Solució d'energia híbrida eòlico-fotovoltaica integrada per a illes remotes

Resum

Aquesta proposta presenta una solució integrada d'energia innovadora que combina profundament l'energia eòlica, la generació fotovoltaica, l'emmagatzematge hidroelèctric bombat i les tecnologies de dessalinització d'aigua de mar. El seu objectiu és abordar de manera sistemàtica els reptes principals enfrontats pels illes remotes, incloent la cobertura difícil de la xarxa elèctrica, els alts costos de la generació d'energia amb diesel, les limitacions de l'emmagatzematge de bateries tradicionals i la escassetat de recursos d'aigua dolça. La solució aconsegueix sinergia i autosuficiència en "subministrament d'energia - emmagatzematge d'energia - subministrament d'aigua", proporcionant un camí tecnològic fiable, econòmic i verdat per al desenvolupament sostenible de les illes.

I. Camp Tècnic i Reptes Contextuals

1. Camp Tècnic

Aquesta solució és una tecnologia interdisciplinària i integral, que principalment inclou:

• Generació d'Energia Renovable: Energia eòlica i generació fotovoltaica solar.
• Emmagatzematge Físic a Gran Escala: Tecnologia d'emmagatzematge hidroelèctric bombat.
• Utilització Integral dels Recursos Hídrics: Tecnologia de dessalinització d'aigua de mar per osmosi inversa.
• Control Intel·ligent Eficient: Control cooperatiu multi-energètic i gestió de l'energia.
1. Reptes Contextuals
• Dilema del Subministrament d'Energia: Les illes remotes estan llunyanes de les xarxes continentals i generalment depenen de generadors a diesel de cost elevat. Subjectes a les fluctuacions del preu del petroli internacional i les dificultats en el transport de combustible, això resulta en preus d'electricitat alts i un subministrament inestable, restringint severament el desenvolupament econòmic local i la qualitat de vida dels residents.
• Limitacions de l'Emmagatzematge Tradicional: Els sistemes complementaris eòlico-solar convencionals es basen només en l'emmagatzematge de bateries, que enfronta quatre grans obstacles: vida útil curta (requerint substitucions freqüents), cost elevat, riscos potencials de contaminació ambiental i capacitat d'emmagatzematge limitada. Aquests límits fan difícil suportar les necessitats d'energia a gran escala i a llarg termini de les illes.
• Contradicció de la Demanda de Recursos: Les illes patixen escassetat de recursos d'aigua dolça. El subministrament diari d'aigua depèn del transport extern o de petites unitats de dessalinització d'alta consum energètic, tots dos extremadament costosos. Els sistemes actuals de generació d'energia i les instal·lacions de producció d'aigua dolça funcionen de forma aïllada, sense aconseguir una utilització sinèrgica de l'energia i els recursos.

II. Solució Tècnica Central i Composició del Sistema

El sistema consta de tres mòduls nuclears, coordinats orgànicament a través d'un controlador intel·ligent.

III. Principis Operatius del Sistema (Tres Processos Nuclears)

1. Lògica de Distribució i Control Intel·ligent de Potència (Dirigit pel Controlador)

El nucli del sistema és el controlador intel·ligent, que compara continuament la "generació total eòlico-solar" amb la "demanda total de càrrega (consum del resident + consum de la unitat de dessalinització)":

