基于清洁能源的海水淡化装置设计

刘胜伦 王廷军 段家奇 王晓浩 刘文君

摘 要：设计一种清洁能源海水淡化装置，采用电阻加热，把海水中的淡化，利用反渗透膜的特性，有效的分离淡水和海水。淡化装置由太阳能和风能共同提供电能，太阳跟踪器和风向传感器的共同作用，保证了风能和太阳能的利用达到最大化。装置结构简单，占地小，适合缺少供电条件的场合。

关键词：清洁能源；海水淡化装置；电阻；反渗透膜；太阳跟踪器；风向传感器

1 绪论

随着世界人口膨胀和水污染的严重，水资源越来越缺少，海水淡化将成为以后淡水资源生产的一个主要途径。现有的海水淡化装置，体积庞大，淡化过程耗能严重、工序繁琐、投入成本高。本文提出一种利用太阳能、风能等新型清洁能源来满足能源需求的海水淡化系统，实现自然资源利用的最大化。

2 总体设计

风光互补能源的海水淡化系统主要包括风能装置、太阳能装置、海水淡化装置三个部分，如图1所示。风能装置和太阳能装置产生的电能，输送到蓄电池里面储存起来，供海水淡化装置使用。海水淡化装置利用电阻热效应加热，把海水中的淡水分离出来，利用反渗透膜所具有的特性，有效的分离淡水和海水。

3 装置分析与设计

3.1 太阳能装置

系统设置多块太阳能光伏板。通过太阳能跟踪器，识别太阳所处的位置，把具体的位置信息反馈给单片机，单片机接收到信息，经过处理以后，直接控制电机4和电机6的转动幅度，保证太阳能光伏板时刻与太阳光垂直，以此达到太阳能的利用最大化。

3.2 风能装置

风能装置有多个风扇，风向传感器识别装置所在位置的近地风向，把具体信息传送给单片机，单片机处理后，通过控制电机2的转动幅度，以此来保实现风扇3的叶片转动方向时刻和风吹的风向保持垂直，以此来实现风能的利用达到最大化。

3.3 海水淡化装置

海水淡化装置利用电阻热效应加热，把海水中的淡水分离出来，利用反渗透膜所具有的特性，有效的分离淡水和海水。

工作时，输入口开关打开，海水通过输入口进入装置，待海水充满装置以后，开關关闭。装置底部呈锯齿状，每一个凸起下面都有一根电阻丝。锯齿状的设计目的在于电阻所产生的热量能够和海水最大面积接触，以此来提高电阻加热的效率。电阻对装置中的海水进行加热，海水中的淡水受热易蒸发变成水蒸气，水蒸气冷凝又回到装置下部。在装置的中部装有一层反渗透膜。海水受到阻碍，不能通过。然而淡水可以利用水位和膜之间存在的压力穿过渗透膜，淡水经过反渗透膜被分离出来以后，通过输出口流出。

输出口处装有水位传感器，当感应到输出处的水位为零时，表明处于此次分离出来的淡水已经全部流经输出口流出装置的状态。然后，输入口开关关闭，电阻丝继续进行加热，进行下一次提纯。以此方式往复来提纯淡水。

4 结论

这种清洁能源海水淡化装置采用单片机控制，利用太阳能、风能为装置提供电力能源，使用太阳跟踪器和风向传感器确保太阳能和风能的利用效率最大化，电阻加热与反渗透膜有效分离淡水和海水。装置结构简单，占地小，适合缺少供电条件的场合。

参考文献：

[1]杨毅，陈志莉，等.基于可再生能源的海水淡化技术研究进展.污染防治技术，2016，29（01），49.

[2]邓勇.风光互补反渗透海水淡化系统的应用研究[D].汕头大学，2011.06.

项目：本文获得上海市大学生科创基金项目资助