尹方龍，汪 陽(yáng)，賈國(guó)濤，聶松林，紀(jì) 輝，馬仲海

(1.北京工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124; 2.中國(guó)船舶第七〇五研究所昆明分部，云南 昆明 650032)

引言

我國(guó)是聯(lián)合國(guó)認(rèn)定的全球13個(gè)人均淡水資源貧乏的國(guó)家之一，人均淡水資源量?jī)H為世界平均值的1/4。隨著城市化和現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，淡水資源短缺已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。采用市場(chǎng)化程度較高的海水淡化技術(shù)實(shí)現(xiàn)水資源的開(kāi)源增量，是緩解我國(guó)水資源危機(jī)的關(guān)鍵舉措[1-4]?！啊吨袊?guó)制造2025》重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線(xiàn)圖”和《關(guān)于發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)——加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)工作情況的報(bào)告》已明確提出將海水淡化產(chǎn)業(yè)融入國(guó)家重大戰(zhàn)略，形成一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品。反滲透海水淡化(Seawater Reverse Osmosis Desalination，SWRO)技術(shù)利用電能驅(qū)動(dòng)高壓泵從海水中分離出淡水，整個(gè)過(guò)程不發(fā)生相變，工藝簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，比能耗低，已成為世界上應(yīng)用最廣泛、最有競(jìng)爭(zhēng)力的海水淡化手段[5-8]。

我國(guó)反滲透海水淡化技術(shù)的研究始于1965年，于1997年在浙江嵊山鎮(zhèn)建成了首個(gè)反滲透海水淡化工程[9]。歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，截至2019年底，全國(guó)共有反滲透海水淡化工程97個(gè)，產(chǎn)水量達(dá)1.001×106m3/d[10]。規(guī)模如此龐大的工程在運(yùn)作時(shí)需要大量的能量輸入，如果將反滲透余留的高壓鹽水直接廢棄排放，會(huì)造成不低于10 kW·h/m3的能耗損失。作為SWRO系統(tǒng)的核心元件之一，能量回收裝置的作用是回收未透過(guò)反滲透膜組件的高壓鹽水用于做功，進(jìn)而大幅度降低系統(tǒng)的產(chǎn)水能耗和投資成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，安裝有能量回收裝置的SWRO系統(tǒng)能耗可從13 kW·h/m3降低至2～3.5 kW·h/m3，減少了約60%的能耗，能量回收效率高達(dá)97%[11-12]。

由于能量回收裝置對(duì)于反滲透海水淡化工程具有顯著影響和實(shí)用價(jià)值，美國(guó)、德國(guó)、丹麥、瑞士和英國(guó)等國(guó)家在20世紀(jì)70年代便著手研究，經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段，開(kāi)發(fā)出一系列商業(yè)化產(chǎn)品[9]，例如美國(guó)ERI公司的PX系列產(chǎn)品、德國(guó)KSB公司的SalTec系列產(chǎn)品、丹麥Danfoss公司的iSave系列產(chǎn)品等。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)浙江大學(xué)、天津大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、燕山大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所等單位也逐步開(kāi)展了反滲透海水淡化能量回收技術(shù)領(lǐng)域的研究工作，不僅研制出了多種高效的能量回收裝置樣機(jī)，并在其工作機(jī)理和特性研究方面取得了一定成就。

本研究介紹了反滲透海水淡化能量回收裝置的分類(lèi)和工作原理，并重點(diǎn)綜述了國(guó)內(nèi)外的研究成果和進(jìn)展，最后結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析總結(jié)了我國(guó)反滲透海水淡化能量回收裝置的發(fā)展方向。

1 分類(lèi)和工作原理

反滲透海水淡化能量回收裝置按照其工作原理主要可分為液力透平式、正位移式和泵-馬達(dá)式3種類(lèi)型，見(jiàn)表1。

表1 反滲透海水淡化能量回收裝置優(yōu)缺點(diǎn)比較Tab.1 Comparison of advantages and disadvantages of seawater reverse osmosis desalination energy recovery device

第一代和第二代能量回收裝置均采用液力透平工作原理，但具體實(shí)現(xiàn)方式有所區(qū)別[13-14]。第一代能量回收裝置將電機(jī)置于高壓泵和透平中間，三者同軸連接，利用反滲透膜組件的高壓截留液推動(dòng)透平的葉輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)對(duì)軸做功來(lái)輔助高壓泵對(duì)海水增壓，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，如圖1所示；第二代能量回收裝置將離心泵和透平同軸連接，和高壓泵互相獨(dú)立運(yùn)行，高壓鹽水推動(dòng)透平帶動(dòng)離心泵給海水增壓，通過(guò)降低高壓泵的提升壓力來(lái)降低產(chǎn)水能耗，如圖2所示。盡管液力透平式能量回收裝置最早被應(yīng)用且技術(shù)相對(duì)成熟，但其需要經(jīng)歷“水壓能-機(jī)械能-水壓能”的兩步能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，能量回收效率一般不超過(guò)80%，已逐漸被市場(chǎng)淘汰。

圖1 第一代能量回收裝置運(yùn)行原理Fig.1 Operating principle of the first generation energy recovery device

圖2 第二代能量回收裝置運(yùn)行原理Fig.2 Operating principle of the second generation energy recovery device

