Zintegrowane rozwiązanie hybrydowej energii wiatrowo-słonecznej dla odległych wysp

Streszczenie

Ta propozycja przedstawia innowacyjne zintegrowane rozwiązanie energetyczne, które głęboko łączy wiatrową energię elektryczną, fotowoltaikę, pompowane gospodarowanie wodne i technologie desalacji wody morskiej. Ma na celu systematyczne rozwiązywanie kluczowych wyzwań stojących przed odległymi wyspami, w tym trudności z zasięgiem sieci, wysokie koszty generowania energii z diesla, ograniczenia tradycyjnych systemów magazynowania energii oraz brak zasobów wody pitnej. Rozwiązanie to osiąga synergiczność i samowystarczalność w "dostawie energii - magazynowaniu energii - dostawie wody", zapewniając niezawodną, ekonomiczną i ekologiczną ścieżkę technologiczną dla zrównoważonego rozwoju wysp.

I. Dziedzina techniczna i tło wyzwań

1. Dziedzina techniczna

To rozwiązanie jest interdyscyplinarną, kompleksową technologią, obejmującą głównie:

• Generowanie energii ze źródeł odnawialnych: energia wiatrowa i fotowoltaika.
• Duńskie fizyczne magazynowanie energii: technologia pompowanego gospodarowania wodnego.
• Kompleksowe wykorzystanie zasobów wodnych: technologia desalacji wody morskiej przez odwróconą osmozę.
• Skuteczna inteligentna kontrola: wspólne sterowanie wieloma rodzajami energii i zarządzanie energią.
1. Tło wyzwań
• Dylemat w dostawie energii: Odległe wyspy są oddalone od sieci kontynentalnych i zwykle polegają na wysokokosztowych generatorach dieslowskich. Podlegają one fluktuacjom cen ropy naftowej na rynku międzynarodowym oraz trudnościom w transportowaniu paliwa, co prowadzi do wysokich cen energii i niestabilnej jej dostawy, poważnie ograniczając lokalny rozwój gospodarczy i jakość życia mieszkańców.
• Ograniczenia tradycyjnych systemów magazynowania: Konwencjonalne układy hybrydowe wiatr-słońce opierają się wyłącznie na magazynowaniu bateriowym, co napotyka na cztery główne przeszkody: krótki czas użytkowania (wymagający częstej wymiany), wysoki koszt, potencjalne ryzyko zanieczyszczenia środowiska oraz ograniczoną pojemność magazynową. Te ograniczenia utrudniają wsparcie długoterminowych, stabilnych potrzeb energetycznych wysp.
• Konflikt popytu na zasoby: Wyspy cierpią na brak zasobów wody pitnej. Codzienna dostawa wody zależy od zewnętrznego transportu lub małych jednostek desalacji o wysokim zużyciu energii, oba te rozwiązania są ekstremalnie kosztowne. Istniejące systemy generowania energii i urządzenia produkujące wodę pitną działają osobno, nie osiągając synergicznego wykorzystania energii i zasobów.

II. Kluczowe rozwiązanie techniczne i skład systemu

System składa się z trzech głównych modułów, organicznie skoordynowanych poprzez inteligentny regulator.

III. Zasady działania systemu (trzy główne procesy)

1. Inteligencka dystrybucja energii i logika sterowania (prowadzona przez regulator)

Rdzeniem systemu jest inteligentny regulator, który ciągle porównuje "całkowitą produkcję energii wiatrowo-słoneczną" z "całkowitym zapotrzebowaniem na obciążenie (zapotrzebowanie mieszkańców + zapotrzebowanie jednostki desalacji)":

