Изобретение относится к технологии опреснения морской воды. Предпочтительная область использования - морские суда и корабли, в частности подводные обитаемые плавсредства и подводные лодки.The invention relates to desalination technology of sea water. Preferred areas of use are marine vessels and ships, in particular submarine inhabited craft and submarines.
Известно устройство для опреснения воды обратного осмоса (CN 202358969, кл. C02F 1/44, опубл. 01.08.2012), которое содержит систему генерирования энергии ветра и систему обессоливания обратного осмоса, содержащую обратноосмотический мембранный модуль, насос, подающий соленую или загрязненную воду к обратноосмотическому мембранному модулю. Система генерирования ветровой энергии включает в себя систему генератора ветряных турбин, выпрямитель, инвертор и усилительный трансформатор. Устройство использует энергию ветра для самостоятельной генерации энергии, без загрязнения, имеет преимущества низкого энергопотребления, низкой стоимости, низкий уровень шума, работает безопасно, стабильно, эффективно и надежно. Однако устройство имеет повышенный объем стоков и низкую степень использования ветрового потока.A device for desalination of water reverse osmosis (CN 202358969, class C02F 1/44, publ. 01.08.2012), which contains a system for generating wind energy and a system for desalination of reverse osmosis, containing a reverse osmosis membrane module, a pump that delivers salt or contaminated water to reverse osmosis membrane module. The wind power generation system includes a wind turbine generator system, a rectifier, an inverter and an amplifying transformer. The device uses wind power for self-generation of energy, without pollution, has the advantages of low power consumption, low cost, low noise, works safely, stably, efficiently and reliably. However, the device has an increased volume of drains and a low degree of utilization of the wind flow.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является устранение отмеченных недостатков. Технический результат заключается в создании установки, в которой значительно снижен объем стоков, генерируемых опреснительной установкой, и повышена степень полезного использования энергии ветрового потока.The technical problem to which the invention is directed is the elimination of the noted drawbacks. The technical result consists in creating a plant in which the volume of effluents generated by desalination plant is significantly reduced, and the degree of useful use of wind flow energy is increased.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что комбинированная ветровая опреснительная установка содержит обратноосмотический мембранный модуль, насос, подающий соленую или загрязненную воду к обратноосмотическому мембранному модулю, ветроэлектрогенератор, преобразующий энергию ветрового потока в электрическую энергию, блок термической утилизации концентрата, выполняющий функцию упаривания образующегося при работе обратноосмотического модуля рассола, накопитель опресненной воды, накопитель рассола, блок импульсного ультрафиолетового обеззараживания, электрический преобразователь, согласующий напряжения на входах насоса и блока термической утилизации концентрата с выходом ветродвигателя, автоматизированную систему управления, осуществляющую контроль мощности ветродвигателя, насоса, контроль давления и расхода жидкости в мембранном модуле, уровня жидкости в накопителях рассола и опресненной воды, ограничение тока, потребляемого насосом, и подключение блока термической утилизации концентрата при превышении мощности ветроэлектрогенератора над расчетной, необходимой для достижения безопасного давления в обратноосмотическом блоке. К электрическому преобразователю может быть подключена батарея суперконденсаторов с водным или органическим электролитом для выравнивания профиля выдачи мощности ветродвигателя, которая может быть снабжена активной системой контроля и управления, обеспечивающей выравнивание напряжений на элементах батареи и перераспределение энергии от элементов с более высоким уровнем заряда к менее заряженным. К электрическому преобразователю может быть также подключена в качестве гарантирующего источника электропитания электрогенерирующая установка на основе теплового двигателя, использующего органическое топливо, в том числе дизель-генератор, газовая турбина, двигатель Стерлинга, либо электрохимический генератор, либо линия электропитания от централизованной энергетической сети.The problem is solved, and the technical result is ensured by the fact that the combined wind desalination plant contains a reverse osmosis membrane module, a pump that feeds salt or contaminated water to the reverse osmosis membrane module, a wind generator that converts wind flow energy into electrical energy, a concentrate thermal recovery unit that performs the evaporation function of the resulting during operation of the reverse osmosis module of brine, desalinated water storage, brine storage, imp block UV ultraviolet disinfection, an electric converter matching the voltage at the inputs of the pump and the concentrate thermal recovery unit with the wind turbine output, an automated control system that monitors the power of the wind turbine, pump, monitoring the pressure and flow rate of the liquid in the membrane module, the liquid level in the brine and desalinated water storage tanks, limitation of the current consumed by the pump, and the connection of the unit for thermal utilization of the concentrate when the wind power exceeds the power Ator over the estimated necessary to achieve a safe pressure reverse osmosis unit. A battery of supercapacitors with an aqueous or organic electrolyte can be connected to the electric converter to equalize the profile of the power output of the wind turbine, which can be equipped with an active monitoring and control system that provides equalization of voltage on the battery cells and redistribution of energy from cells with a higher charge level to less charged. An electric generating unit based on a heat engine using fossil fuels, including a diesel generator, gas turbine, Stirling engine, or an electrochemical generator, or a power line from a centralized energy network, can also be connected to an electric converter as a guaranteeing power source.