基于“功交換”原理的正位移式第三代能量回收裝置利用流體的不可壓縮性可直接實(shí)現(xiàn)高壓鹽水和低壓海水間的能量傳遞。系統(tǒng)工作時(shí)，低壓海水在能量回收裝置中先由高壓鹽水直接增壓，再經(jīng)過(guò)增壓泵的二次增壓后進(jìn)入反滲透膜組件產(chǎn)出淡水。上述過(guò)程是通過(guò)降低高壓泵的流量來(lái)減少系統(tǒng)能耗，運(yùn)行過(guò)程如圖3所示。由于其能量回收過(guò)程只需要經(jīng)過(guò)“水壓能-水壓能”的一步轉(zhuǎn)換，能量回收效率通常能達(dá)到90%以上，目前已占據(jù)反滲透海水淡化市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，但仍存在系統(tǒng)集成度較低、投資成本高、需配備增壓裝置和鹽/海水摻混等技術(shù)缺陷。正位移式能量回收裝置根據(jù)其核心部件結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為閥控式和旋轉(zhuǎn)式[15-17]。

圖3 正位移式能量回收裝置運(yùn)行原理Fig.3 Operating principle of positive displacement energy recovery device

泵-馬達(dá)式能量回收裝置將海水液壓泵和海水液壓馬達(dá)集成于一體，是海水淡化系統(tǒng)中能量回收技術(shù)較為理想的解決方案，如圖4所示。低壓海水經(jīng)過(guò)液壓泵的增壓后在反滲透膜中脫鹽，產(chǎn)生的高壓鹽水進(jìn)入液壓馬達(dá)做功。通過(guò)液壓馬達(dá)將高壓鹽水的壓力能傳遞給轉(zhuǎn)軸，以補(bǔ)償電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和輸出功率，能量只需經(jīng)過(guò)“水壓能-機(jī)械能”的一步轉(zhuǎn)換。這種集成式能量回收裝置可同時(shí)實(shí)現(xiàn)海水增壓和能量回收功能，對(duì)于減小反滲透海水淡化系統(tǒng)的體積、能耗和投資成本具有重要意義[18]。然而，傳統(tǒng)海水液壓柱塞泵/馬達(dá)仍存在如滑動(dòng)摩擦副數(shù)量較多造成泄漏和機(jī)械損失較大、抗污染能力較差等瓶頸問(wèn)題[19-20]，其工作效率仍有提高空間。

圖4 泵-馬達(dá)式能量回收裝置運(yùn)行原理Fig.4 Operating principle of pump-motor energy recovery device

2 液力透平式能量回收裝置

20世紀(jì)80年代初期，為降低反滲透海水淡化工程的能耗和運(yùn)行成本，第一代能量回收裝置開(kāi)始應(yīng)用于SWRO系統(tǒng)，代表性產(chǎn)品有弗朗西斯透平(Francis turbine)和佩爾頓透平(Pelton turbine)。

弗朗西斯透平是Pump Ginard公司生產(chǎn)、最早應(yīng)用在SWRO系統(tǒng)的能量回收裝置，如圖5所示。本質(zhì)上是一種反向運(yùn)行的離心泵，運(yùn)行時(shí)高壓鹽水經(jīng)泵出口的閥門(mén)流入，驅(qū)動(dòng)葉輪做功。能量回收效率一般不超過(guò)30%，且因高壓流體的流量變化而表現(xiàn)出較大差異：當(dāng)流量超過(guò)最佳工況的10%時(shí)，能量回收率降低50%；當(dāng)流量低于最佳工況的40%時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量回收功能[14]。佩爾頓透平由瑞士Calder AG公司設(shè)計(jì)研發(fā)，葉輪是其唯一的旋轉(zhuǎn)部件，具有良好的流體力學(xué)性能。工作過(guò)程中，高壓鹽水通過(guò)若干個(gè)噴嘴直接噴射到葉輪上使其旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的葉輪和噴嘴幾乎能確保全部的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能[21]。此外，佩爾頓透平具有十分平穩(wěn)的效率特性曲線(xiàn)，當(dāng)流量在最佳工況的50%～150%范圍內(nèi)，效率僅有5%的略微下降[22]。

圖5 弗朗西斯透平Fig.5 Francis turbine

到20世紀(jì)80年代后期，為提高液力透平式能量回收裝置的工作效率，以HTC(Hydraulic Turbo Charge)和HPB(Hydrualic Pressure Booster)為代表的第二代能量回收裝置逐漸進(jìn)入市場(chǎng)并實(shí)現(xiàn)商品化開(kāi)發(fā)，在可靠性、功能性和操作性等方面都比第一代裝置更加優(yōu)良[23]。

美國(guó)PEI公司制造了將透平和單級(jí)離心泵集成在同一殼體中的HTC，其外形如圖6所示。利用高壓鹽水推動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)離心泵對(duì)高壓泵出口的中壓海水增壓。不同于第一代能量回收裝置的是，HTC盡可能的減少了傳動(dòng)軸的機(jī)械能損失，并且離心泵無(wú)需外加驅(qū)動(dòng)力[13]。HTC在研發(fā)初期于太平洋上進(jìn)行了超過(guò)2000 h的循環(huán)測(cè)試，其系統(tǒng)產(chǎn)水率為23%，高壓泵的電力供應(yīng)降低了22%[24]。HPB是美國(guó)FEDCO公司設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)和工作原理與HTC相似。HPB標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)系列的流量范圍在7～240 m3/h，新一代HPB的能量回收效率可達(dá)到80%以上，也是當(dāng)時(shí)世界上唯一在實(shí)際工程中效率超過(guò)80%的正位移式能量回收裝置[9,17,25]。

