成果報告書詳細
管理番号20130000000811
タイトル平成24年度-平成25年度成果報告書 最先端PG(Mega-ton Water System)100万m3/日規模大型プラント構成最適化 海水淡水化シュミレータ研究開発
公開日2014/1/10
報告書年度2010 - 2012
委託先名株式会社東芝
プロジェクト番号P09025
部署名環境部
和文要約本報告は、「メガトン水システム」プロジェクトの中で、当社が開発を担当した100万m3/日 規模大型海水淡水化プラントを事前評価できる海水淡水化プラントシミュレータの開発成果をまとめたものである。
 開発したシミュレータは、塩分、水温、pHなどの海水性状に対して、想定する海水淡水化プロセス構成により、所望のコストと性能の両方の達成可否を評価するものであり、最適なプロセス構成の事前検討を支援できる。本開発の成果の要約を下記に示す。

(1)海水淡水化プラントのコストと性能を事前評価可能なシミュレータの構築
 シミュレータ開発に先だって、薬品注入などに伴う水質反応モデル、前処理機器(砂ろ過、UF膜)、RO膜、動力回収装置、配管系機器(ポンプ、バルブ、管路)などの機器モデルと、既存の海水淡水化プラントの各種プロセスフローに関する文献を調査した。
 調査結果に基づいて、海水淡水化プラントを前処理部と動力回収装置を含むRO膜処理部に分割し、各処理部で定義される複数の処理方式を任意に組み合わせてプラント全体の挙動を模擬できるシミュレータを設計し、ソフトウェアとして実装した。

(2)シミュレーションモデルの評価
 小型試験プラントで収集した長期データをもとに、構築したシミュレータに実装した各種モデルの精度評価を行った。この結果、RO膜モデルの精度については、膜間差圧の誤差3.7%の評価結果を得た。また、小型試験プラントに設置した回転型の動力回収装置についてもモデルの精度評価を実施し、エネルギー回収効率について、誤差0.3%の評価結果を得た。

(3)シミュレータを用いたコスト評価
 構築したシミュレータにイニシャルコストやランニングコストを計算するモデルを組込み、100万m3/日 規模大型海水淡水化プラント全体でのコスト評価を可能とした。構築したシミュレータにより、本プロジェクトで開発中の機器・要素技術の性能を全体システムの中で評価した。具体的には,高効率スパイラル型RO膜を適用した場合の造水コスト試算、IWPPの排熱を利用した場合のエネルギーコスト試算を実施した。
 その結果、高効率スパイラル型RO膜を使用した場合、造水コスト8%の削減効果が期待できる結果を得た。また、IWPPの排熱を利用した場合、エネルギーコストについて最大4.3%の削減効果が期待できる結果を得た。
英文要約The primal goal of the project "Mega-ton Water System" is to realize globally advantageous large scale Sea Water Reverse Osmosis (SWRO) desalination plant of which design capacity is about one million m3/day. To this end, we have developed an integrated SWRO process design simulator to evaluate whether a designed process layout of SWRO plant achieves a given target performance related to desalinated water quality and specific energy consumption. The simulator is also able to evaluate the capital and operational cost of possible SWRO processes, and thus it enables us to assess the overall process performance. Moreover, the developed simulator is able to evaluate the variability of the overall process performance corresponding to that of sea water conditions such as salinity, water temperature, pH, and alkalinity.
The achievements of this development are as follows.

(1) Modeling of SWRO process components and development of SWRO process simulator
Prior to the development of the SWRO process simulator, we have modeled equipment, apparatus, physical phenomena and chemical reactions which should be built in the SWRO process simulator. The models are UF/RO membrane models, energy-recovery device models, pipe/pump/valve models, energy balance of water pressure, mass balance of water volume, and mass balance of water quality components such as salinity and alkalinity. We have also surveyed existing and possible SWRO process configuration through literatures. Then, we have designed the SWRO process simulator by dividing the overall process into pretreatment process and RO main process. The developed simulator coded by C++ language with GUI is able to simulate the behavior of SWRO process for any combination of a pretreatment process and a main RO process.

(2) Evaluation for simulation models
We have evaluated the accuracy of the models that have been built in the SWRO simulator using the process data acquired from bench-scale pilot plant that was constructed in this project. RO membrane model was evaluated by using the long-term data collected by the pilot plant, and the accuracy was found to be satisfactory. In addition, energy recovery device is also evaluated.

(3) Total performance assessment with SWRO simulator
We have developed functions to calculate capital cost and operational cost, which have been built into the simulator with GUI. It enables us to evaluate the total performance of SWRO process. To illustrate that the simulator is able to support efficient SWRO process designs, we have conducted some case studies using the developed simulator by comparing capital/operational costs and water quality for different SWRO processes.
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