Πειραματική διερεύνηση μονάδας αφαλάτωσης αντίστροφης ώσμωσης υπό μεταβλητές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας νερού τροφοδοσίας

Abstract

Τα συστήματα αφαλάτωσης με αντίστροφη ώσμωση αποτελούν μια πετυχημένη προσέγγι¬ση στη λύση του προβλήματος πόσιμου νερού κυρίως σε νησιωτικές, αλλά και σε παραθαλάσ¬σιες περιοχές. Τα συστήματα αυτά πολλές φορές διασυνδέονται με συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Φωτοβολταϊκά και ανεμογεννήτριες παράγουν την ενέργεια που καταναλώνε¬ται από τη μονάδα αφαλάτωσης. Οι μονάδες που βρίσκονται στην αιχμή της τεχνολογίας συν¬δυάζονται, πολλές φορές, και με συστήματα ανάκτησης της ενέργειας, που μπορούν να μειώ¬σουν δραστικά την καταναλισκόμενη ενέργεια από τη μονάδα. Στην βιβλιογραφία, επίσης, υπάρχουν αναφορές ότι η λειτουργία μιας μονάδος αφαλάτω¬σης σε μερικό φορτίο μπορεί να παρουσιάσει μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης σε σχέση με τη λει¬τουργία της στην ονομαστική ισχύ. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματοποιήθηκε πειραματική αξιολόγηση της μο¬νάδος αφαλάτωσης που υπάρχει εγκατεστημένη στο εργαστήριο γεωργικής μηχανολογίας σε λειτουργία μερικού φορτίου. Η πειραματική λειτουργία της μονάδος σε μερικό φορτίο επιτυγχάνεται μέσω μεταβαλλόμε¬νων παραμέτρων (στροφών) του συγκροτήματος αντλίας - κινητήρα που είναι ενσωματωμένο στην μονάδα. Για τον σκοπό αυτό έγινε αντικατάσταση του υπάρχοντος ηλεκτροκινητήρα συνεχούς ρεύ¬ματος της μονάδας, με αντίστοιχο εναλλασσομένου ρεύματος. Ο νέος κινητήρας είναι εφοδια¬σμένος με μετατροπέα συχνότητας, για τον έλεγχο των στροφών του. Στα πλαίσια της πειραματικής αξιολόγησης έγινε σχεδιασμός και υλοποιήθηκε σύστημα κα¬ταγραφής δεδομένων (παροχή αφαλατωμένου νερού, καταναλισκόμενη ενέργεια, αλατότητα παραγόμενου νερού κλπ). Εν συνεχεία έγιναν επί μέρους μετρήσεις και χαράχτηκαν οι ανάλογες καμπύλες. Κατά την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων προέκυψαν ενδιαφέροντα συ¬μπεράσματα ως προς τις συνθήκες λειτουργίας της μονάδας αφαλάτωσης σε μερικό φορτίο και ειδικότερα, την ποιότητα του παραγομένου νερού, την καταναλισκόμενη ενέργεια και την επίτευ¬ξη βέλτιστης απόδοσης. XXI Εν γένει καταδεικνύεται ότι, σε μία απομακρυσμένη περιοχή, που οι ανάγκες ηλεκτρικής ε¬νέργειας και πόσιμου νερού καλύπτονται από ένα μικροδίκτυο, η μονάδα ΑΩ, με κατάλληλο σχεδιασμό και διαχείριση, θα μπορούσε να λειτουργήσει σε μερικό φορτίο τις ώρες αιχμής της ηλεκτρικής ενέργειας και σε πλήρες φορτίο τις υπόλοιπες ώρες, κατά τις οποίες η ζήτηση ηλε¬κτρικής ενέργειας από την περιοχή είναι περιορισμένη.

Σhe desalination systems with Reverse Osmosis (RO) constitute a successful approach in covering the need of potable water, not only on islands, but also in coastal regions. These systems

are often interlinked with systems of Renewable Energy Sources. Photovoltaic and Wind generators produce the energy consumed by the Desalination Unit. State-of-the-art units are often combined with recuperation-energy systems, which can decrease drastically the energy consumed by the unit. Furthermore, in the bibliography there are references which assert that the operation of a Desalination Unit in part-load conditions can result in higher efficiency compared to a full-load operation. In the postgraduate thesis in question, an experimental evaluation of an existing Desalination Unit, installed in the Laboratory of Agricultural Engineering of AUA, is realized

in part-load

operation.

The experimental operation of the Unit in part-load conditions is achieved via a variation of the rotation speed of the pump–motor complex of the unit. In order for this to achieved, the existing DC motor of the Unit was replaced with a corresponding

AC one. The new motor is provided with a frequency inverter to control its rotation speed.

Moreover, within the framework of this experimental evaluation work, a design and data recording system was created to measure, collect and evaluate the conditions and variable operation

parameters of the unit, such as the desalination water supply, the consumed energy, the salinity of the produced water etc. During the evaluation of the measurements results, interesting conclusions were drawn regarding

the operation of a Desalination Unit in part-load conditions and, more specifically, the quality of the produced water, the consumed energy and the achievement of higher operation efficiency. In general, it is proven that, in remote areas, where the needs of electrical energy and potable water are satisfied by polygeneration microgrids, a RO Desalination Unit could operate periodically

under a suitable planning and management program in part-load conditions (during the peak – hours of electric energy) and in full-load (during the rest of the day, when the electric energy demand from the microgrid is limited).