圖6 HTC能量回收裝置Fig.6 HTC energy recovery device

3 正位移式能量回收裝置

3.1 閥控式能量回收裝置

1) 國(guó)外研究進(jìn)展

美國(guó)Desal公司研發(fā)的DWEER(Dual Work Exchanger Energy Recovery)于1990年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，是最早應(yīng)用于反滲透海水淡化工程的正位移式能量回收裝置[26]。該裝置的主要部件包括單向閥和控制閥、2個(gè)水壓缸，其運(yùn)行原理如圖7所示。高壓鹽水經(jīng)控制閥進(jìn)入其中1個(gè)水壓缸，將壓力能傳遞給低壓海水，完成增壓過(guò)程；低壓海水經(jīng)單向閥進(jìn)入另1個(gè)水壓缸，推動(dòng)低壓鹽水排出，完成泄放過(guò)程。水壓缸內(nèi)設(shè)置有活塞，將鹽水和海水隔開(kāi)，有效減少了流體摻混。1998年，LinX閥的誕生使DWEER的性能迎來(lái)了質(zhì)的飛躍。LinX閥是一種多通道的控制閥，替代了原有的4個(gè)二通閥，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，還加快了閥門(mén)的切換速度，這極大地改善了DWEER的性能和可靠性[27]。2001年，ANDREWS等[28]對(duì)DWEER系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，在同樣的工作條件下DWEER比HTC的產(chǎn)水率提高了59%，且能耗降低了26%。瑞士Calder AG公司于2011年展示了DWEER在驅(qū)動(dòng)方式、制造材料、密封設(shè)計(jì)等方面的改進(jìn)，裝置性能得到綜合提升。

圖7 DWEER運(yùn)行原理圖Fig.7 Operating principle diagram of DWEER

表2 DWEER的部分應(yīng)用場(chǎng)所及規(guī)模[29]Tab.2 Some application sites and scales of DWEER

美國(guó)Spectra Watermakers公司在1995年研制出一款名為Clark Pump的能量回收裝置，該裝置的特殊之處在于只需要和1臺(tái)低壓泵串聯(lián)即可完成海水增壓和能量回收過(guò)程，其運(yùn)行原理如圖8所示。經(jīng)加壓的原料海水進(jìn)入腔室1和進(jìn)入腔室3的高壓鹽水共同推動(dòng)活塞對(duì)腔室4中的海水增壓，低壓鹽水經(jīng)腔室2排出。換向閥改變鹽水流向，使上述過(guò)程循環(huán)交替[30]。2005年，THOMSON等[31]建造了一種小型的光伏發(fā)電-反滲透淡化系統(tǒng)，將太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和Clark Pump的能量回收機(jī)制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了單位能耗低于4 kW·h/m3的節(jié)能目標(biāo)。但是該系統(tǒng)產(chǎn)水率受日照強(qiáng)度的影響較大，產(chǎn)水量不足3 m3/d。由于串聯(lián)運(yùn)行的緣故，Clark Pump的性能受到低壓泵工作效率的限制。CONTRERAS等[32]在2010年對(duì)此做出改進(jìn)，用高壓泵取代了原先的低壓泵，與Clark Pump并聯(lián)運(yùn)行，系統(tǒng)的總效率和產(chǎn)水流量有了顯著提升。

圖8 Clark Pump運(yùn)行原理圖Fig.8 Operating principle diagram of Clark Pump

PES(Pressure Exchanger System)是德國(guó)SIEMAG公司的研發(fā)產(chǎn)品。該能量回收裝置將3個(gè)水壓缸并聯(lián)安裝，保證了進(jìn)料、產(chǎn)水過(guò)程的連續(xù)性和穩(wěn)定性，能量回收效率高達(dá)98%。2000年，PES在西班牙蘭薩羅特島某產(chǎn)水規(guī)模為5000 m3/d的SWRO工廠正式投入使用，相比于透平式能量回收裝置減少了1.21 kW·h/m3的單位能耗，節(jié)省了25%～30%的系統(tǒng)能耗需求[33]。

德國(guó)KSB公司在2003年研發(fā)制造了SalTec DT能量回收系統(tǒng)，如圖9所示。該裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理和DWEER基本相似，最大的區(qū)別就是SalTec DT通過(guò)檢測(cè)傳感器的反饋信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)以切換旋轉(zhuǎn)閥的工作狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)高低壓流體的連續(xù)增壓和泄放。2004年，該系統(tǒng)被安裝到埃及沙姆沙伊赫產(chǎn)水量為1920 m3/d的SWRO工廠進(jìn)行了成功測(cè)試[34]，測(cè)試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)的比能耗降低至3.24 kW·h/m3，且流量和壓力近乎沒(méi)有波動(dòng)。2007年，BROSS等[35]遵循之前的設(shè)計(jì)原則開(kāi)發(fā)了可用于4400～5000 m3/d處理規(guī)模場(chǎng)所的SalTec DT250，提高了該系列產(chǎn)品的流量和效率。為克服SalTec DT旋轉(zhuǎn)閥內(nèi)定子和轉(zhuǎn)子間較高的配合精度所導(dǎo)致的加工困難和運(yùn)行卡滯等缺陷，KSB公司在2011年國(guó)際海水淡化協(xié)會(huì)全球會(huì)議上推出了SalTec N。SalTec N由3個(gè)或多個(gè)相同的壓力交換單元并聯(lián)而成，用特殊金屬密封設(shè)計(jì)的往復(fù)式切換器取代旋轉(zhuǎn)閥，并改用流體混合段來(lái)隔離高壓鹽水和低壓海水，裝置的可靠性和能量回收效率得到了進(jìn)一步優(yōu)化[15]。

圖9 SalTec DT結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 Structure diagram of SalTec DT

除了上述產(chǎn)品外，還有其他許多類(lèi)型的閥控式能量回收裝置，如挪威Aqualyng公司的Recuperator、西班牙的RO Kinetic、德國(guó)的ENERCON Energy Recovery System等[9,36]。

2) 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

天津大學(xué)從2000年開(kāi)始致力于海水淡化能量回收技術(shù)的研究，率先在國(guó)內(nèi)建成閥控能量回收裝置平臺(tái)，并對(duì)其工作特性、控制系統(tǒng)和流量壓力的穩(wěn)定性等方面進(jìn)行了大量研究。2005年，設(shè)計(jì)制造了我國(guó)首套日產(chǎn)千噸級(jí)的閥控式能量回收裝置并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)示范運(yùn)行，能量回收效率為93%～95%，壓力波動(dòng)僅有0.2 MPa，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值[17]。