• Scenariusz 1: Generacja ≥ Zapotrzebowanie na obciążenie
• Priorytetowo ładowane są baterie o małej pojemności, aby uzupełnić ich ładunek.
• Po pełnym naładowaniu baterii automatycznie aktywowany jest moduł pompowanego gospodarowania wodnego w trybie pompowania, przekształcając nadmiar energii w potencjał.
• Jeśli nadal pozostaje nadmiar energii, jednostka desalacji wody morskiej jest priorytetowo uruchamiana na pełną moc, przekształcając energię w cenne zasoby wody pitnej.
• Scenariusz 2: Generacja < Zapotrzebowanie na obciążenie
• Moduł pompowanego gospodarowania wodnego jest automatycznie aktywowany w trybie turbiny do generacji hydroenergetycznej.
• Simultanicznie, baterie rozładowują się, aby obsłużyć natychmiastowe szczytowe obciążenia, pracując razem, aby pokryć deficyt generacji i zapewnić ciągłą dostawę energii.
1. Proces działania pompowanego gospodarowania wodnego
• Faza magazynowania energii (małe obciążenie / wyska produkcja odnawialna): Wykorzystuje tanie lub darmowe nadmiarowe energię wiatrową/słoneczną do pompowania wody morskiej z nizin (np. poziomu morza) do podwyższonego górnego zbiornika. To umożliwia dużą skalę, długotrwałe, bezstratne magazynowanie energii.
• Faza zwalniania energii (szczytowe obciążenie / brak wiatru lub słońca): Wykorzystuje różnicę wysokości, aby uwolnić wodę, która spływa w dół, obracając odwracalną turbinę-pompownię i generując energię. Ten proces rozpoczyna się szybko i reaguje dynamicznie, efektywnie wygładzając losowość i nieregularność produkcji energii odnawialnej.
2. Synergiczny proces desalacji wody morskiej

Woda morska jest wprowadzana i kolejno przepuszczana przez filtr wielośrodowiskowy (usuwa duże cząstki) i filtr kartuszkowy (drobne filtry). Następnie jest sprężana przez pompę wysokiego ciśnienia i wysyłana do modułów membran odwróconej osmozy, aby wytworzyć wodę pitną, która jest przechowywana w zbiorniku produktu. Cały ten proces jest napędzany przez energię systemu. Działając jako przerwane, regulowane, wysokiej jakości obciążenie, doskonale realizuje koncepcję "produkcji wody za pomocą energii, używając produkcji wody do niejawnej magazynacji".

IV. Korzyści z rozwiązania

• Maksymalne wykorzystanie zasobów: Pełne wykorzystanie obfitych zasobów wiatrowych i słonecznych wyspy, całkowicie zastępując lub znacznie zmniejszając zależność od importowanego diesla, obniżając koszty energii u źródła i osiągając samowystarczalność energetyczną.
• Rewolucyjna optymalizacja rozwiązania magazynowania: Hybrydowy model magazynowania, "Pompowane gospodarowanie wodne jako główne + Baterie o małej pojemności jako pomocnicze", fundamentalnie pokonuje cztery główne wady tradycyjnych baterii. Oferuje absolutne przewagi: ogromną pojemność magazynową, długi czas użytkowania (dekady), przyjazność dla środowiska i niski całkowity koszt.
• Zdecydowanie zwiększa stabilność i niezawodność dostawy energii systemu: Pompowane gospodarowanie wodne może szybko reagować na zmiany obciążenia, zapewniając silne możliwości obcinania szczytów i regulacji częstotliwości. Połączone z bateriami obsługującymi natychmiastowe fluktuacje, zapewnia stabilność i jakość energii porównywalną z tradycyjnymi sieciami dla sieci wyspowej.
• Synergiczne zaspokajanie wielu potrzeb, zabijając wiele ptaków jednym strzałem: Innowacyjnie integruje desalację wody morskiej jako obciążenie systemu, jednocześnie rozwiązując dwa kluczowe wyzwania dotyczące przetrwania i rozwoju, takie jak "brak energii" i "brak wody" na wyspach. Osiąga wysoką integrację w "generowanie energii - magazynowanie energii - produkcja wody pitnej", przynosząc znaczne kompletne korzyści.
• Wybitne przewagi środowiskowe i zielone nisko-węglowe: Cały proces opiera się na energii odnawialnej, prowadząc do zerowych emisji węgla. Drastycznie zmniejsza użycie i zanieczyszczenie związane z ołowianymi akumulatorami. Zapewnia zrównoważoną zieloną ścieżkę rozwoju dla społeczności wyspowych, oferując znaczne korzyści ekologiczne.