Ολοκληρωμένη Λύση Συνδυασμένης Αιολικής-Ηλιακής Ενέργειας για Απόμακρα Νησιά
Περίληψη
Αυτή η πρόταση παρουσιάζει μια καινοτόμο ολοκληρωμένη λύση ενέργειας που συνδυάζει βαθιά την αιολική ενέργεια, τη φωτοβολταϊκή παραγωγή, την υδροηλεκτρική αποθήκευση και την τεχνολογία απόθεσης της θαλάσσιας νερού. Στόχος της είναι να αντιμετωπίσει συστηματικά τις βασικές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν τα απομακρυσμένα νησιά, συμπεριλαμβανομένης της δυσκολίας κάλυψης του δικτύου, του υψηλού κόστους της παραγωγής ενέργειας με δίζελ, των περιορισμών της παραδοσιακής αποθήκευσης με μπαταρίες και της σπανιότητας των πόρων τρεχούμενου νερού. Η λύση επιτυγχάνει συνεργασία και αυτάρκεια στην "παροχή ενέργειας - αποθήκευση ενέργειας - παροχή νερού", παρέχοντας μια αξιόπιστη, οικονομική και πράσινη τεχνολογική προοπτική για τη βιώσιμη ανάπτυξη των νησιών.
I. Τεχνικό Πεδίο και Προκλήσεις Φόντου
- Τεχνικό Πεδίο
Αυτή η λύση είναι μια πολυεπιστημονική, ολοκληρωμένη τεχνολογία, που κυρίως περιλαμβάνει:
- Παραγωγή Ανανεώσιμης Ενέργειας: Αιολική ενέργεια και φωτοβολταϊκή παραγωγή.
- Μεγάλης Κλίμακας Φυσική Αποθήκευση Ενέργειας: Τεχνολογία υδροηλεκτρικής αποθήκευσης.
- Ολοκληρωμένη Χρήση Υδατικών Πόρων: Τεχνολογία απόθεσης θαλάσσιου νερού με αντίστροφη οσμώση.
- Επιτυχής Πολυενεργιακή Έλεγχος: Συνεργατικός έλεγχος και διαχείριση ενέργειας.
- Προκλήσεις Φόντου
- Δίλημμα Παροχής Ενέργειας: Τα απομακρυσμένα νησιά βρίσκονται μακριά από τα δίκτυα της ενδοχώρας και συνήθως εξαρτώνται από υψηλό κόστος γεννήτριες δίζελ. Υπό την επιρροή των διεθνών τιμών του πετρελαίου και των δυσκολιών μεταφοράς καυσίμων, αυτό οδηγεί σε υψηλές τιμές ηλεκτρικού ρεύματος και ασταθεία στην παροχή, περιορίζοντας σοβαρά την οικονομική ανάπτυξη και την ποιότητα ζωής των κατοίκων.
- Περιορισμοί Παραδοσιακής Αποθήκευσης: Τα παραδοσιακά συστήματα αιολικής-φωτοβολταϊκής ενέργειας εξαρτώνται αποκλειστικά από την αποθήκευση με μπαταρίες, η οποία αντιμετωπίζει τέσσερις μεγάλες περιορισμούς: μικρή διάρκεια ζωής (που απαιτεί συχνή ανανέωση), υψηλό κόστος, πιθανά περιβαλλοντικά προβλήματα ρύπανσης και περιορισμένη ικανότητα αποθήκευσης. Αυτοί οι περιορισμοί καθιστούν δύσκολη την υποστήριξη των μεγάλων κλίμακας, μακροπρόθεσμων σταθερών απαιτήσεων ενέργειας των νησιών.
- Αντίθεση Απαιτήσεων Πόρων: Τα νησιά υποφέρουν από σπάνιες πόρους τρεχούμενου νερού. Η καθημερινή παροχή νερού εξαρτάται από εξωτερική μεταφορά ή μικρά, υψηλής κατανάλωσης ενέργειας, εντελώς ακριβά. Τα υπάρχοντα συστήματα παραγωγής ενέργειας και εγκαταστάσεις παραγωγής τρεχούμενου νερού λειτουργούν ανεξάρτητα, χωρίς να επιτυγχάνουν συνεργασία στη χρήση ενέργειας και πόρων.