2008年，王越等[37]研發(fā)了一種帶流體切換器的能量回收裝置(Fluid Switcher-Energy Recovery Device，F(xiàn)S-ERD)，能量回收效率為76.83%，裝置并聯(lián)運(yùn)行可以顯著提高系統(tǒng)流量穩(wěn)定性和連續(xù)性[38]。2012年，又開(kāi)發(fā)了中試規(guī)模的FS-ERD，在操作壓力6 MPa、處理量30 m3/h的試驗(yàn)條件下，能量回收效率在95.9%以上，達(dá)到商業(yè)化產(chǎn)品水平[39]。

由于FS-ERD的轉(zhuǎn)子和殼體配合精度較高，偶爾會(huì)出現(xiàn)因顆粒物導(dǎo)致的運(yùn)行故障。為解決該問(wèn)題，2014年，王越等[40]研制了一種帶往復(fù)式流體壓力切換器的能量回收裝置(Reciprocating-Switcher Energy Recovery Device，RS-ERD)，如圖10所示。獨(dú)特設(shè)計(jì)的切換器不僅能避免顆粒物的停留，還保證了密封效果。2017年，對(duì)該裝置進(jìn)行性能評(píng)估，數(shù)據(jù)顯示，RS-ERD可在66.7%～150%的設(shè)計(jì)流量區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，能量回收效率保持在96.5%以上，驗(yàn)證了RS-ERD對(duì)SWRO系統(tǒng)的廣泛適應(yīng)性[41]。2020年，王越等[42]通過(guò)改變切換沖程中切換器內(nèi)閥口的開(kāi)度，并對(duì)3種重疊距離下的流動(dòng)機(jī)理和實(shí)際效果進(jìn)行了數(shù)值研究和試驗(yàn)，見(jiàn)圖11。結(jié)果表明，該措施可以提高流體的連續(xù)性，大幅降低流量和壓力脈動(dòng)。之后，又開(kāi)發(fā)了一種三缸并聯(lián)的活塞式能量回收裝置，可以同時(shí)降低流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)，并且能量回收效率高達(dá)98.2%[43]。

圖10 RS-ERD的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.10 Structure diagram of RS-ERD

圖11 RS-ERD的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.11 Test site of RS-ERD

2007年，中科院廣州能源研究所研制出一種以蓄能器和2個(gè)差動(dòng)式液壓缸為核心的差動(dòng)液壓活塞閥控式能量回收裝置，并在產(chǎn)水量10 m3/h進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在不考慮高壓泵和電機(jī)本身?yè)p耗影響的情況下，該裝置可將系統(tǒng)能耗從4.9 kW·h/m3降至2.5 kW·h/m3，能量回收效率達(dá)97%[44]。

2010年，杭州水處理中心對(duì)自主研制的水壓閥控式能量回收裝置(HVCPX-1000)的過(guò)程特性進(jìn)行了研究。HVCPX-1000采用3個(gè)壓力交換單元并聯(lián)運(yùn)行，有效保障了系統(tǒng)流量和壓力的穩(wěn)定性。該裝置鹽水處理量約65 m3/h，工作壓力約6 MPa，能量回收效率達(dá)96.27%[45]。

2016年，北京工業(yè)大學(xué)的劉中良等[46-47]針對(duì)正位移式能量回收裝置的密封和泄漏問(wèn)題提出了一種基于全旋轉(zhuǎn)閥的能量回收裝置(Fully-Rotary Valves Energy Recovery Device，F(xiàn)RV-ERD)，全旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖12。FRV-ERD沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，閥體內(nèi)部的轉(zhuǎn)子做低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可精確控制閥門(mén)開(kāi)啟。在3 MPa的測(cè)試壓力下，該裝置表現(xiàn)出了優(yōu)越的密封性能，且能量回收效率達(dá)98.47%。并利用CFD數(shù)值仿真對(duì)FRV-ERD的泄漏特性和工作效率進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)泄漏量與間隙高度的3次方成正比。

圖12 FRV-ERD的全旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)圖Fig.12 Structure diagram of fully-rotary valves of FRV-ERD

2020年，浙江工業(yè)大學(xué)的孫毅等[48]設(shè)計(jì)了一種雙液壓缸耦合的閥控式能量回收裝置，利用電動(dòng)推桿推動(dòng)活塞桿對(duì)高壓海水進(jìn)行二次增壓，以達(dá)到反滲透膜組件的工作壓力。如圖13所示，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)通過(guò)控制電磁換向閥對(duì)2個(gè)液壓缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行耦合控制，既保證了雙缸間的循環(huán)協(xié)同工作，又降低了壓力和流量的波動(dòng)。

圖13 雙液壓缸耦合的閥控式能量回收裝置系統(tǒng)原理圖Fig.13 Schematic diagram of valve-controlled energy recovery system based on dual-cylinder coupling principle

