Solución Integrada de Energía Híbrida Eólica-Fotovoltaica para Illas Remotas

Resumo

Esta proposta presenta unha solución enerxética integrada innovadora que combina profundamente a xeración de enerxía eólica, a xeración fotovoltaica, o almacenamento de auga bombeada e as tecnoloxías de dessalinización de auga de mar. Ten como obxectivo abordar de xeito sistemático os principais desafíos enfrentados polas illas remotas, incluíndo a dificultade de cobertura da rede eléctrica, os altos custos da xeración de enerxía con diésel, as límites do almacenamento de baterías tradicionais e a escasez de recursos hídricos frescos. A solución logra sinergia e autosuficiencia en "abastecemento de enerxía - almacenamento de enerxía - abastecemento de auga", proporcionando unha via tecnolóxica fiable, económica e verde para o desenvolvemento sostenible das illas.

I. Campo Técnico e Desafíos de Fondo

1. Campo Técnico

Esta solución é unha tecnoloxía multidisciplinar e comprehensiva, que abarca principalmente:

• Xeración de Enerxía Renovable: Xeración de enerxía eólica e fotovoltaica solar.
• Almacenamento Físico de Enerxía a Gran Escala: Tecnoloxía de almacenamento de auga bombeada.
• Utilización Comprehensiva de Recursos Hídricos: Tecnoloxía de dessalinización de auga de mar por ósmose inversa.
• Control Intelixente Eficiente: Control cooperativo multi-enerxético e xestión de enerxía.
1. Desafíos de Fondo
• Dilema do Abastecemento de Enerxía: As illas remotas están lonxe das redes continentais e xeralmente dependen de xeradores de diésel de alto custo. Suxetos ás fluctuacións dos prezos internacionais do petróleo e ás dificultades no transporte de combustible, isto resulta en prezos elevados de electricidade e suministro inestable, restringindo severamente o desenvolvemento económico local e a calidade de vida dos residentes.
• Límites do Almacenamento Tradicional: Os sistemas complementarios de eolo-solar dependen só de baterías, que se atopan coas catro grandes limitacións: vida útil curta (que require substitución frecuente), alto custo, riscos potenciais de contaminación ambiental e capacidade de almacenamento limitada. Estas limitacións dificultan o apoio ás necesidades de enerxía a gran escala e a longo prazo das illas.
• Contradicción na Demanda de Recursos: As illas sufren unha escasez de recursos hídricos frescos. O abastecemento diario de auga depende do transporte externo ou de unidades de dessalinización pequenas e de alto consumo de enerxía, ambas extremadamente caras. Os sistemas de xeración de enerxía existentes e as instalacións de produción de auga fresca operan de forma aislada, sen conseguir un uso sinérgico da enerxía e dos recursos.

II. Solución Técnica Central e Composición do Sistema

O sistema consta de tres módulos centrais, coordinados organicamente a través dun controlador intelixente.

III. Principios de Funcionamento do Sistema (Tres Procesos Centrais)

1. Lóxica de Distribución e Control de Potencia Intelixente (Dirixida polo Controlador)

O núcleo do sistema é o controlador intelixente, que compara continuamente a "xeración total de eólica e solar" coa "demanda total de carga (consumo de residentes + consumo da unidade de dessalinización)":

• Escenario 1: Xeración ≥ Demanda de Carga
• Se dá prioridade á carga das baterías de pequena capacidade para repor a súa carga.
• Unha vez que as baterías están cheias, a unidade de almacenamento de auga bombeada activa automaticamente o modo de bombeo, convirtendo a electricidade sobrante en enerxía potencial.
• Se permanece potencia extra, a unidade de dessalinización de auga de mar ten prioridade para operar a plena capacidade, convirtendo a electricidade en valiosos recursos de auga fresca.
• Escenario 2: Xeración < Demanda de Carga
• A unidade de almacenamento de auga bombeada activa automaticamente o modo de turbina para xeración hidroeléctrica.
• Simultaneamente, as baterías descargan para manexar as cargas pico instantáneas, traballando xuntas para cubrir a falta de xeración e asegurar un suministro continuo de electricidade.
1. Proceso de Operación do Almacenamento de Auga Bombeada
• Fase de Almacenamento de Enerxía (Carga Baixa / Alta Xeración Renovable): Utiliza a enerxía eólica e solar sobrante de baixo ou nenhum custo para bombear auga de mar do embalse inferior (por exemplo, nivel do mar) ao embalse superior elevado. Isto logra un almacenamento de enerxía a gran escala, de longa duración e sen perdas.
• Fase de Liberación de Enerxía (Carga Pico / Sen Vento ou Sol): Utiliza a diferenza de altura para liberar a auga, que fluye cara abaixo para facer girar a turbobomba reversible e xerar electricidade. Este proceso comeza rapidamente e responde de forma rápida, suavizando eficazmente a aleatoriedade e intermitencia da xeración de enerxía renovable.
2. Proceso Sinérgico de Dessalinización de Auga de Mar

O auga de mar é captada e pasa secuencialmente a través dun filtro multimedia (eliminando partículas grandes) e un filtro cartucho (filtrado fino). Despois, é pressurizada pola bomba de alta presión e enviada aos módulos de membranas de ósmose inversa para producir auga fresca, que se almacena no tanque de auga produto. Todo este proceso está impulsado pola electricidade do sistema. Actuando como unha carga interruptible, axustable e de alta calidade, realiza perfectamente o concepto sinérgico de "producción de auga con electricidade, usando a produción de auga para almacenamento implícito".

IV. Beneficios da Solución

• Utilización Máxima dos Recursos: Exploit completamente os abundantes recursos eólicos e solares da illa, substituíndo completamente ou reducindo significativamente a dependencia do diésel importado, reducindo os custos de enerxía na fonte e logrando a autosuficiencia energética.
• Optimización Revolucionaria da Solución de Almacenamento: O modelo de almacenamento híbrido, "Almacenamento de Auga Bombeada como principal + Baterías de Pequena Capacidade como auxiliares", supera fundamentalmente as catro grandes desvantaxes das baterías tradicionais. Ofrece vantaxes absolutas: capacidade de almacenamento masiva, longa vida útil (décadas), amigable co medio ambiente e baixo custo integral.
• Estabilidade e Fiabilidade Significativamente Melhoradas do Suministro de Enerxía do Sistema: O almacenamento de auga bombeada pode responder rapidamente ás cambios de carga, proporcionando fortes capacidades de recorte de picos e rexulación de frecuencia. Xunto coas baterías que manexan as fluctuacións instantáneas, ofrece á rede da illa unha estabilidade e calidade de enerxía comparables ás redes tradicionais.
• Satisfacción Sinérgica de Múltiples Necesidades, Matando Dous Páxaros de Un Tiro: Integra innovadoramente a dessalinización de auga de mar como carga do sistema, resolvendo simultaneamente os dous desafíos críticos de supervivencia e desenvolvemento de "falta de electricidade" e "falta de auga" nas illas. Logra un alto grao de integración en "xeración de enerxía - almacenamento de enerxía - produción de auga fresca", ofrecendo beneficios integrais significativos.
• Vantaxes Ambientais e Verdes de Baixo Carbono Destacadas: Todo o proceso está baseado en enerxía renovable, resultando en emisións de carbono nulas. Reduce drasticamente o uso e a contaminación asociada con as baterías de chumbo-ácido. Proporciona un camiño de desenvolvemento verde sostenible para as comunidades insulares, ofrecendo beneficios ecolóxicos substanciais.