿海地區(qū)或遠離陸地的海島地區(qū)的一個輔助水源，也是解決目前沿海城市水資源短缺問題的一條重要途徑。

按照《聯(lián)合國海洋公約》的規(guī)定，我國管轄的海域面積約300萬平方千米，我國大陸海岸線長達18000多千米，是世界上海岸線最長的國家之一。因此，海水淡化的研究工作對增加我國淡水來源途徑具有積極的意義。尤其是對海中孤島而言，由于島嶼與陸地相距較遠，海島往往也是電力不足的區(qū)域，至今仍有50多個海島靠柴油發(fā)電，每天兩小時，這也直接影響到海水淡化工程的實施，深挖島內(nèi)地下水或者島外輸入淡水等方式，對離岸較遠的海島，因成本高、能耗大，難以實現(xiàn)。因此，島嶼上居民淡水需求大多依賴海水淡化來滿足。我國面積在500㎡以上的海島共7371個，其中無人居住海島6938個，占海島總數(shù)的94％。受自然、交通等條件的限制，我國海島開發(fā)利用程度較低。由于海島面積小，蒸發(fā)量大，綠化程 度低，大多數(shù)因缺乏淡水水源而無法居住和開發(fā)，有常駐居民的近500個海島，這其中，除208個海島靠大陸管線引水、船送飲水和海水淡化外，剩余的270個有居民海島只能靠天吃水。因此，我國海島淡水需求非常的迫切，海水淡化技術(shù)的利用前景很大。

在現(xiàn)有的太陽能風能海水淡化系統(tǒng)中，利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能的熱效應(yīng)和光效應(yīng)。熱效應(yīng)是直接利用太陽能作為熱源加熱海水蒸餾；光效應(yīng)是利用太陽能發(fā)電驅(qū)動海水脫鹽。不管是利用太陽能的光效應(yīng)還是利用熱效應(yīng)，兩者都存在的問題是太陽能的利用效率不高。風能海水淡化主要有兩種形式：分離式風電海水淡化；耦合式風力直接驅(qū)動海水淡化。分離式是先將風能轉(zhuǎn)化為電能，然后再驅(qū)動脫鹽單元進行海水淡化。耦合式是將風能轉(zhuǎn)化的機械能直接用于驅(qū)動脫鹽單元進行海水淡化。由于風能供應(yīng)不穩(wěn)定，具有間歇性，波動性的特點，兩種風能海水淡化形式都必須采用相關(guān)的調(diào)節(jié)裝置解決風能的波動性問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于多能互補的耦合低溫多效海水淡化系統(tǒng)，能有效提高太陽能綜合利用效率，穩(wěn)定海水利用風光互補特性，穩(wěn)定海水淡化效果。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于多能互補的耦合低溫多效海水淡化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光伏光熱集熱器、風力發(fā)電機、電輔助加熱裝置、蓄熱裝置、飽和蒸汽發(fā)生裝置及多效蒸發(fā)海水淡化裝置，所述的光伏光熱集熱器、風力發(fā)電機通過風光互補控制器連接構(gòu)成聯(lián)合供熱裝置與供電裝置，其中，供熱裝置順序連接蓄熱裝置、電輔助加熱裝置及飽和蒸汽發(fā)生裝置，供電裝置連接電輔助加熱裝置、與多效蒸發(fā)海水淡化裝置連接的用電設(shè)備及收集余電的蓄電池。

所述的光伏光熱集熱器及風力發(fā)電機同時與風光互補控制器連接，所述的風光互補控制器與蓄電池連接，所述的光伏光熱集熱器同時還與蓄熱裝置連接，所述的電輔助加熱裝置同時與蓄熱裝置及蓄電池連接。