3.2 旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置

1) 國(guó)外研究進(jìn)展

美國(guó)ERI公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的PX(Pressure Exchanger)是旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置的典型代表，于1997年進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。PX裝置由陶瓷轉(zhuǎn)子、套筒和端蓋構(gòu)成，轉(zhuǎn)子上開(kāi)設(shè)有12個(gè)軸向流道，在高壓流體的驅(qū)動(dòng)下自由平衡旋轉(zhuǎn)，從而完成流體間的能量交換，運(yùn)行原理如圖14所示。不同于DWEER的是，PX通過(guò)直接接觸的方式回收壓力能，并沒(méi)有利用活塞來(lái)隔離流體[16,49]。PX主要經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)展階段，見(jiàn)表3，2009年推出了第五代產(chǎn)品PX-300，該產(chǎn)品的配流機(jī)構(gòu)采用了改進(jìn)的氧化鋁陶瓷部件，1個(gè)旋轉(zhuǎn)周期可完成2次能量交換過(guò)程，單機(jī)處理量達(dá)到68 m3/h，能量回收效率高達(dá)97.2%，且在降低內(nèi)部流體摻混度和工作噪聲方面有所改善。CAMERON等[49]給出了使用PX裝置的海水淡化系統(tǒng)中半透膜前的高壓海水的鹽度計(jì)算公式，當(dāng)?shù)厥章蕿?0%時(shí)，膜前高壓海水的鹽度增加2.5%，相當(dāng)于運(yùn)行壓力提高0.13 MPa。

圖14 PX運(yùn)行原理圖Fig.14 Operating principle diagram of PX

表3 PX系列產(chǎn)品參數(shù)Tab.3 Products parameters of PX

2011年，丹麥Danfoss公司的iSave型能量回收裝置問(wèn)世，解決了PX無(wú)法自增壓的問(wèn)題。如圖15所示，該裝置將電機(jī)、高壓容積式增壓泵、旋轉(zhuǎn)式等壓交換器集成于一體，是同類(lèi)產(chǎn)品中體積最小的[15]。iSave的核心部件由耐腐蝕不銹鋼制成，安裝有可靠的低壓軸封，這些設(shè)計(jì)保障了可靠性和耐用性。此外，iSave可以自動(dòng)控制高壓流量以確保向反滲透膜組提供穩(wěn)定的進(jìn)料，并且其輸出流量不受海水鹽度和溫度的影響[50]。iSave共有4種型號(hào)，可降低系統(tǒng)約60%的凈能耗和近70%的能源相關(guān)成本。其中，iSave 77的流量范圍為59～77 m3/h，壓力范圍為1～8.2 MPa，能量回收效率可達(dá)95%。

圖15 iSave結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理圖Fig.15 Structure and operation principle diagram of iSave

2) 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

大連理工大學(xué)的周一卉等[51-53]自2004年以來(lái)，對(duì)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置的理論和試驗(yàn)研究展開(kāi)了積極探索；截至2010年，設(shè)計(jì)加工了電機(jī)外驅(qū)型和流體自驅(qū)型兩種能量回收裝置，建立小型SWRO實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行了包括端面密封特性、流體摻混特性和能量回收效率在內(nèi)的綜合實(shí)驗(yàn)研究工作，其中，流體自驅(qū)型能量回收裝置，見(jiàn)圖16，在實(shí)驗(yàn)條件下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)1000 r/min，能量回收效率為76%，流體摻混率低于5%。利用二維數(shù)值模擬的方法分析了影響液柱活塞形成和運(yùn)動(dòng)的主要因素及其影響規(guī)律；以提高孔道容積效率為目標(biāo)，探索了流量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子幾何結(jié)構(gòu)的最佳匹配關(guān)系。然而，二維數(shù)值模擬只適用于軸對(duì)稱(chēng)模型，不能完全描述孔道中流體的徑向流動(dòng)。為此，在2011年提出了一種三維數(shù)值模擬方法研究了流體摻混的形成過(guò)程和影響因素[54]。

圖16 流體自驅(qū)型能量回收裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.16 Structure diagram of fluid self-drivenenergy recovery device

2010年，浙江大學(xué)的焦磊等[55]開(kāi)始對(duì)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置的液體摻混和端面密封兩大核心問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)研究；2013年～2017年，開(kāi)展了旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置水動(dòng)力學(xué)特性的研究，對(duì)復(fù)雜間隙流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，探索了各種結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下的旋轉(zhuǎn)阻力矩特性、間隙泄漏和潤(rùn)滑特性，通過(guò)控制壓力和流量進(jìn)行了壓力損失機(jī)理的驗(yàn)證試驗(yàn)，得出泄漏是壓損的主要原因的結(jié)論，并總結(jié)出可近似預(yù)測(cè)壓損大小的經(jīng)驗(yàn)公式[56-57]。

2012年，浙江沃爾科技有限公司開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)子能量回收同軸增壓裝置，見(jiàn)圖17，該裝置采用旋轉(zhuǎn)式壓力交換器和葉片式增壓泵的同軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[58]，有效能量轉(zhuǎn)換效率為97.7%，鹽海水混合度為5.81%。已通過(guò)國(guó)家海水及苦咸水利用產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模的產(chǎn)品化銷(xiāo)售。

圖17 轉(zhuǎn)子能量回收同軸增壓裝置Fig.17 Rotor energy recovery coaxial boosting device

2014年，中國(guó)海洋大學(xué)的伍聯(lián)營(yíng)等[59]建立了一種雙環(huán)類(lèi)扇形的轉(zhuǎn)子孔道模型，采用非定常計(jì)算對(duì)孔道內(nèi)部流體的質(zhì)量傳遞過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了孔道內(nèi)的鹽海水濃度分布，并對(duì)影響濃度分布的因素進(jìn)行了相關(guān)探討。

2014年，西安交通大學(xué)的鄧建強(qiáng)等[60-61]探究了各結(jié)構(gòu)變量對(duì)自驅(qū)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置的動(dòng)力特性和壓力能交換特性的影響，結(jié)合CFD技術(shù)和時(shí)間停留分布測(cè)定技術(shù)分析了內(nèi)部流體的摻混特性和流動(dòng)模式；2018年，通過(guò)流場(chǎng)仿真結(jié)合粒子圖像測(cè)速法探究了能量交換過(guò)程中的流體摻混和能量耗散特性，并對(duì)通道內(nèi)流體的流動(dòng)結(jié)構(gòu)做出可視化分析[62]，見(jiàn)圖18；2019年，提出一種結(jié)合用戶(hù)自定義函數(shù)和動(dòng)態(tài)網(wǎng)格劃分的方法用于運(yùn)動(dòng)和變形流體域的網(wǎng)格生成，在此基礎(chǔ)上分析了旋轉(zhuǎn)葉片式能量回收裝置的空化現(xiàn)象[63]；2020年，以削弱空化強(qiáng)度和提高容積效率為目標(biāo)，對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片式能量回收裝置進(jìn)行分析和優(yōu)化[64]。

