考虑调度问题的热膜耦合海水淡化系统优化设计的研究

海水淡化技术能耗大、淡水价格高是制约其推广和应用的主要瓶颈之一，开展海水淡化过程的节能降耗及水电联产的生产调度研究对于推动经济发展和社会需求都有重要意义。本课题将热法和膜法淡化技术进行集成，并与发电系统相结合，研究水、电联产技术。研究热法、膜法海水淡化系统之间以及与发电系统间物流、能流的协调与匹配特性，采用分离级、分配节点和混合节点的概念构建耦合海水淡化系统的优化模型，同时考虑季节、水源、水电需求等因素对集成系统的影响；将海水淡化耦合系统中的分离级个数、膜组件类型及个数、热膜间的物流分率等作为优化变量，采用随机优化算法对海水淡化耦合系统进行优化求解。以水、电为产品、多水源为原料、多种淡化技术及发电系统为生产设备，开展多产品水电联产计划调度的研究，提出考虑生产调度问题的热膜耦合海水淡化系统的优化设计方法。

海水淡水是解决淡水资源短缺的有效途径。但其能耗大、淡水成本高，因此，开展海水淡化技术的节能降耗研究具有重要的意义。.本项目对海水淡化及其集成系统的优化设计和计划调度问题进行了研究，结果如下：.1遗传算法的改进.基于基本遗传算法的二进制编码同时对不同类型的变量进行编码存在的缺陷，提出了混合编码的遗传算法，依据不同类型变量的特点，改进了交叉和变异算子。算例表明改进的遗传算法是可行的、有效的。.2 多级闪蒸系统的优化.建立了多级闪蒸系统的数学模型，优化结果在闪蒸级数、总换热面积和性能比方面优于文献值。探讨了操作参数对系统性能的影响，海水浓度升高，闪蒸级数不受影响、性能比减小、盐水循环比增大；淡水产量增大，闪蒸级数和性能比增大；顶温的升高，闪蒸级数和循环比减小、性能比增大；海水温度升高，性能比、闪蒸级数和循环比都增大。.3 热膜耦合海水淡化系统的研究.建立了基于分离级的热膜耦合海水淡化系统的超结构模型，将产水比作为集成系统的一个优化变量，通过算例给出了集成系统的最优结构及相应的操作条件。.探讨了海水浓度对多级闪蒸和反渗透系统的产水成本的影响，海水浓度大于44000mg/L时，宜采用多级闪蒸技术；海水浓度低于44000mg/L时，宜采用反渗透技术。.4 水电联产系统的优化设计.建立了水电联产系统数学模型，并对三种操作策略分别优化求解。满足水需求时，系统的最优操作模式为发电厂、MSF和RO三者的集成，且 MSF与RO的产水比存在最优值，发电采用背压蒸汽轮机；满足电需求时，系统的最优结构为电厂与MSF的组合，发电采用背压蒸汽轮机；同时满足水、电需求时最优操作模式随着淡水需求量的变化而变化。当淡水需求较小时，采用电厂+MSF组合，发电选用抽汽式汽轮机；当淡水需求量较大时采用电厂+MSF+RO的组合，发电机选用背压式汽轮机。.5 水电联产系统调度问题的研究.引入储罐单元，提出了水电联产系统的调度模型，短期调度的运行模式为电力需求少的时段，多产水进行储存，电力需求大的时段多发电、减少水产量，不足的部分采用储存水补充；中期计划问题，在调度期内的任何时间区间电力需求都得到满足，通过调整计划期内水电的生产负荷，可以实现水电需求在不同季节的协调、互补，减小了电厂负荷的波动，降低了生产费用。