所述的飽和蒸汽發(fā)生裝置與電輔助加熱裝置連接，飽和蒸汽發(fā)生裝置的飽和蒸汽出口管路與多效蒸發(fā)海水淡化裝置的加熱蒸汽入口管路連接。

所述的多效蒸發(fā)海水淡化裝置為低溫多效蒸發(fā)單元，包括順序連接的首效蒸發(fā) 器、二效蒸發(fā)器、三效蒸發(fā)器及末效冷凝器，各蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)置噴淋管和換熱管，換熱管的兩端分別連接上一效的蒸汽出口管和淡水出口管；噴淋管連接來自上一效的濃海水出口管。首效蒸發(fā)器汽側(cè)出口管路連接二效蒸發(fā)器的汽側(cè)入口管路，二效蒸發(fā)器汽側(cè)出口管路連接三效蒸發(fā)器的汽側(cè)入口管路，三效蒸發(fā)器汽側(cè)出口連接末效冷凝器，末效冷凝器連接原料海水預處理裝置，首效蒸發(fā)器未蒸發(fā)的流體出口管路連接二效蒸發(fā)器的噴淋管入口管路，二效蒸發(fā)器未蒸發(fā)的流體出口管路連接三效蒸發(fā)器的噴淋管入口管路，首效蒸發(fā)器噴淋管入口管路連接末效冷凝器進料海水出口管路，三效蒸發(fā)器底部留有濃海水排除口，以排出濃海水，三效蒸發(fā)器未蒸發(fā)的流體出口管路連接濃海水收集裝置，二效蒸發(fā)器與三效蒸發(fā)器蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過冷凝產(chǎn)生的淡水通過淡水收集管進入淡水收集裝置。

所述的多效蒸發(fā)海水淡化裝置還包括用電設(shè)備，這些用電設(shè)備受蓄電池供電，所述的用電設(shè)備包括設(shè)在海水預處理裝置進水口前方的海水泵，與各蒸發(fā)器連接的小型真空泵。

所述的光伏光熱集熱器同時與飽和蒸汽發(fā)生裝置連接，在光伏光熱集熱器與飽和蒸汽發(fā)生裝置之間傳輸載熱工質(zhì)，在光伏光熱集熱器與飽和蒸汽發(fā)生裝置之間設(shè)有用于傳輸載熱工質(zhì)的小型太陽能循環(huán)泵，該小型太陽能循環(huán)泵與蓄電池連接。

本發(fā)明通過多能互補供熱供電裝置使換熱工質(zhì)達到預熱溫度，再利用電輔助加熱裝置對預熱溫度的換熱工質(zhì)繼續(xù)加熱，加熱至再熱溫度，通過管道將再熱工質(zhì)輸入飽和蒸汽發(fā)生器，在設(shè)定的溫度和壓力下，部分換熱工質(zhì)蒸發(fā)產(chǎn)生飽和蒸汽進入低溫多效海水淡化裝置，未蒸發(fā)的換熱工質(zhì)繼續(xù)進入電輔助加熱裝置進行循環(huán)。

在傳統(tǒng)的太陽能海水淡化系統(tǒng)中，只是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能或電能驅(qū)動海水淡化。而在本發(fā)明中，引入了一套光伏光熱集熱器和風力發(fā)電機聯(lián)合裝置。光伏光熱集熱器能夠最大限度的吸收太陽能，使之變成熱能和電能，同時，利用太陽能和風能的互補特性，利用太陽能風能聯(lián)合發(fā)電向裝置供能。太陽能風能產(chǎn)生的能量使載熱工質(zhì)受熱升溫，當溫度升至設(shè)定的溫度，進入飽和蒸汽發(fā)生裝置，載熱工質(zhì)進入低壓的飽和蒸汽發(fā)生裝置，在較低溫度下蒸發(fā)產(chǎn)生飽和蒸汽，產(chǎn)生的飽和蒸汽向低溫多效蒸發(fā)海水淡化裝置提供熱源。低溫多效海水淡化裝置在增加了熱回收裝置末效冷凝器，對進料海水進行預熱，提高了系統(tǒng)能量利用效率。

本發(fā)明采用多能互補供熱供電系統(tǒng)，利用光伏光熱集熱器收集太陽能使加熱工質(zhì)升溫至預熱溫度。利用光伏光熱集熱器和風力機所發(fā)電能供給電輔助加熱裝置、 裝置循環(huán)水泵和小型真空泵，在蒸發(fā)器上設(shè)置小型真空泵，降低了裝置的壓力，使海水在較低溫度下迅速蒸發(fā)，具有較高的淡化效率，能較快產(chǎn)生較高品質(zhì)的淡水的特點。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：