圖18 粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)示意圖Fig.18 Schematic diagram of particle image velocimetry system

2015年，天津大學(xué)的王越等[65]在旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置的配流盤(pán)上添加表面織構(gòu)，見(jiàn)圖19。在同工況下，可降低50%的扭矩并將能量回收效率提高到96.3%；2016年，為改善轉(zhuǎn)子的摩擦狀態(tài)，在轉(zhuǎn)子兩端面引入靜壓支承阻尼孔和支承槽，形成靜壓支承以調(diào)整液膜厚度[66]；設(shè)計(jì)加工了一種電驅(qū)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置[67]，如圖20所示。該裝置處理量為16 m3/h，平均能量回收效率可達(dá)92.5%，且流量和壓力較平穩(wěn)；2019年，將靜壓支承技術(shù)應(yīng)用到該裝置中進(jìn)行試驗(yàn)，能量回收效率提高至95%，泄漏量可降低約75%[68]；此外，在旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置的運(yùn)行特性、內(nèi)部泄漏規(guī)律、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速推導(dǎo)和回收效率優(yōu)化等方面也展開(kāi)了卓有成效的研究[69-70]。

圖19 配流盤(pán)的表面織構(gòu)Fig.19 Surface texture of valve plate

圖20 電驅(qū)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置Fig.20 Electric-driven rotary energy recovery device

2018年，北京工業(yè)大學(xué)的尹方龍等[71-72]提出了一種集成旋轉(zhuǎn)式壓力交換器和柱塞式增壓泵的低脈動(dòng)自增壓式能量回收裝置(Piston Booster Pump-Pressure Exchanger，PPX)，開(kāi)展了PPX的能量高效傳遞機(jī)理、配流特性等關(guān)鍵技術(shù)研究，完成了樣機(jī)研制并搭建了小型反滲透海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行性能試驗(yàn)，如圖21所示。在4.2 MPa的工作壓力下，PPX的系統(tǒng)產(chǎn)水率達(dá)到24.91%，最低單位產(chǎn)水能耗為4.79 kW·h/m3，最高能量回收效率約為93.9%。

圖21 PPX試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.21 Schematic diagram of PPX system

2020年，叢小青等[73]對(duì)旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置轉(zhuǎn)子孔道內(nèi)流體摻混特性和端面泄漏進(jìn)行了數(shù)值分析，并探究了集液槽傾角、端面間隙等因素對(duì)裝置性能的影響。蘇永生等[73]在考慮了端蓋間隙的前提下研究了旋轉(zhuǎn)式壓力能交換器的水動(dòng)力性能。

4 泵-馬達(dá)式能量回收裝置

20世紀(jì)末至21世紀(jì)初，在小型化和集成化海水淡化系統(tǒng)技術(shù)需求的牽引下，泵-馬達(dá)式能量回收集成裝置應(yīng)運(yùn)而生[74]。此類(lèi)裝置最顯著的特點(diǎn)就是無(wú)需增壓泵、集成度高，適用于水處理工廠、海洋船舶、海上移動(dòng)平臺(tái)、旅游景區(qū)等場(chǎng)所的小型SWRO系統(tǒng)。目前，泵-馬達(dá)式能量回收裝置仍在進(jìn)一步研究中，尚少見(jiàn)商業(yè)化產(chǎn)品。

4.1 國(guó)外研究進(jìn)展

丹麥Danfoss公司開(kāi)發(fā)的SWPE(Sea Water Pump with Energy Recovery)是一款適用于小型反滲透海水淡化系統(tǒng)的帶有能量回收裝置的高壓套泵，是世界上最小、最輕的能量回收系統(tǒng)之一，如圖22所示。SWPE由一臺(tái)軸向柱塞泵(APP)和軸向柱塞馬達(dá)(APM)同軸連接在電機(jī)兩側(cè)，泵和馬達(dá)的部件均采用超級(jí)雙相不銹鋼等耐腐蝕材料，具有結(jié)構(gòu)緊湊、流量穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[75]。該裝置運(yùn)行方案的可行性在2004年就進(jìn)行過(guò)測(cè)試，其淡水產(chǎn)量為0.14～0.82 m3/h，產(chǎn)水率在29%～32%，總效率約70%～75%，實(shí)際的能量回收效率和產(chǎn)水率取決于APP和APM的規(guī)格參數(shù)。2008年，VALBJORN[76]對(duì)SWPE的創(chuàng)新性、可行性、局限性和經(jīng)濟(jì)性4個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)。該能量回收裝置可將傳統(tǒng)SWRO系統(tǒng)的能耗從9～12 kW·h/m3降低至4～5 kW·h/m3，最低運(yùn)行壽命為8000 h，為產(chǎn)水量低于100 m3/d的小型SWRO工廠帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。另外，為補(bǔ)償鹽度、溫度和反滲透膜性能對(duì)產(chǎn)水率帶來(lái)的變化，開(kāi)發(fā)了一種變量馬達(dá)和變頻驅(qū)動(dòng)泵集成的能量回收裝置，使系統(tǒng)可在最佳工況區(qū)間內(nèi)運(yùn)行。

