פתרון משלב חשמל מהветר והשמש עבור איים מרוחקים

תקציר

הצעה זו מציגה פתרון אנרגיה משולב חדשני שמשלב בצורה עמוקה את טכנולוגיות ההפקת אנרגיה מהרוח, הפקת אנרגיה סולארית, אחסון מים בשיטות פומפינג והידרואלקטריקה, וטיהור מי ים. הפתרון מתכוון להתמודד באופן מערכתי עם האתגרים העיקריים של איים מרוחקים, כולל קושי בהיקף הרשת, עלויות גבוהות להפקת חשמל מדיזל, מגבלות של אחסון בגדלים מסחריים באמצעות סוללות, ומחסור במים מתוקים. הפתרון משיג סינרגיה ואוטונומיה ב"ספק חשמל - אחסון אנרגיה - אספקת מים", ומציע דרך טכנולוגית נאמנה, כלכלית וירוקה לפיתוח בר קיימא של האי.

I. תחום טכנולוגי והallenges רקע

1. תחום טכנולוגי

הפתרון הוא טכנולוגיה רב-תחומית ומכלילה בעיקר:

• הפקת אנרגיה ממקורות מתחדשים: אנרגיה רוח ואנרגיה סולארית.
• אחסון אנרגיה פיזי בקנה מידה גדול: טכנולוגיית אחסון מים בשיטת פומפינג והידרואלקטריקה.
• שימוש מקיף במשאבי מים: טכנולוגיית טיהור מי ים בשיטת היפר-ספירה.
• בקרה חכמה ויעילה: בקרה שיתופית של אנרגיה ובקרה על ניהול האנרגיה.
1. אתגרים רקע
• קושי באספקת אנרגיה: איים מרוחקים אינם מחוברים לרשת החשמל של היבשת ומסתמכים בדרך כלל על גנרטורים דיזל יקרים. עקב השפעת תמחורי הנפט הבינלאומיים וקשיים בנשיאה של הדלק, זה מוביל למחירי חשמל גבוהים ולאספקה בלתי יציבה, המגבילים מאוד את התפתחות הכלכלית והאיכות של חיי התושבים.
• מגבלות של אחסון מסורתי: מערכות רוח-שמש מסורתיות מסתמכות אך ורק על אחסון בסוללות, המתמודדות עם ארבע מגבלות עיקריות: תוחלת חיים קצרה (הכריחות החלפת תכופה), עלויות גבוהות, סיכונים של זיהום סביבתי פוטנציאלי, וקיבולת אחסון מוגבלת. המגבלות הללו מונעות תמיכה בדרישות האנרגיה הגדולות והיציבות הארוך טווח של האי.
• contradiction בדרישה למשאבים: באיים יש מחסור במים מתוקים. אספקת מים יומית מתבססת על העברת חיצונית או יחידות טיהור מים קטנות וצריכות אנרגיה גבוהה, שניהם יקרים מאוד. מערכות הפקת חשמל קיימות ומעבדות לייצור מים מתוקים פועלות בנפרד, ולא מצליחות להשיג שימוש סינרגטי באנרגיה ומשאבים.

II. פתרון טכנולוגי מרכזי ורכיבי המערכת

המערכת מורכבת משלושה מודולים מרכזיים, שמתואמים באופן אורגני דרך בקר חכם.

III. עקרונות פעילות מערכת (שלושת התהליכים המרכזיים)

1. לוגיקה חכמה לפיזור חשמל ובקרה (בפיקוד הבקר)

ליבת המערכת היא הבקרה החכמה, אשר מתבצעת באופן מתמיד השוואת "הפקת חשמל כוללת מרוח-שמש" עם "ביקוש כולל (צריכת תושבים + צריכת יחידת טיהור מי ים)":

