成果報告書詳細
管理番号20140000000564
タイトル平成22年度-平成25年度成果報告書 「最先端PG(Mega-ton Water System)高効率エネルギー回収」
公開日2015/3/10
報告書年度2010 - 2013
委託先名株式会社荏原製作所
プロジェクト番号P09025
部署名環境部
和文要約 本研究は、エネルギー回収効率が95%以上かつ、100万トン/日クラスのプラントへの適用を見据えた、容積形エネルギー回収装置の実用化を目標とする。
 本容積形エネルギー回収装置は、海水に濃縮海水を直接接触させてエネルギー回収を行う革新的な手法を用いるものである。

(1)要素技術開発
 ・エネルギー回収チャンバーの研究
 海水に濃縮海水を直接接触させてエネルギー回収を行うエネルギー交換チャンバーに関し、濃縮海水と塩水の比重差を考慮した流れ解析を実施し、様々なチャンバー構造が海水と濃縮海水の混合(ミキシング)に及ぼす影響を評価し、最適チャンバー構造(設置形態と整流構造)を見出した。
 ・運転制御法の研究
 本構造を大容量実証機およびフィールド試験機(北谷パイロットプラント試験機)のエネルギー交換チャンバーに適用し、起動・停止を含む運転制御法を確立すると共に、ミキシングが1%以下となる制御条件を見出し、目標達成を確認した。

(2)実証機の開発
 ・大容量実証機の開発
 圧力7MPa、処理流量1,000L/min、エネルギー回収効率95%を目標仕様とするエネルギー回収装置の実証機と試験設備を構築し、その性能評価を行った。エネルギー回収効率95%以上を確認するとともに、実プラントでの運転を想定した起動・停止を含む運転制御技術を獲得した。
 
 ・フィールド試験機の開発
 海水と濃縮海水の混合抑制効果を有するエネルギー交換チャンバーと、別途自社開発した内部漏洩損失を実質的にゼロとした回転式制御弁(ロータリーバルブ)を適用したフィールド試験機(300L/min)を開発し、北谷パイロットプラントで評価試験を実施した。
 北谷パイロットプラントでの評価試験により、ミキシングを1%以下にする動作設定条件を獲得するとともに、エネルギー回収率98%以上を確認した。また、延べ運転時間2,000-3,000時間で各種機器部材が良好な耐久性、耐腐食性を有することを確認した。
 
 ・大規模システムへの適用時の特長の明確化
 典型的一段RO膜方式のプラント(塩濃度3.9%)で、市場占有率トップの海外製品に対し、消費電力削減が3-4ポイント、前処理水節減が約5%であることを確認し、造水コストへのインパクトを検証した。
英文要約This study aims at the development of an isobaric energy recovery device that can achieve an energy recovery efficiency of 95% or more in seawater reverse osmosis (SWRO) plants envisaging the implementation to a capacity of 1 million tons per day.
The isobaric energy recovery device uses an innovative energy recovery process based on direct contact of seawater with concentrated brine.

(1) Development of element technology
- Study of energy recovery chambers
For energy exchange chambers that recover energy based on direct contact of seawater with concentrated brine, flow analysis was performed by taking differences in specific gravity between concentrated brine and seawater into account. Next, the effects of various chamber configurations on the mixing of seawater and concentrated brine were evaluated to find an optimum chamber configuration (installation and flow distributor configuration).

- Study of device control
Control technologies that can achieve a mixing rate of 1% or less were identified with the optimum chamber configuration applied to the energy exchange chamber of the field test unit (test unit at the pilot plant in Chatan), and the accomplishment of the target was confirmed.


(2) Development of a demonstration test unit
- Development of a demonstration test unit with large capacity
A demonstration test unit and test equipment for an energy recovery device with target specifications (pressure of 7 MPa, flow capacity of 1,000 L/min, and energy recovery efficiency of 95%) were configured, and their performance was evaluated. An energy recovery efficiency of 95% or more was achieved, and control technologies for operation at actual plants, including start/stop, were obtained.

- Development of a field test unit
At the pilot plant in Chatan, we conducted an evaluation test of a field test unit (300 L/min), which was developed by applying a pressure exchange chamber that has the effect of preventing seawater and concentrated brine from mixing and a self-developed rotary valve with reduced internal leakage loss.
Through the evaluation test at the pilot plant in Chatan, we identified operation setup conditions in which a mixing rate of 1% or less was achieved and obtained an energy recovery effectiveness of 98% or more. It was also confirmed that the test unit maintained excellent durability and corrosion resistance after a total operating time of 2,000 to 3,000 hours.

- Clarification of characteristics when applied to a large-scale system
The impact of the device on the water production cost (particularly the specific energy consumption) was verified by confirming that the device has advantages over a foreign product with the highest market share for typical single-stage RO plants (with a salinity concentration of 3.9%) with power consumption reduced by 3 to 4 points and pre-treated water reduced by approximately 5%.
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