II. Κύρια Τεχνική Λύση και Σύσταση Συστήματος
Το σύστημα αποτελείται από τρία κύρια μόντουλ, οργανικά συντονισμένα μέσω ενός εξελιγμένου ελεγκτή.
|
Σύστημα Μονάδας |
Συστατικά Μέρη |
Κύρια Λειτουργία |
|
Βασική Μονάδα Αιολικής-Φωτοβολταϊκής Ενέργειας |
Ανεμογεννήτριες, φωτοβολταϊκές μονάδες, ελεγκτής, μπαταρίες μικρής ικανότητας |
1. Μετατροπή Ενέργειας: Μετατροπή της αιολικής και φωτοβολταϊκής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. |
|
Μονάδα Παραγωγής Υδροηλεκτρικής Ενέργειας με Αποθήκευση |
Κάτω αποθετήριο (που μπορεί να χρησιμοποιήσει τη θάλασσα), άνω αποθετήριο (κατασκευασμένο), σύνδεση λαμπίδων, αντιστρέψιμη πομπότυρβη |
1. Διπλό Πυρήνα: |
|
Μονάδα Απόθεσης Θαλάσσιου Νερού |
Θάλαμος εισόδου, πάμπος προσφοράς, πολυμεσικό φίλτρο, καρτελέ φίλτρο, υψηλής πίεσης πάμπος, μονάδες μεμβράνης αντίστροφης οσμώσης, θάλαμος προϊόντος |
1. Βαθιά Καθαρισμός: Πολυστάδιος φίλτρος αφαιρεί αναρτημένα σωματίδια και υπολείμματα από το θαλάσσιο νερό. |
III. Λειτουργικά Πρίγκιπια Συστήματος (Τρία Κύρια Διαδικαστικά)
- Εξελιγμένη Διανομή Ενέργειας και Λογική Ελέγχου (Ελεγκτής-Ηγεμονική)
Το κύριο τμήμα του συστήματος είναι ο εξελιγμένος ελεγκτής, ο οποίος συνεχώς συγκρίνει τη "συνολική παραγωγή αιολικής-φωτοβολταϊκής ενέργειας" με τη "συνολική ζήτηση φορτία (κατανάλωση κατοίκων + κατανάλωση μονάδας απόθεσης)":
- Σενάριο 1: Παραγωγή ≥ Ζήτηση Φορτία
- Προτεραιότητα δίνεται στη φόρτιση των μπαταριών μικρής ικανότητας για την αναπλήρωση της φόρτισής τους.
- Όταν οι μπαταρίες είναι γεμάτες, η μονάδα αποθήκευσης υδροηλεκτρικής ενέργειας ενεργοποιείται αυτόματα σε λειτουργία πομπής, μετατρέποντας την υπεράσπιση ηλεκτρικής ενέργειας σε δυναμική ενέργεια.
- Αν υπάρχει υπεράσπιση ενέργειας, η μονάδα απόθεσης θαλάσσιου νερού επιλέγεται για λειτουργία σε πλήρη ικανότητα, μετατρέποντας την ηλεκτρική ενέργεια σε πολύτιμους πόρους τρεχούμενου νερού.
- Σενάριο 2: Παραγωγή < Ζήτηση Φορτία
- Η μονάδα αποθήκευσης υδροηλεκτρικής ενέργειας ενεργοποιείται αυτόματα σε λειτουργία τύρβης για την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας.
- Συγχρόνως, οι μπαταρίες αποφορτίζονται για την αντιμετώπιση των αναμφισβήτητων κορυφών φορτία, συνεργαζόμενες για την κάλυψη της έλλειψης παραγωγής και την εγγύηση συνεχούς παροχής ηλεκτρικής ενέργειας.