• סצENARIO 1: הפקה ≥ ביקוש
• עדיפות ניתנת לטעינת הסוללות הקטנות כדי להחזיר את המטען שלהן.
• ברגע שהסוללות מלאות, יחידת האחסון בהידרואלקטריקה מתפעלת באופן אוטומטי במצב משאבה, הממירה חשמל מיותר לאנרגיה כבידה.
• אם נשאר חשמל מיותר,单语种输出，不包含中文。以下是继续翻译的内容：
• סצENARIO 2: הפקה < ביקוש
• יחידת האחסון בהידרואלקטריקה מתפעלת באופן אוטומטי במצב טורבינה להפקת חשמל הידרואלקטרי.
• במקביל, הסוללות משחררות את המטען שלהן כדי להתמודד עם עומסים פקעיים, עובדת יחד כדי לכסות את החסר בחשמל ולהבטיח אספקה מתמדת של חשמל.
• תהליך פעולה של אחסון מים בשיטת פומפינג והידרואלקטריקה
• שלב אחסון אנרגיה ( עומס נמוך / הפקה גבוהה של אנרגיה מתחדשת): משתמשת באנרגיה מיותרת או ללא עלות מהרוח/שמש כדי לפומפף מים מהמאגר התחתון (לדוגמה, פני הים) לתוך המאגר העליון המוגבה. זה מאפשר אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול, למשך זמן רב, ללא אובדן אנרגיה.
• שלבשחרור אנרגיה ( עומס פקעי / אין רוח או שמש): משתמשת בהבדל הגבהים כדי לשחרר מים, שמגיעים למטה לסובב את המשאבה-טורבינה הפיכה ולהפיק חשמל. תהליך זה מתחיל במהירות מגיב במהירות, מפצה בצורה יעילה את האקראיות והלא רציפות בהפקת אנרגיה מתחדשת.
• תהליך סינרגיה של טיהור מי ים

מים ים מוזמנים עוברות סינון רב שלבים באמצעות מסנן מולטי-מדיה (מסנן חלקיקים גדולים) ומסנן קרטוזי (סינון עדין). הם מועברים לאחר מכן תחת לחץ גבוה באמצעות משאבת לחץ גבוה ומועברים למודולי מembrance היפר-ספירה לייצור מים מתוקים, המאוחסנים בתא המים הסופי. כל התהליך הזה מופעל על ידי חשמל של המערכת. בתור עומס איכותי, ניתן להגדרה, הוא מממש באופן מושלם את הרעיון הסינרגטי של "ייצור מים בעזרת חשמל, שימוש בייצור מים כאחסון מרומז."

IV. יתרונות הפתרון

• הפקת מקסימלית של משאבים: מנצלת לחלוטין את המשאבים המרובים של רוח ושמש באי, מחליפה לחלוטין או מורידה משמעותית את התלות בדיזל מיובא, מורידה את עלויות האנרגיה במקור ומגיעה לאוטונומיה אנרגטית.
• אופטימיזציה מהפכתית של פתרון אחסון: המודל ההיברידי של אחסון, "אחסון מים בשיטת פומפינג והידרואלקטריקה כראשי + סוללות בקיבולת קטנה כמשניים", פותר באופן בסיסי את ארבעת המגבלות העיקריות של סוללות מסורתיות. הוא מציע יתרונות מוחלטים: קיבולת אחסון עצומה, תוחלת חיים ארוכה (עשור שנים), ידידות לסביבה ועלויות כוללות נמוכות.
• הגברת משמעותית יציבות ואמינות אספקת החשמל של המערכת: אחסון מים בשיטת פומפינג והידרואלקטריקה יכול להגיב במהירות לשינויים בעומס, ומספק יכולות חזקות של הגבלת פיקות ורגולציה של תדר. בשילוב עם סוללות המטפלות בשינויים מיידיים, הוא נותן לרשת האי יציבות ואיכות חשמל דומים לרשתות מסורתיות.
• ה족ת מספר הצרכים באופן סינרגטי, הרגעה של מספר בעיות אחת: משלב באופן חדשני את טיהור מי ים כנטל של המערכת, פותר בו זמנית את שני האתגרים הקריטיים של "מחסור בחשמל" ו"מחסור במים" באיים. הוא מגיעה למגמה גבוהה של אינטגרציה ב"הפקת חשמל - אחסון אנרגיה - ייצור מים מתוקים", מפיק תוצאות מיטוביות קולקטיביות משמעותיות.
• יתרונות סביבתיים וירוקים בולטים: כל התהליך מבוסס על אנרגיה מתחדשת, מוביל לפליטת פחמן אפס. הוא מפחית באופן דרסטי את השימוש הזיהום הקשור לبطרויות חומצה-납. הוא מספק דרך לפיתוח ירוק בר קיימא לקהילות האי, ומביא תועלת אקולוגית משמעותית.