Geïntegreerde wind-zonne-energie hybride oplossing voor afgelegen eilanden

Samenvatting

Dit voorstel presenteert een innovatieve geïntegreerde energieoplossing die windenergie, fotovoltaïsche energie, pomp-accumulatie en zeewaterontzilting diepgaand combineert. Het richt zich op het systematisch aanpakken van de kernuitdagingen waarmee afgelegen eilanden worden geconfronteerd, waaronder moeilijke netwerkbedekking, hoge kosten van dieselenergie, beperkingen van traditionele batterijopslag en schaarste aan zoetwatervoorraden. De oplossing bereikt synergie en zelfvoorziening in "energievoorziening - energieopslag - watervoorziening", biedt een betrouwbare, economische en groene technologische weg voor de duurzame ontwikkeling van eilanden.

I. Technisch domein en achtergrondproblemen

1. Technisch domein

Deze oplossing is een multidisciplinaire, omvattende technologie, voornamelijk bestaande uit:

• Hernieuwbare energieopwekking: Windenergie en zonne-photovoltaïsche energie.
• Grootschalige fysieke energieopslag: Pomp-accumulatietechnologie.
• Geïntegreerde waterbronbenutting: Omgekeerde osmose zeewaterontziltingstechnologie.
• Efficiënte intelligente controle: Meerdere energieën samenwerkende controle en energiebeheer.
1. Achtergrondproblemen
• Energievoorzieningsdilemma: Afgelegen eilanden zijn ver van het vastelandnetwerk en zijn meestal aangewezen op hoogwaardige dieselmotoren. Onderhevig aan internationale olieprijsfluctuaties en moeilijkheden bij brandstoftransport, resulteert dit in hoge elektriciteitsprijzen en onstabiele levering, wat de lokale economische ontwikkeling en levenskwaliteit van de bewoners ernstig beperkt.
• Beperkingen van traditionele opslag: Conventionele wind-zonnecomplementaire systemen vertrouwen uitsluitend op batterijopslag, die vier belangrijke knelpunten kent: korte levensduur (die frequente vervanging vereist), hoge kosten, potentiële milieubevuilingsrisico's en beperkte opslagcapaciteit. Deze beperkingen maken het moeilijk om de grote schaal, langdurige stabiele energiebehoeften van eilanden te ondersteunen.
• Bronnenbehoeftecontradictie: Eilanden lijden onder schaarse zoetwatervoorraden. Dagelijkse watervoorziening is afhankelijk van externe transport of kleine, hoogenergieverbruikende ontziltingsunits, beide extreem kostbaar. Bestaande energieopwekkingsystemen en zoetwaterproductiefaciliteiten werken gescheiden, waardoor synergistisch gebruik van energie en bronnen niet wordt bereikt.

II. Kerntechnische oplossing en systeemsamenstelling

Het systeem bestaat uit drie kernmodules, organisch gecoördineerd door een intelligente controller.

III. Systeemoperatieprincipes (drie kernprocessen)

1. Intelligente energieverdeling en controlelogica (controller geleid)

Het systeemhart is de intelligente controller, die continu "totale wind-zonne-energieopwekking" vergelijkt met "totale belastingsvraag (residentiële consumptie + ontziltingsunit consumptie)":

• Scenario 1: Opwekking ≥ Belastingsvraag
• Prioriteit wordt gegeven aan het opladen van de klein-capaciteitsbatterijen om hun lading aan te vullen.
• Zodra de batterijen vol zijn, wordt de pomp-accumulatie-eenheid automatisch in pompmode geactiveerd, zodat overtollige elektriciteit wordt omgezet in potentieel energie.
• Als er nog overmaat aan energie overblijft, wordt de zeewaterontziltingseenheid geprioriteerd om op volle capaciteit te werken, zodat elektriciteit wordt omgezet in waardevolle zoetwatervoorraden.
• Scenario 2: Opwekking < Belastingsvraag
• De pomp-accumulatie-eenheid wordt automatisch in turbinemode geactiveerd voor hydro-elektrische generatie.
• Tegelijkertijd lossen de batterijen uit om instantane pieklasten te behandelen, samen werken ze om de opwekkings tekortkoming te dekken en continue stroomvoorziening te garanderen.
1. Pomp-accumulatie bedrijfsproces
• Energieopslagfase (lage belasting / hoge hernieuwbare opwekking): Gebruikt lagekosten of nul-kosten overmaat aan wind/zonne-energie om zeewater van het lagere reservoir (bijvoorbeeld zeeniveau) naar het verhoogde bovenreservoir te pompen. Dit realiseert groot-schalige, lange-duur, verliesloze energieopslag.
• Energievrijgiftefase (piekbelasting / geen wind of zon): Gebruikt de hoogteverschillen om water te laten stromen, dat de omkeerbare pomp-turbine laat draaien en elektriciteit genereert. Dit proces start snel en reageert snel, efficiënt sussen de willekeurigheid en intermitterendheid van hernieuwbare energieopwekking.
2. Synergistisch proces van zeewaterontzilting

Zeewater wordt ingezogen en achtereenvolgens door een multi-media filter (grote deeltjes verwijderen) en een patroonfilter (fijn filtreren). Vervolgens wordt het door de hogedrukpomp onder druk gezet en gestuurd naar de omgekeerde osmose membranemodules om zoet water te produceren, dat wordt opgeslagen in de productwatertank. Dit hele proces wordt gedreven door systeemelektriciteit. Fungerend als een interruptabele, verstelbare, hoogwaardige belasting, realiseert het perfect het concept van "water produceren met elektriciteit, waterproductie gebruiken voor impliciete opslag."

IV. Voordelen van de oplossing

• Maximalisering van bronbenutting: Maakt optimaal gebruik van de rijke wind- en zonne-energiebronnen van het eiland, vervangt volledig of vermindert significant de afhankelijkheid van geïmporteerde diesel, verlaagt energiekosten op de bron, en behaalt energiezelfvoorziening.
• Revolutionaire optimalisatie van opslagoplossing: Het hybride opslagmodel, "Pomp-accumulatie als primaire + Klein-capaciteitsbatterijen als bijstand," overwint fundamenteel de vier grote nadelen van traditionele batterijen. Het biedt absolute voordelen: enorme opslagcapaciteit, lange levensduur (decennia), milieuvriendelijkheid en lage totale kosten.
• Significant verhoogde stabiliteit en betrouwbaarheid van systeemstroomvoorziening: Pomp-accumulatie kan snel reageren op belastingswijzigingen, biedt sterke piekafvlakkings- en frequentieregelingcapaciteiten. Samen met batterijen die instantane fluctuaties behandelen, geeft het het eilandnetwerk stabiliteit en stroomkwaliteit vergelijkbaar met traditionele netwerken.
• Synergistische voldoening van meerdere behoeften, meerdere problemen tegelijk oplossen: Integreert innovatief zeewaterontzilting als systeemlast, lost tegelijkertijd de twee kritieke overlevings- en ontwikkelingsuitdagingen van "gebrek aan elektriciteit" en "gebrek aan water" op eilanden op. Het behaalt een hoge mate van integratie in "energieopwekking - energieopslag - zoetwaterproductie," levert aanzienlijke integrale voordelen op.
• Uitstekende milieuvriendelijke en groene laag-koolstofvoordelen: Het hele proces is gebaseerd op hernieuwbare energie, resulteert in nul CO2-uitstoot. Het verminderd drastisch het gebruik en de verontreiniging van loodaccubatterijen. Het biedt een duurzame groene ontwikkelingsweg voor eilandgemeenschappen, biedt aanzienlijke ecologische voordelen.