反渗透海水淡化系统全流程优化调度研究

发布时间：2020-06-06 23:19

【摘要】：反渗透海水淡化(Seawater Reverse Osmosis,SWRO)技术作为解决沿海地区淡水资源不足的有效办法之一,越发得到人们的重视。大型SWRO系统在运行过程中存在着诸多不确定因素,对其进行合理的生产调度,合理安排各个机组的制水计划,有利于提高系统的设备利用率,有效降低制水成本。本文针对反渗透海水淡化工程的全流程,讨论系统在两种不确定因素下的鲁棒调度问题,主要的研究内容和结论如下:(1)建立了反渗透海水淡化系统全流程模型。将反渗透海水淡化过程全流程分为四个主要环节:海水取水环节、预处理环节、反渗透环节和后处理环节,给出了每个环节内的各单元的操作模型和相关的经济模型。将上述四个环节的模型进行整合,建立起反渗透海水淡化系统的全流程费用模型。以反渗透海水淡化系统的全流程调度费用最小作为优化目标,在满足机组产水量约束、蓄水池需水量约束、供水量约束等约束条件下,对其进行优化调度。(2)讨论了全流程SWRO系统的静态调度问题,建立了系统的调度模型。为了得到更高的求解精度和较少的求解时间,本文将遗传算法和模拟退火算法相结合,利用遗传-模拟退火算法对优化命题进行求解。仿真结果表明,与传统的遗传算法相比,本文采用的遗传-模拟退火算法在最优解、平均解和平均求解时间上都有一定的提升。(3)考虑到实际反渗透过程中不确定因素的客观存在,本文讨论了不确定环境下SWRO过程鲁棒优化调度的策略。针对海水反渗透过程中存在的海水温度的波动和用户需水量波动这两类典型不确定,建立了基于机会约束规划的鲁棒预调度模型。在仿真过程中,将系统运行费用最小化作为目标,将温度的波动设置为随机变量、用水量波动设置为模糊变量,在满足约束条件的情况下,通过遗传-模拟退火算法(Genetic-Simulated Annealing Algorithm,GSAA)进行求解。仿真结果表明:在考虑温度波动影响后,最优费用相比静态调度时的最优费用有所增加,但更接近实际运行费用;同时,相比于静态调度方案,鲁棒调度方案的鲁棒性指标有较大提升,较好地克服了随机波动的影响,更具有实用性。(4)对上述优化调度方案进行了分析,设计开发了 SWRO系统调度软件。对整个软件的设计开发过程进行了简单的介绍。最后,总结全文,并提出下一步的研究方向。
【图文】：

变动趋势,总量,问题,降水量

经济高速发展的同时，水资源短缺这一严重影响中国经济发展和百姓日常生活的问题正在慢逡逑慢暴露出来。逡逑我国算得上是淡水资源丰富的国家，如图１．１所示。由于人口基数过大，导致我国人均逡逑淡水占有量不足世界人均的１／３［１］。目前，我国许多地区处于用水资源紧张阶段（人均１７００逡逑立方米），甚至有些地区己经处于严重缺水阶段（人均５００立方米）。同时，我国的淡水资逡逑源在时间和空间上分布很不均匀，全国有近３１％是干旱区［２］。在时间上，夏季和秋季两个季逡逑节占了一年中大部分的降水量，而在春季和冬季则降水量相对较少［３］；在空间上，东南沿海逡逑地区的降水量四季都比较充沛，缺水问题不是很严重；而西北内陆地区，则降水量相对较少，逡逑从而造成西北内陆地区缺水问题较为突出。逡逑３５０００逦３0９0６．４逦７９ｓ２６邋９逦３２：６６．４逡逑３００００逦２８０５３．１逦２７４３４．３逦圜逦２＾６’９邋２７９５７．９邋２７２６６．９邋２８３０６逡逑ｆｉｌｌ川丨丨逡逑２００４逦２００５逦２００６逦２００７逦２００８逦２００９逦２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逡逑图１．１邋２００４－２０１６年我国水资源总量变动趋势图逡逑除了自然条件的原因外，我国在水资源的利用中还存在着一些问题。据统计，在我国工逡逑业用水的利用中，水资源的有效率偏低，重复利用率不足４０％［４］，平均每立方米ＧＤＰ产出仅逡逑为世界平均水平的１／３左右。同时

海水淡化,产能,海水淡化技术

逡逑１．２海水淡化技术概述逡逑在现代的海水淡化技术尚未出现之前，人们已经开始从海水中获得淡水。常用的方法有逡逑利用自然蒸发和人工加热蒸发，其中人工加热利用热能作为驱动力，如多级闪蒸、冷冻法等逡逑方法Ｍ。但是这两种方法的制水效率都不高，，尤其人工加热蒸发的方式能耗更高。随着技术逡逑的发展，反渗透法逐渐发展并成熟起来，海水淡化所用到的机械设备和海水淡化的工艺上取逡逑得了跨越式的发展，这使得海水淡化的成本大幅度降低。逡逑（１）国内海水淡化技术发展现状逡逑在海水淡化相关技术的研究中，我国投入了大量的人力和物力。我国对反渗透和低温多逡逑效海水淡化的相关技术研究已经接近国际水平。尤其对于反渗透技术的研究，从本世纪５０年逡逑代开始进行膜技术的研宄，６０年代初就开始了对于反渗透膜的研究。到如今，经过了邋４０多逡逑年的发展，使得我国在反渗透海水淡化装置的几个核心组件如反渗透膜组件和海水预处理组逡逑件都实现了国产化逡逑浙江舟山是我国海水淡化应用最多的地区，截至２０１２年底，舟山群岛共建成海水淡化工逡逑程５０余座，总装机规模达７．６７万吨／日［１１】。国内几大海水淡化项目及其产能如图１．２所示。逡逑
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P747.5

【参考文献】