隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對淡水的需求也越來越大,水資源危機(jī)已成為影響人類生活和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一。海水淡化是沿海地區(qū)緩解用水危機(jī)最有效的方法之一。反滲透法是一種主要的海水淡化技術(shù)。隨著反滲透膜、高壓泵和能量回收裝置等核心設(shè)備和技術(shù)的日益成熟,反滲透法已成為21世紀(jì)海水淡化的主導(dǎo)技術(shù),得到了廣泛的應(yīng)用。近年來,隨著反滲透海水淡化(Seawater Reverse Osmosis, SWRO)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,海水淡化工程中包含的制水單元和設(shè)備也越來越多,對其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,合理安排各機(jī)組的生產(chǎn)計劃,是提高設(shè)備利用率、降低生產(chǎn)成本的有效手段。依托國家科技支撐計劃“日產(chǎn)10萬噸級膜法海水淡化國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與示范”(2009BAB47B00),圍繞大型反滲透海水淡化過程建模與優(yōu)化問題展開研究,主要研究成果總結(jié)如下：(1)闡述了反滲透傳質(zhì)機(jī)理,給出了典型反滲透海水淡化系統(tǒng)的流程；從熱力學(xué)原理出發(fā),基于溶解一擴(kuò)散機(jī)理建立了反滲透過程傳質(zhì)模型,并以此為基礎(chǔ),對淡化工程中廣泛采用的卷式膜組件單元進(jìn)行了建模；分析了大型并聯(lián)式反滲透海水淡化工程的工藝結(jié)構(gòu),建立了其全流程整體過程模型。對反滲透生產(chǎn)過程中的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行了分析,建立了其操作費(fèi)用模型,為研究大型反滲透海水淡化工程操作優(yōu)化提供了理論依據(jù)。(2)研究了大型反滲透海水淡化工程靜態(tài)優(yōu)化問題。建立了SWRO系統(tǒng)的集總參數(shù)模型,提出了符合廠方調(diào)度習(xí)慣的靜態(tài)調(diào)度模型,該模型是一類混合整數(shù)規(guī)劃(Mixed-Integer Nonlinear Programming, MINLP)模型。針對MINLP模型難以采用解析方法進(jìn)行精確求解的難題,采用啟發(fā)式算法對其進(jìn)行求解。根據(jù)反滲透海水淡化過程操作優(yōu)化問題的特點(diǎn),提出了一種兩階段差分進(jìn)化算法來求解該MINLP問題,對算法參數(shù)進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明,該算法可以較好地求解本文所涉及的MINLP問題。(3)為進(jìn)一步揭示反滲透過程中各運(yùn)行參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響,并對全流程反滲透過程進(jìn)行操作優(yōu)化,建立了SWRO過程的微分一代數(shù)優(yōu)化(Differential-algebraic Optimization Problems, DAOP)模型。為了克服DAOP解析求解難題,通過有限元配置法將DAOP問題轉(zhuǎn)換為大規(guī)模非線性規(guī)劃問題,采用聯(lián)立求解技術(shù)對其進(jìn)行了求解。討論了有限元的選取策略,研究了在不同運(yùn)行條件下的生產(chǎn)調(diào)度問題。優(yōu)化求解結(jié)果表明本優(yōu)化方法可以大幅降低實(shí)際操作費(fèi)用。(4)針對大型反滲透過程中存在的不確定因素,研究了其魯棒調(diào)度問題。給出了生產(chǎn)調(diào)度的魯棒性指標(biāo),并提出了一種主動調(diào)度與反應(yīng)式調(diào)度相結(jié)合的混合魯棒調(diào)度方案來處理反滲透過程中的不確定性。為了快速求解重調(diào)度命題,借鑒預(yù)測控制相關(guān)知識,引入滾動時域方法,將全局優(yōu)化命題分解為一系列局部優(yōu)化命題,以減少問題維數(shù),達(dá)到快速求解的目的。對機(jī)器故障和用水量變動引起的不確定性進(jìn)行了仿真,結(jié)果表明所提出的混合調(diào)度方案具有較好的魯棒性。(5) 以國家科技支撐計劃示范項(xiàng)目為依托,研究了大型反滲透海水淡化優(yōu)化調(diào)度問題的工程實(shí)現(xiàn)。提出優(yōu)化調(diào)度軟件的總體架構(gòu)并基于C#環(huán)境進(jìn)行了軟件開發(fā)。研制的軟件能夠支持大型SWRO系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度,合理利用資源,有效降低制水成本。最后,對全文進(jìn)行了總結(jié),指出了有待進(jìn)一步研究的若干問題。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TP18
【部分圖文】：

圖２－６卷式膜組件單元結(jié)構(gòu)示意圖逡逑

進(jìn)料水入口邋／膜元ｆ接件／邋ｆ／琴產(chǎn)品／水出口逡逑＾）邋＾邋Ｍ）邋＇邋）ｆａＪ邋ｉ逡逑濃縮水出口逡逑圖２－６卷式膜組件單元結(jié)構(gòu)示意圖逡逑進(jìn)料水邋—？邋／ｙ（￣邐／＇＂／！邐￣７＼＾逡逑節(jié)邐彟餐—－…．１—海水逡逑—Ｉ—邐Ｉ邐ｊ邋Ｉ產(chǎn)品水（淡水）逡逑膜微元邐—＾逡逑Ｐｆ＊＊ｌ—￣｜－＾＾ｒ逡逑Ｃｆ？卡邋＊ｄ２＊＿＾口：流率／濃度、化）逡逑？邋－＾Ｃ逡逑，１１邐Ｃｓ（ｚ）逡逑Ｕｔ邐邐逡逑ＰＪｐＣｐ邐ｒ邐邐？ｚ逡逑圖２－７卷式膜組件矩形通道模型示意圖逡逑２８逡逑

邐Ｔｉｍｅｆｃ逡逑圖３＞４優(yōu)化調(diào)度與人工調(diào)度下ＲＯ機(jī)組產(chǎn)水量比較逡逑圖３－４為各制水機(jī)組各時段制水量比較，可ＬN(yùn)B看出人工調(diào)度與優(yōu)化調(diào)度都考逡逑慮到了分時電價的影響，避開了分時電價的高峰時段制水，并與用戶用水量呈周逡逑期性對應(yīng)，產(chǎn)品水池容量也呈周期變化。逡逑制水單元１和２的制水量最少，具有較靈活的調(diào)節(jié)性。因此，這兩個單元基逡逑本處于常開狀態(tài)，主要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)供水需求。最優(yōu)化操作方法中充分考慮了電價因逡逑素，在高電價時段制水量較小，降低了制水成本；而人工操作中對電價因素較不逡逑敏感。制水單元６制水量較大

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 梁立達(dá);王劍;孫貴根;;基于機(jī)會約束規(guī)劃的海水淡化優(yōu)化調(diào)度[J];杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2016年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 廉樂凱;不確定條件下大型反滲透海水淡化工程優(yōu)化調(diào)度方法研究[D];杭州電子科技大學(xué);2016年

本文編號：2833273