• Escenari 1: Generació ≥ Demanda de Càrrega
• Es dona prioritat a la càrrega de les bateries de baixa capacitat per replenir-ne la càrrega.
• Un cop les bateries estan plenes, s'activa automàticament la unitat d'emmagatzematge hidroelèctric en mode de bombament, convertint l'electricitat excedentària en energia potencial.
• Si encara queda energia excedentària, la unitat de dessalinització d'aigua de mar té prioritat per operar a ple rendiment, convertint l'electricitat en valiosos recursos d'aigua dolça.
• Escenari 2: Generació < Demanda de Càrrega
• La unitat d'emmagatzematge hidroelèctric s'activa automàticament en mode turbina per la generació hidroelèctrica.
• Simultàniament, les bateries descarreguen per gestionar les puntes instantànies, treballant juntes per cobrir la falta de generació i assegurar un subministrament continu d'electricitat.
1. Processos Operatius de l'Emmagatzematge Hidroelèctric Bombat
• Fase d'Emmagatzematge d'Energia (Baixa Càrrega / Alta Generació Renovable): Utilitza l'excedent d'energia eòlica/solar de baix cost o sense cost per bombear aigua de mar del reservoir inferior (p. ex., nivell del mar) al reservoir superior elevat. Això aconsegueix un emmagatzematge d'energia a gran escala, de llarga durada i sense pèrdues.
• Fase de Lliberació d'Energia (Punta de Càrrega / Cap Vent ni Sol): Utilitza la diferència d'altura per lliurar aigua, que es desplaça cap avall per fer girar la turbina-bomba reversible i generar electricitat. Aquest procés comença ràpidament i respon ràpidament, suavitzant eficientment la aleatorietat i la intermitència de la sortida d'energia renovable.
2. Procés Sinèrgic de Dessalinització d'Aigua de Mar

L'aigua de mar es captura i passa seqüencialment a través d'un filtre multimèdia (eliminant grans partícules) i un filtre cartutx (filtratge fin). Després, es pressuritza amb la bomba d'alta pressió i s'envia als mòduls de membrana d'osmosi inversa per produir aigua dolça, que es desemmagatzema en el tanc de producte d'aigua. Aquest procés complet és impulsat per l'electricitat del sistema. Actuant com a càrrega interruptible, ajustable i de alta qualitat, aquest procés realitza perfectament el concepte sinèrgic de "produir aigua amb electricitat, utilitzant la producció d'aigua com a emmagatzematge implícit."

IV. Beneficis de la Solució

• Maximització de l'Utilització de Recursos: Exploita plenament els abundants recursos eòlics i solars de l'illa, reemplaçant completament o reduint significativament la dependència del diesel importat, reduint els costos d'energia a la font i aconseguint la autosuficiència energètica.
• Optimització Revolucionària de la Solució d'Emmagatzematge: El model d'emmagatzematge híbrid, "Emmagatzematge Hidroelèctric Bombat com a principal + Bateries de Baixa Capacitat com a auxiliar," supera fonamentalment els quatre grans defectes de les bateries tradicionals. Ofereix avantatges absoluts: capacitat d'emmagatzematge massiva, vida útil llarga (décades), amigable amb l'ambient i cost integral baix.
• Millora Significativa de la Estabilitat i Fiabilitat del Subministrament d'Energia del Sistema: L'emmagatzematge hidroelèctric bombat pot respondre ràpidament als canvis de càrrega, proporcionant fortes capacitats de retall de puntes i regulació de freqüència. Combinat amb les bateries que gestionen les fluctuacions instantànies, això ofereix a la xarxa de l'illa una estabilitat i una qualitat d'energia comparables a les xarxes tradicionals.
• Satisfacció Sinèrgica de Múltiples Necessitats, Matant Diversos Ocells amb Un Solt Tret: Integra de manera innovadora la dessalinització d'aigua de mar com a càrrega del sistema, resolent simultàniament els dos reptes crítics de supervivència i desenvolupament de "falta d'electricitat" i "falta d'aigua" a les illes. Aconsegueix una integració elevada en "generació d'energia - emmagatzematge d'energia - producció d'aigua dolça", generant beneficis integrals significatius.
• Avantatges Ambientals i Verds de Baixa Carboneria Evidents: Tot el procés es basa en energies renovables, resultant en emissions de carboni zero. Redueix dràsticament l'ús i la contaminació associada a les bateries de plom-àcid. Proporciona un camí de desenvolupament verd sostenible per a les comunitats insulars, oferint beneficis ecològics substancials.