- Λειτουργική Διαδικασία Αποθήκευσης Υδροηλεκτρικής Ενέργειας
- Φάση Αποθήκευσης Ενέργειας (Χαμηλή Φορτία / Υψηλή Παραγωγή Ανανεώσιμης Ενέργειας): Χρησιμοποιεί χαμηλό κόστος ή μηδενικό κόστος υπεράσπιση αιολικής/φωτοβολταϊκής ενέργειας για την πομπή θαλάσσιου νερού από το κάτω αποθετήριο (π.χ., επίπεδο θάλασσας) στο υψηλότερο αποθετήριο. Αυτό επιτυγχάνει μεγάλης κλίμακας, μακράς διάρκειας, ανώνυμης αποθήκευσης ενέργειας.
- Φάση Αποδόσεως Ενέργειας (Κορυφών Φορτία / Απουσία Ανέμου ή Ηλίου): Χρησιμοποιεί τη διαφορά ύψους για την απόδοση νερού, το οποίο ρέει κάτω για να στρέψει την αντιστρέψιμη πομπότυρβη και να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η διαδικασία ξεκινά γρήγορα και απαντά γρήγορα, επιτυγχάνοντας αποτελεσματικά την ομαλοποίηση της τυχαιότητας και της διακοπής της παραγωγής ανανεώσιμης ενέργειας.
- Συνεργατική Διαδικασία Απόθεσης Θαλάσσιου Νερού
Το θαλάσσιο νερό εισάγεται και περνάει σειριακά μέσω πολυμεσικού φίλτρου (αφαίρεση μεγάλων σωματιδίων) και καρτελέ φίλτρου (λεπτή φίλτρωση). Στη συνέχεια, πιέζεται από τον υψηλής πίεσης πάμπο και στέλνεται στις μονάδες μεμβράνης αντίστροφης οσμώσης για την παραγωγή τρεχούμενου νερού, το οποίο αποθηκεύεται στο θάλαμο προϊόντος. Αυτή η ολόκληρη διαδικασία είναι υποστηριζόμενη από την ηλεκτρική ενέργεια του συστήματος. Λειτουργώντας ως διακόπτη, προσαρμοστική, υψηλής ποιότητας φορτία, επιτυγχάνει τη συνεργατική έννοια της "παραγωγής νερού με ηλεκτρική ενέργεια, χρήσης παραγωγής νερού για άμεση αποθήκευση."
IV. Πλεονεκτήματα της Λύσης
- Μέγιστη Αξιοποίηση Πόρων: Εκμεταλλεύεται πλήρως τους πλούσιους αιολικούς και φωτοβολταϊκούς πόρους του νησιού, αντικαθιστώντας εντελώς ή μειώνοντας σημαντικά την εξάρτηση από εισαγόμενο δίζελ, μειώνοντας το κόστος ενέργειας στην πηγή και επιτυγχάνοντας ενεργειακή αυτάρκεια.
- Επαναστατική Βελτίωση Λύσης Αποθήκευσης: Το υβριδικό μοντέλο αποθήκευσης, "Υδροηλεκτρική Αποθήκευση ως βασική + Μπαταρίες Μικρής Ικανότητας ως επιπλέον", καταπολεμά επιτυχώς τους τέσσερις μεγάλους περιορισμούς των παραδοσιακών μπαταριών. Παρέχει απόλυτα πλεονεκτήματα: μεγάλη ικανότητα αποθήκευσης, μεγάλη διάρκεια ζωής (δεκαετίες), περιβαλλοντική φιλικότητα και χαμηλό συνολικό κόστος.
- Σημαντική Ενίσχυση της Σταθερότητας και Αξιοπιστίας Παροχής Ενέργειας του Συστήματος: Η υδροηλεκτρική αποθήκευση μπορεί να ανταποκρίνεται γρήγορα στις αλλαγές φορτία, παρέχοντας ισχυρές λειτουργίες κορύφωσης και ρύθμισης συχνότητας. Σε συνδυασμό με τις μπαταρίες που αντιμετωπίζουν τις αναμφισβήτητες κορυφών, παρέχει στο νησιωτικό δίκτυο σταθερότητα και ποιότητα ρεύματος παρόμοια με τα παραδοσιακά δίκτυα.
- Συνεργατική Επίλυση