1、本發(fā)明的海水淡化裝置、電輔助加熱裝置、太陽能循環(huán)泵、小型真空泵、海水泵的電能由太陽能和風能發(fā)電聯(lián)合提供，不需要使用外部電能。

2、利用光伏光熱集熱器，大幅度提高了單獨使用光伏發(fā)電或光熱利用的太陽能利用效率，同時，利用太陽能和風能的互補特性，保證裝置運行的可靠性。

3、該海水淡化裝置能耗低、便于安裝、能自動化運行、基本不需人員現(xiàn)場操作，利用太陽能和風能等可再生能源，適應(yīng)性強，投資相對較低，運行維護成本低，不消耗石油、煤炭、天然氣等化石能源的小型海水淡化裝置，可根據(jù)淡水需求量改變裝置中風力發(fā)電機和光伏光熱集熱器的裝機容量，靈活性高，尤其適用于小型海島、漁船及軍用艦艇的使用，可很好的解決我國沿海居民及海島居民的用水需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于多能互補的低溫多效海水淡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例供電供熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例中多效蒸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.光伏光熱集熱器，2.風力發(fā)電機，3.蓄熱裝置，4.風光互補控制器，5.小型真空泵，6.電輔助加熱裝置，7.小型太陽能循環(huán)泵，8.多效蒸發(fā)海水淡化裝置，81.首效蒸發(fā)器，82.二效蒸發(fā)器，83.三效蒸發(fā)器，84.末效冷凝器，9.海水預處理裝置，10.飽和蒸汽發(fā)生裝置，11.濃海水收集裝置，12.淡水收集裝置，13.蓄電池，14.海水泵，15.載熱工質(zhì)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例

一種基于多能互補的耦合低溫多效海水淡化系統(tǒng)，如圖1～圖3所示，該系統(tǒng)包括光伏光熱集熱器1、風力發(fā)電機2、電輔助加熱裝置6、蓄熱裝置3、飽和蒸汽發(fā)生裝置10及多效蒸發(fā)海水淡化裝置8，光伏光熱集熱器1、風力發(fā)電機2通過風 光互補控制器4連接構(gòu)成聯(lián)合供熱裝置與供電裝置，其中，供熱裝置順序連接蓄熱裝置3、電輔助加熱裝置6及飽和蒸汽發(fā)生裝置10，供電裝置連接電輔助加熱裝置6、與多效蒸發(fā)海水淡化裝置8連接的用電設(shè)備及收集余電的蓄電池13。具體而言，其組成包括：光伏光熱集熱器1、風力發(fā)電機2、蓄熱裝置3、風光互補控制器4、蓄電池13、電輔助加熱裝置6、小型太陽能循環(huán)泵7、小型真空泵5、多效蒸發(fā)海水淡化裝置8、海水預處理裝置9、飽和蒸汽發(fā)生裝置10、濃海水收集裝置11、淡水收集裝置12、海水泵14及載熱工質(zhì)15。

參見圖1和圖2，本實施例中，光伏光熱集熱器1及風力發(fā)電機2同時與風光互補控制器4連接，風光互補控制器4與蓄電池13連接，光伏光熱集熱器1出口與蓄熱裝置3入口連接，蓄熱裝置3出口與電輔助加熱裝置6入口連接，此外，電輔助加熱裝置6出口與飽和蒸汽發(fā)生裝置10冷凝管入口連接，飽和蒸汽發(fā)生裝置10冷凝管出口與光伏光熱集熱器1入口連接。在光伏光熱集熱器1與飽和蒸汽發(fā)生裝置10之間設(shè)有用于傳輸載熱工質(zhì)15的小型太陽能循環(huán)泵7，該小型太陽能循環(huán)泵7與蓄電池13連接。當載熱工質(zhì)在光伏光熱集熱器內(nèi)經(jīng)過循環(huán)加熱后進入蓄熱裝置，當載熱工質(zhì)預熱后進入到電輔助加熱裝置進行再熱，載熱工質(zhì)經(jīng)過再熱后進入飽和蒸汽發(fā)生裝置，在其中蒸發(fā)產(chǎn)生飽和蒸汽，未蒸發(fā)的載熱工質(zhì)繼續(xù)進入電輔助加熱裝置進行再熱循環(huán)。飽和蒸汽發(fā)生裝置10與電輔助加熱裝置6連接，飽和蒸汽發(fā)生裝置10的飽和蒸汽出口管路與多效蒸發(fā)海水淡化裝置8的加熱蒸汽入口管路連接。

