Интегрирано решение за хибридна вятър-слънчева енергия за отдалечени острови

Резюме

Тази инициатива представя иновативно интегрирано решение за енергия, което дълбоко комбинира вятърна енергия, фотоелектрическо производство на електроенергия, насочено накачване на вода и технологии за опресняване на морска вода. Целта му е системно да се справи с основните предизвикателства, с които се сблъскват отдалечените острови, включително трудността в покриването на мрежата, високите разходи за производство на електроенергия чрез дизелови генератори, ограниченията на традиционните батерии за съхранение и липсата на пресни водни ресурси. Решението постига синергия и самоосигуряване в "предоставяне на енергия - съхранение на енергия - доставяне на вода", предлагайки надежден, икономически и зелен технологичен път за устойчивото развитие на островите.

I. Техническа област и фонови предизвикателства

1. Техническа област

Това решение е междудисциплинарна, комплексна технология, основно обхващаща:

• Производство на възобновяема енергия: Вятърна енергия и фотоелектрическо производство на електроенергия.
• Физическо съхранение на енергия в големи мащаби: Технология за насочено накачване на вода.
• Комплексно използване на водни ресурси: Технология за опресняване на морска вода чрез обратно осмотично филтриране.
• Ефективно интелигентно управление: Съвместно управление на многократна енергия и управление на енергията.
1. Фонови предизвикателства
• Дилема в доставянето на енергия: Отдалечените острови са далеч от мрежите на материка и типично зависят от високостойни дизелови генератори. Подложени са на колебанията на международните цени на нефтените продукти и трудностите в превоза на гориво, което води до високи цени на електроенергията и нестабилна доставка, сериозно ограничаващи местния икономически растеж и качеството на живот на жителите.
• Ограничения на традиционното съхранение: Конвенционалните системи за комплементарно използване на вятър и слънце зависят единствено от съхранение в батерии, което се сблъсква с четири основни проблема: краткосрочен живот (изисква често заместване), висока цена, потенциални рискове за околната среда и ограничен капацитет за съхранение. Тези ограничения правят трудно поддържането на големи мащаби и дългосрочна стабилна енергийна потребност на островите.
• Противоречие в потребността от ресурси: Островите страдат от липса на пресни водни ресурси. Дневната доставка на вода зависи от вноса или малки, с високо енергийно потребление, опреснявателни агрегати, всичко това е изключително скъпо. Съществуващите системи за производство на електроенергия и за производство на прясна вода работят изолирано, без да се постига синергетично използване на енергията и ресурсите.

II. Ядрено техническо решение и състав на системата

Системата се състои от три ядрени модула, органично координирани чрез интелигентен контролер.

III. Принципи на работа на системата (три ядрени процеса)

1. Интелигентно разпределение на мощността и логика на управление (под ръководството на контролера)

Ядрото на системата е интелигентният контролер, който непрекъснато сравнява "общата вятърно-слънчева генерация" с "общата потребност в мощност (потребление на жителите + потребление на модула за опресняване)":

• Сценарий 1: Генерация ≥ Потребност в мощност
• Приоритет се дава на зареждането на батерии с малък капацитет, за да се попълни техният заряд.
• След като батериите са напълно заредени, агрегатът за насочено накачване на вода се активира автоматично в режим на помпаж, преобразувайки излишък от електроенергия в потенциална енергия.
• Ако остане излишък от мощност, модулът за опресняване на морска вода се приоритизира да работи на максимална мощност, преобразувайки електроенергията в ценни пресни водни ресурси.
• Сценарий 2: Генерация < Потребност в мощност
• Агрегатът за насочено накачване на вода се активира автоматично в режим на турбина за хидроелектрична генерация.
• Едновременно, батериите разтоварват за справяне с моментни пики, работейки заедно, за да покрият недостига в генерацията и да гарантират непрекъсната доставка на електроенергия.
1. Процес на работа на насоченото накачване на вода
• Фаза на съхранение на енергия (низка нагрузка / висока вятърно-слънчева генерация): Използва се евтина или безплатна излишна вятърна/слънчева енергия, за да се помпе морската вода от ниската резервоара (например, равнище на морето) към повдигнатата горна резервоара. Това постига голям мащаб, дълготраен, без загуби съхранение на енергия.
• Фаза на изпускане на енергия (висока нагрузка / без вятър или слънце): Използва се разликата в височината, за да се пусне водата, която тече надолу, за да завърти обратимата помп-турбина и да генерира електроенергия. Този процес започва бързо и реагира бързо, ефективно гладейки случайността и интермитентността на вятърно-слънчевата мощност.
2. Синергетичен процес на опресняване на морска вода

Морската вода се приема и последователно преминава през многофункционален филтър (премахване на големи частици) и картриджен филтър (фин филтриране). След това се нагъва от високонапредната помпа и се изпраща към модулите с обратноосмотични мембрани, за да се произведе прясна вода, която се съхранява в резервоара за готова вода. Целият процес е задвижен от системната електроенергия. Действайки като прекъсваема, регулируема, висококачествена нагрузка, той перфектно реализира концепцията за "произвеждане на вода с електроенергия, използване на производството на вода за скрито съхранение."

IV. Предимства на решениято

• Максимално използване на ресурсите: Полноценно използва богатите вятърни и слънчеви ресурси на острова, напълно заменяйки или значително намалявайки зависимостта от импортиран дизел, намалявайки разходите за енергия от изхода, и постигайки енергийна самодостатъчност.
• Революционна оптимизация на решението за съхранение: Хибридната модел за съхранение, "Насочено накачване на вода като основно + Батерии с малък капацитет като допълнителни," фундаментално преодолява четирите основни недостатъка на традиционните батерии. Предлага абсолютни предимства: огромен капацитет за съхранение, дълъг живот (десетилетия), екологичност и ниска общо икономическа цена.
• Значително подобрена стабилност и надеждност на доставянето на енергия: Насоченото накачване на вода може бързо да реагира на промените в нагрузката, предоставяйки силни функции за намаляване на пики и регулиране на честотата. Комбинирано с батерии, които се справят с моментни колебания, то дава на островната мрежа стабилност и качество на електроенергия, сравнимо с традиционните мрежи.
• Синергетично удовлетворяване на множеството нужди, убивайки много зайци с един камък: Иновативно интегрира опресняването на морска вода като системна нагрузка, едновременно решавайки двата ключови предизвикателства за оцеляване и развитие на "липса на електроенергия" и "липса на вода" на островите. Постига висока степен на интеграция в "производство на енергия - съхранение на енергия - производство на прясна вода," приносейки значителни комплексни предимства.
• Забележителни екологични и зелени нисковъглеродни предимства: Целият процес е основан на възобновяема енергия, довеждайки до нулеви въглеродни емисии. Драстично намалява използването и замърсяването, свързано с оловни-кисели батерии. Предлага устойчив път за зелено развитие на островните общности, предлагайки значителни екологични предимства.