圖22 SWPE能量回收裝置

2010年，韓國(guó)機(jī)械與材料研究所的KIM等[77]研制了一種利用V帶傳動(dòng)將柱塞泵和水液壓馬達(dá)集成的能量回收裝置，可以通過(guò)改變帶輪傳動(dòng)比來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)水率，搭建了小型SWRO系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，當(dāng)水液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速為1200～1800 r/min、進(jìn)料溫度為15～25 ℃ 的工況下，系統(tǒng)產(chǎn)水率約為28%，柱塞泵能耗回收在53%～60%之間。此外，還比較了不同電機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)料溫度下系統(tǒng)的功率消耗和產(chǎn)水率。

德國(guó)KSB公司研發(fā)的SALINO Pressure Center集成式能量回收裝置，見(jiàn)圖23，在旅游業(yè)、工業(yè)、軍事和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有突出的競(jìng)爭(zhēng)潛力。該產(chǎn)品是首款應(yīng)用于反滲透海水淡化的高度集成能量回收裝置，各組件之間未使用任何管道連接，占地面積小、便于維護(hù)并節(jié)約投資成本。SALINO適用于淡水產(chǎn)量低于1000 m3/d的SWRO系統(tǒng)，能量回收效率根據(jù)海水水質(zhì)穩(wěn)定在24%～47%之間，可節(jié)省約75%的能耗，于2013年投入中東地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[78]。

圖23 SALINO能量回收裝置及運(yùn)行原理圖Fig.23 Operating principle diagram of SALINOenergy recovery device

2015年，希臘雅典農(nóng)業(yè)大學(xué)的DIMITRIOU等[79]對(duì)小型SWRO系統(tǒng)中Clack Pump和Danfoss APP-APM兩種能量回收裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較。在全負(fù)荷工況下，Clack Pump的膜前壓力約5.7 MPa，比能耗為6.6 kW·h/m3；APP-APM的膜前壓力約6.7 MPa，比能耗為5.3 kW·h/m3。在最佳工況下，Clack Pump的最小比能耗為5.7 kW·h/m3，APP-APM的最小比能耗為4 kW·h/m3。結(jié)果表明，泵-馬達(dá)式能量回收裝置的回收效率更高、性能更為優(yōu)越。

4.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

2010年，天津海水淡化與綜合利用研究所的初喜章等提出一種基于斜盤(pán)泵-斜盤(pán)馬達(dá)式海水淡化能量交換裝置，如圖24所示，將泵和馬達(dá)安裝在雙輸出軸電機(jī)兩端，可實(shí)現(xiàn)速度控制、海水增壓和能量回收功能。2017年，宋代旺等[80]研發(fā)了一種流量可調(diào)柱塞式高壓泵能量回收機(jī)，能夠很好地適應(yīng)流量變化范圍較大的工作環(huán)境。該樣機(jī)不僅能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的流量和壓力平衡，還能根據(jù)需求調(diào)節(jié)日產(chǎn)淡水量。2020年，宋代旺等[80]開(kāi)發(fā)了一種將反轉(zhuǎn)柱塞泵和高壓柱塞泵集成的海水淡化柱塞式能量回收一體機(jī)，見(jiàn)圖25，將其耦合在處理量為50 m3/d、產(chǎn)水率為40%的SWRO系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)評(píng)，測(cè)試結(jié)果表明，該一體機(jī)性能穩(wěn)定、匹配性較好；應(yīng)用于小型海水淡化工程項(xiàng)目可縮短12.3%的投資回收期，淡水成本最高可降低21.9%。

圖24 斜盤(pán)泵-馬達(dá)式海水淡化能量交換裝置Fig.24 Swash plate pump-motor desalinationenergy exchange device

圖25 海水淡化柱塞式能量回收一體機(jī)Fig.25 Seawater desalination plunger typeenergy recovery machine

2011年，西安交通大學(xué)的盧勇等[81]研發(fā)出一種適用于小型SWRO系統(tǒng)的葉片泵-馬達(dá)一體化裝置，如圖26所示。該裝置采用插裝式結(jié)構(gòu)，將泵和馬達(dá)同軸連接在1個(gè)殼體內(nèi)并使容腔分隔，4個(gè)進(jìn)出水口位于殼體同側(cè)。測(cè)試了不同工況下泵單元和葉片單元的水力性能及系統(tǒng)性能，結(jié)果表明，該裝置最高可減少20.2%的電機(jī)輸出功率。

圖26 葉片泵-馬達(dá)一體化裝置Fig.26 Integrated vane pump-motor device

2013年，上海大學(xué)的張國(guó)賢[82]分析對(duì)比了3種國(guó)內(nèi)外斜盤(pán)泵-馬達(dá)式能量交換裝置的應(yīng)用特點(diǎn)。由于受限于回收效率、泄漏和加工工藝等因素，這些裝置在性能上比美國(guó)ERI公司的產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，需要進(jìn)一步改進(jìn)。此外，還展望了斜盤(pán)泵-馬達(dá)式能量回收裝置作為雙排量串聯(lián)泵在液壓系統(tǒng)的延伸應(yīng)用，有利于產(chǎn)品的市場(chǎng)拓展。

2017年，燕山大學(xué)的張齊生等[83]提出一種新型能量回收斜盤(pán)泵-馬達(dá)耦合裝置，研究了其能量回收方案的可行性及流場(chǎng)特性。如圖27所示，該裝置將斜盤(pán)泵的柱塞改為活塞，高壓鹽水引入活塞腔內(nèi)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而完成余壓能的回收，為反滲透海水淡化能量回收技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方案。2019年，劉思遠(yuǎn)等[84]提出一種功能集成式泵-馬達(dá)能量回收裝置，結(jié)構(gòu)和原理類(lèi)似于上述的耦合裝置。針對(duì)該裝置的配流機(jī)理、關(guān)鍵摩擦副優(yōu)化和機(jī)械振動(dòng)特性進(jìn)行了一些列分析和實(shí)驗(yàn)。2020年，高殿榮等[85]提出一種集柱塞泵、電機(jī)和能量回收裝置于一體的新型反滲透海水淡化變量電機(jī)泵，如圖28所示。該電機(jī)泵將雙介質(zhì)雙排量軸向柱塞泵嵌入電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部，高壓鹽水進(jìn)入活塞腔將壓力能傳遞給轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)能量回收功能，并利過(guò)有限元分析方法研究了多因素對(duì)柱塞泵配流窗處不同濃度海水的泄漏和摻混特性的影響。