參見圖1和圖3，本實施例中，多效蒸發(fā)海水淡化裝置8為低溫多效蒸發(fā)單元，包括順序連接的首效蒸發(fā)器81、二效蒸發(fā)器82、三效蒸發(fā)器83及末效冷凝器84，各蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)置噴淋管和換熱管，換熱管的兩端分別連接上一效的蒸汽出口管和淡水出口管；噴淋管連接來自上一效的濃海水出口管。首效蒸發(fā)器81汽側(cè)出口管路連接二效蒸發(fā)器82的汽側(cè)入口管路，二效蒸發(fā)器82汽側(cè)出口管路連接三效蒸發(fā)器83的汽側(cè)入口管路，三效蒸發(fā)器83汽側(cè)出口連接末效冷凝器84，末效冷凝器84連接原料海水預處理裝置9，首效蒸發(fā)器81未蒸發(fā)的流體出口管路連接二效蒸發(fā)器82的噴淋管入口管路，二效蒸發(fā)器82未蒸發(fā)的流體出口管路連接三效蒸發(fā)器83的噴淋管入口管路，首效蒸發(fā)器81噴淋管入口管路連接末效冷凝器84進料海水出口管路，三效蒸發(fā)器83底部留有濃海水排除口，以排出濃海水，三效蒸發(fā)器83未蒸發(fā)的流體出口管路連接濃海水收集裝置11，二效蒸發(fā)器82與三效蒸發(fā)器 83蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過冷凝產(chǎn)生的淡水通過淡水收集管進入淡水收集裝置12。多效蒸發(fā)海水淡化裝置8還包括用電設(shè)備，這些用電設(shè)備受蓄電池13供電，用電設(shè)備包括設(shè)在海水預處理裝置9進水口前方的海水泵14，與各蒸發(fā)器連接的小型真空泵5。

進料海水進入首效蒸發(fā)器后在飽和蒸汽的加熱下蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽進入下一效冷凝器，作為下一效蒸發(fā)器的熱源。而未蒸發(fā)的另一部分海水繼續(xù)流入下一效蒸發(fā)器進行蒸發(fā)直至末效。各效蒸發(fā)器蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過冷凝產(chǎn)生的淡水通過淡水收集管進入淡水收集裝置，進料海水中淡水經(jīng)過各效蒸發(fā)器蒸發(fā)作用后，海水鹽度升高，高鹽度的濃海水最后從末效蒸發(fā)器排污口排到濃海水收集裝置。

電輔助加熱裝置6的作用是：對于經(jīng)過光伏光熱集熱器預熱的載熱工質(zhì)繼續(xù)加熱，使其溫度能夠達到飽和蒸汽發(fā)生裝置中要求的蒸發(fā)溫度，可利用對系統(tǒng)中溫度傳感器的控制，對載熱工質(zhì)再熱溫度進行控制。

在使用過程中，將光伏光熱集熱器1按一定傾角收集太陽能，產(chǎn)生的熱能傳遞給傳熱工質(zhì)使其溫度上升，光伏光熱集熱器1和風力發(fā)電機2產(chǎn)生的電能先供給電輔助加熱器裝置6、小型太陽能循環(huán)泵7、小型真空泵5和海水泵14使用，保證各種泵的正常運行，多余的電能則儲蓄于蓄電池13中，當蓄電池13電量充滿。多能互補供熱供電裝置、海水淡化裝置、電輔助加熱裝置、蓄熱裝置均與控制系統(tǒng)線路連接，通過控制系統(tǒng)設(shè)置各個裝置的程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動運行。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。