高效太阳能海水淡化控制系统

【摘要】：水是生命之源，是人类生存所必须的基本物质。随着全球经济的发展，人口的增加，世界范围内面临越来越严重的淡水危机。为了解决淡水短缺问题，人类采取“开源节流”的方法，一方面节约用水，另一方面大力推进海水淡化。同时，人类社会面临着能源短缺，环境恶化的严重威胁，采用新能源进行海水淡化，尤其是利用太阳能进行海水淡化迫在眉睫。 响应国家号召，浙江省提出大力发展海洋经济的规划，太阳能海水淡化是其中的重要一环。为了解决舟山等地沿海岛屿的缺水问题，本文设计一种高效太阳能海水淡化装置，采用太阳能聚光集热、板式换热、低温多效海水蒸馏相结合，并在该装置上添加控制系统，控制工作过程中工质的流动，实现对太阳能海水淡化过程热量的控制，提高装置的热利用率和海水淡化效率。 首先，设计了一种高效太阳能海水淡化装置，采用太阳能槽式集热，二级板式换热，低温多效海水蒸馏器相结合，加上储热油罐和储热水罐等储能装置，实现太阳能收集、存储和利用，设计并定制小型低温多效蒸馏器来进行海水淡化。并为该项目在杭州的实施建设做了前期规划。 其次，在该太阳能海水淡化装置的平台上，添加整套控制系统，控制装置运行过程中工质的流动。在装置上布置温度、流量等仪表，检测工质的状态，并通过控制器改变工质的流速，实现对工作过程中热量循环的控制。采取分层控制的策略，底层太阳能集热，换热，海水淡化三个过程独立控制，上层控制器实现对三个底层控制的优化调度。 最后，对于底层三个控制系统，依据其控制要求完成底层控制器设计，并分析采用PID控制和预测控制时的控制效果，并给出了仿真结果。对上层控制器，分析高效太阳能海水淡化装置工作的状态，并给出了控制策略。 从控制的角度来分析太阳能海水淡化的过程，实现整个系统的自动化运行，提升装置的热利用率和海水淡化效率，改变了以往单纯从热工视角研究太阳能海水淡化技术的局面，为今后太阳能海水淡化技术发展提供了一个新的思路。 【关键词】：太阳能海水淡化 反馈控制 自动化 优化调度
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P747;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-11
• 1.1.1 海水淡水10
• 1.1.2 太阳能海水淡化10-11
• 1.2 太阳能海水淡化控制系统的历史及现状11-14
• 1.2.1 太阳能海水淡化技术的回顾11-13
• 1.2.2 太阳能海水淡化控制系统的现状13-14
• 1.3 研究内容14-15
• 第2章 太阳能海水淡化及控制的基础15-21
• 2.1 太阳能海水淡化装置15-18
• 2.1.1 被动式15-16
• 2.1.2 主动式16-18
• 2.1.2.1 蒸汽压缩蒸馏法(VC)16
• 2.1.2.2 露点淡化法16
• 2.1.2.3 多级闪蒸(MSF)16-17
• 2.1.2.4 低温多效蒸馏法(MED)17-18
• 2.2 现代自动化技术18-19
• 2.3 控制方法基础19-20
• 2.4 小结20-21
• 第3章 高效太阳能海水淡化及控制系统的设计21-40
• 3.1 高效太阳能海水淡化装置的设计21-29
• 3.1.1 太阳能集热系统的设计22-23
• 3.1.2 换热系统的设计23-24
• 3.1.3 海水淡化系统的设计24-27
• 3.1.4 太阳能海水淡化工程实施27-29
• 3.2 电气仪表布置29-34
• 3.2.1 太阳能集热仪表的布置29-31
• 3.2.2 换热系统仪表的布置31-32
• 3.2.3 海水淡化系统仪表的布置32-34
• 3.3 自动化方案34-36
• 3.4 控制策略36-37
• 3.5 控制框图37-38
• 3.6 小结38-40
• 第4章 控制器设计40-51
• 4.1 底层控制器设计40-49
• 4.1.1 PID 控制42-44
• 4.1.2 MPC 控制44-47
• 4.1.3 结果分析47-49
• 4.2 上层控制器设计49-50
• 4.2.1 无光照49
• 4.2.2 弱光照49
• 4.2.3 强光照49-50
• 4.3 小结50-51
• 第5章 总结与展望51-53
• 5.1 论文总结51-52
• 5.2 展望52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-58
• 附录58

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