圖27 新型能量回收斜盤(pán)泵-馬達(dá)耦合裝置Fig.27 Novel swashplate pump-motor coupling device for energy recovering

圖28 新型反滲透海水淡化變量電機(jī)泵Fig.28 Novel variable motor pump for seawater reverse osmosis desalination

2018年，浙江大學(xué)的焦磊等[86]基于海水液壓斜盤(pán)式軸向柱塞泵的內(nèi)部流道特征設(shè)計(jì)出一種能量回收增壓一體機(jī)，如圖29所示。對(duì)其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)特性做了研究分析，提出整機(jī)多通道雙腔單一轉(zhuǎn)子同軸結(jié)構(gòu)，增加轉(zhuǎn)子空間的利用率。由于該裝置中同時(shí)存在多對(duì)摩擦副，因而對(duì)裝置的潤(rùn)滑密封條件提出較高要求。

圖29 能量回收增壓一體機(jī)Fig.29 Energy recovery supercharging machine

2020年，張德勝等[87]對(duì)于前述海水淡化柱塞式能量回收一體機(jī)[80]存在的由柱塞腔內(nèi)壓力變化引起的噪聲和振動(dòng)問(wèn)題，研究了不同工況對(duì)于一體機(jī)壓力脈動(dòng)特性的影響。通過(guò)對(duì)采集信號(hào)的時(shí)、頻域和峰值分析得出了泵端進(jìn)、出口壓力脈動(dòng)率的特征和變化規(guī)律。施衛(wèi)東等[87]對(duì)該一體機(jī)的耦合特性展開(kāi)了相關(guān)研究，基于仿真和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析了一體機(jī)的流量和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性。

5 結(jié)論

早期為了降低反滲透過(guò)程的投資成本，引入透平作為海水淡化系統(tǒng)的能量回收裝置，但由于能量回收效率較低使得液力透平式能量回收裝置幾乎退出了市場(chǎng)。隨后，以DWEER和PX為代表的正位移式能量回收裝置突破了能量回收效率較低的限制，成功占領(lǐng)了市場(chǎng)。但其也存在著一系列技術(shù)缺陷，如閥控式能量回收裝置需通過(guò)閥組對(duì)高、低壓流體的流向進(jìn)行精準(zhǔn)控制，太過(guò)于依賴(lài)閥的性能；旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置尚未解決轉(zhuǎn)子孔道中海水和鹽水的摻混問(wèn)題等。而且部分正位移式能量回收裝置還需配備增壓裝置，存在設(shè)備不夠緊湊等問(wèn)題。隨著海洋資源的加速開(kāi)發(fā)與利用，海水淡化工程、海上工程平臺(tái)以及船舶、潛水器等工程和裝備得到迅速發(fā)展，反滲透海水淡化系統(tǒng)在該領(lǐng)域擁有大量需求和廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，作為反滲透海水淡化系統(tǒng)核心裝備的能量回收裝置也逐漸朝著低能耗和集成化方向發(fā)展：

(1) 低能耗，根據(jù)熱力學(xué)理論計(jì)算，海水淡化過(guò)程的理論耗能量(即最小功)為1.41 kW·h/m3，然而，現(xiàn)有的各種淡化方法實(shí)際所需能量都大于此值，這說(shuō)明反滲透海水淡化能量回收裝置在降低能耗方面尚有很大潛力待發(fā)掘；

(2) 集成化，初投資成本和使用環(huán)境都是海洋設(shè)備需著重考慮的問(wèn)題，為降低加工、運(yùn)輸成本和適應(yīng)各種狹窄、復(fù)雜的空間，能量回收裝置的設(shè)計(jì)需盡可能的實(shí)現(xiàn)集成化。

上述裝置或多或少都偏離了反滲透海水淡化裝置集成化的發(fā)展趨勢(shì)。泵-馬達(dá)一體式能量回收裝置可同時(shí)實(shí)現(xiàn)海水加壓及能量回收功能，是集成式海水淡化系統(tǒng)較為理想的解決方案。然而，傳統(tǒng)柱塞泵/馬達(dá)仍存在技術(shù)瓶頸，如泄漏和機(jī)械損失較大、節(jié)能設(shè)計(jì)理論不夠完善等，致使泵-馬達(dá)式能量回收裝置的工作效率尚有提高的空間。因此，探索新結(jié)構(gòu)原理的泵-馬達(dá)式一體式能量回收裝置是未來(lái)的重要發(fā)展方向。

在我國(guó)水資源短缺問(wèn)題日益加劇的形勢(shì)下，進(jìn)行高效率、集成式能量回收裝置的技術(shù)攻關(guān)，研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的反滲透海水淡化用能量回收一體化裝置更是迫在眉睫。目前，我國(guó)反滲透海水淡化產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，使用的能量回收裝置大多依賴(lài)進(jìn)口。因此，加強(qiáng)海水淡化能量回收裝置的基礎(chǔ)研究并突破相關(guān)技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)我國(guó)反滲透海水淡化技術(shù)的快速發(fā)展，是緩解我國(guó)淡水資源匱乏的戰(zhàn)略選擇，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。