Numerische Optimierung von RO-MED Anlagen zur Meerwasserentsalzung

Abstract:
Die Aufbereitung von Meerwasser bietet ein enormes Potential um der weltweiten Trinkwasserknappheit entgegenzutreten. In der Praxis haben sich insbesondere die Umkehrosmose (RO) und die Mehrstufige Entspannungsverdampfung bewährt. Die Mehrfacheffektverdampfung (MED) gilt auf Grund höherer Flexibilität und geringerem Energieverbrauch als Alternative zur MSF [KW_1]. Die Leistungsfähigkeit und Kosten der Verfahren hängen stark von standortspezifischen Größen, wie Salzgehalt und Energiekosten, ab. Normalerweise wird nach der Entscheidung für ein Verfahren und dessen Anlagenstruktur mit groben Auslegungsmodellen oder simulationsgestützten Entwurfsverfahren ein optimaler Arbeitspunkt bestimmt. Auch wenn ein hohes Maß an Erfahrungswissen einfließt, läuft man Gefahr durch die frühe Festlegung auf eine Anlagenstruktur nicht die wirtschaftlich günstigste Lösung zu finden. In dieser Arbeit werden Methoden der strukturbasierten Optimierung eingesetzt, um unterschiedliche Grundoperationen parallel oder in Kombination zu betrachten. Mit Hilfe eines technisch-ökonomischen Überstruktur-Modells und deterministischer Verfahren der gemischt-ganzzahligen Optimierung werden Struktur des Prozesses und Auslegung der einzelnen Prozessstufen simultan bestimmt, so dass ein wirtschaftliches Optimum erreicht wird [KW_2]. Der Beitrag schlägt eine neue, allgemein anwendbare Überstruktur für einen Hybridprozess aus Umkehrosmose und Mehrfacheffektverdampfung zur Meerwasserentsalzung vor. Mit Hilfe heuristischer Regeln wird eine deutliche Reduktion der Komplexität des Optimierungsmodells erreicht. Für die Lösung des aufgestellten Optimierungsmodells wird eine schrittweise Strategie vorgestellt, welche die robuste Bestimmung wirtschaftlich optimaler Entsalzungsprozesse ermöglicht.

Keywords:
MINLP, Superstructure