На чертеже представлена схема предлагаемой установки, на которой показаны основные ее составляющие и связь между ними.The drawing shows a diagram of the proposed installation, which shows its main components and the relationship between them.
При работе установки соленая (морская) или загрязненная вода подается насосом 1 в обратноосмотический мембранный модуль опреснения 2. Установка содержит ветроэлектрогенератор 3, преобразующий энергию ветрового потока в электрическую энергию, необходимую для питания всех составляющих установки. Модуль 2 соединен с накопителями опресненной воды 4 и рассола 5. Опресненная вода проходит модуль импульсного ультрафиолетового обеззараживания 6 и подается потребителю. Рассол из накопителя направляют в блок термической утилизации 7, где рассол упаривается, а воду перепускают в накопитель 4. В установке имеется электрический преобразователь 8, согласующий напряжения на входах насоса 1 и блока термической утилизации концентрата 7 с выходом ветроэлектрогенератора 3. Установка оснащена автоматизированной системой управления, осуществляющей контроль мощности ветроэлектрогенератора 3, насоса 1, контроль давления и расхода жидкости в мембранном модуле 2, уровня жидкости в накопителях рассола 5 и опресненной воды 4, ограничение тока, потребляемого насосом 1, и подключение блока термической утилизации концентрата 7 при превышении мощности ветроэлектрогенератора 3 над расчетной, необходимой для достижения безопасного давления в обратноосмотическом модуле 2. К электрическому преобразователю 8 подключена батарея суперконденсаторов 9 с водным или органическим электролитом, используемая для выравнивания профиля выдачи мощности ветроэлектрогенератора 3 (компенсации коротких колебаний мощности ветроэлектрогенератора 3 длительностью 2-40 с), что позволяет увеличить время работы обратноосмотического модуля 2 при высоких скоростях ветра и повысить ресурсные характеристики мембран за счет снижения числа и амплитуды бросков давления. Батарея суперконденсаторов 9 снабжена активной системой контроля и управления, обеспечивающей выравнивание напряжений на элементах батареи и перераспределение энергии от элементов с более высоким уровнем заряда к менее заряженным, что позволяет снизить потери энергии и увеличить срок службы суперконденсаторов. К электрическому преобразователю 8 также подключена в качестве гарантирующего источника электропитания 10 электрогенерирующая установка на основе теплового двигателя, использующего органическое топливо, в том числе дизель-генератор, газовая турбина, двигатель Стирлинга, либо электрохимический генератор, либо линия электропитания от централизованной энергетической сети. Запуск гарантирующего источника электропитания 10 осуществляется автоматической системой управления в случае наличия потребности в опресненной воде, длительном отсутствии ветра (по показаниям анемометра и уровню воды в накопителе опресненной воды).During operation of the installation, salt (sea) or contaminated water is pumped 1 to the reverse osmosis membrane desalination module 2. The installation contains a wind generator 3, which converts the energy of the wind flow into electrical energy needed to power all components of the installation. Module 2 is connected to the stores of desalinated water 4 and brine 5. Desalinated water passes through the pulsed ultraviolet disinfection module 6 and is supplied to the consumer. The brine from the accumulator is sent to the thermal recovery unit 7, where the brine is evaporated, and the water is transferred to the accumulator 4. The installation has an electric converter 8 that matches the voltages at the inputs of the pump 1 and the thermal recovery unit of the concentrate 7 with the output of the wind generator 3. The installation is equipped with an automated control system that monitors the power of the wind generator 3, pump 1, controls the pressure and flow rate of the liquid in the membrane module 2, the liquid level in the storage of brine 5 and desalinated in 4, limiting the current consumed by the pump 1, and connecting the thermal recovery unit of the concentrate 7 when the power of the wind generator 3 exceeds the calculated one necessary to achieve a safe pressure in the reverse osmosis module 2. A battery of supercapacitors 9 with an aqueous or organic electrolyte is connected to the electric converter 8 to align the profile of the power output of the wind generator 3 (compensation of short fluctuations in the power of the wind generator 3 with a duration of 2-40 s), that time provided more reverse osmosis modules 2 at high wind speeds, and increase the resource characteristics of the membranes by reducing the number and amplitude of the pressure surges. The battery of supercapacitors 9 is equipped with an active monitoring and control system that ensures equalization of voltages on the battery cells and the redistribution of energy from cells with a higher charge level to less charged, which can reduce energy loss and increase the service life of supercapacitors. An electric generating unit based on a heat engine using fossil fuels, including a diesel generator, gas turbine, Stirling engine, or an electrochemical generator, or a power line from a centralized energy network, is also connected to an electric converter 8 as a guaranteeing power source 10. The start of the guaranteeing power supply 10 is carried out by an automatic control system in case there is a need for desalinated water, a long absence of wind (according to the readings of the anemometer and the water level in the desalinated water storage tank).