基于清潔能源的海水淡化裝置設計

劉勝倫 王廷軍 段家奇 王曉浩 劉文君

摘 要：設計一種清潔能源海水淡化裝置，采用電阻加熱，把海水中的淡化，利用反滲透膜的特性，有效的分離淡水和海水。淡化裝置由太陽能和風能共同提供電能，太陽跟蹤器和風向傳感器的共同作用，保證了風能和太陽能的利用達到最大化。裝置結構簡單，占地小，適合缺少供電條件的場合。

關鍵詞：清潔能源；海水淡化裝置；電阻；反滲透膜；太陽跟蹤器；風向傳感器

1 緒論

隨著世界人口膨脹和水污染的嚴重，水資源越來越缺少，海水淡化將成為以后淡水資源生產的一個主要途徑。現有的海水淡化裝置，體積龐大，淡化過程耗能嚴重、工序繁瑣、投入成本高。本文提出一種利用太陽能、風能等新型清潔能源來滿足能源需求的海水淡化系統，實現自然資源利用的最大化。

2 總體設計

風光互補能源的海水淡化系統主要包括風能裝置、太陽能裝置、海水淡化裝置三個部分，如圖1所示。風能裝置和太陽能裝置產生的電能，輸送到蓄電池里面儲存起來，供海水淡化裝置使用。海水淡化裝置利用電阻熱效應加熱，把海水中的淡水分離出來，利用反滲透膜所具有的特性，有效的分離淡水和海水。

3 裝置分析與設計

3.1 太陽能裝置

系統設置多塊太陽能光伏板。通過太陽能跟蹤器，識別太陽所處的位置，把具體的位置信息反饋給單片機，單片機接收到信息，經過處理以后，直接控制電機4和電機6的轉動幅度，保證太陽能光伏板時刻與太陽光垂直，以此達到太陽能的利用最大化。

3.2 風能裝置

風能裝置有多個風扇，風向傳感器識別裝置所在位置的近地風向，把具體信息傳送給單片機，單片機處理后，通過控制電機2的轉動幅度，以此來保實現風扇3的葉片轉動方向時刻和風吹的風向保持垂直，以此來實現風能的利用達到最大化。

3.3 海水淡化裝置

海水淡化裝置利用電阻熱效應加熱，把海水中的淡水分離出來，利用反滲透膜所具有的特性，有效的分離淡水和海水。

工作時，輸入口開關打開，海水通過輸入口進入裝置，待海水充滿裝置以后，開關關閉。裝置底部呈鋸齒狀，每一個凸起下面都有一根電阻絲。鋸齒狀的設計目的在于電阻所產生的熱量能夠和海水最大面積接觸，以此來提高電阻加熱的效率。電阻對裝置中的海水進行加熱，海水中的淡水受熱易蒸發變成水蒸氣，水蒸氣冷凝又回到裝置下部。在裝置的中部裝有一層反滲透膜。海水受到阻礙，不能通過。然而淡水可以利用水位和膜之間存在的壓力穿過滲透膜，淡水經過反滲透膜被分離出來以后，通過輸出口流出。

輸出口處裝有水位傳感器，當感應到輸出處的水位為零時，表明處于此次分離出來的淡水已經全部流經輸出口流出裝置的狀態。然后，輸入口開關關閉，電阻絲繼續進行加熱，進行下一次提純。以此方式往復來提純淡水。

4 結論

這種清潔能源海水淡化裝置采用單片機控制，利用太陽能、風能為裝置提供電力能源，使用太陽跟蹤器和風向傳感器確保太陽能和風能的利用效率最大化，電阻加熱與反滲透膜有效分離淡水和海水。裝置結構簡單，占地小，適合缺少供電條件的場合。

參考文獻：

[1]楊毅，陳志莉，等.基于可再生能源的海水淡化技術研究進展.污染防治技術，2016，29（01），49.

[2]鄧勇.風光互補反滲透海水淡化系統的應用研究[D].汕頭大學，2011.06.

項目：本文獲得上海市大學生科創基金項目資助