Integrirano mešano vetrno-sončno energetska rešitev za oddaljene otroke

Povzetek

Ta predlog predstavlja inovativno integrirano energetsko rešitev, ki globoko združuje vetrne elektrarne, fotovoltaično proizvodnjo električne energije, črpalko-vodni akumulaciji in tehnologijo desalinacije morske vode. Cilj je sistematično reševanje ključnih izzivov, s katerimi se soočajo oddaljeni otoki, vključno z težavami pri pokrivanju omrežja, visokimi stroški proizvodnje električne energije iz dizelina, omejitvami tradicionalnih baterijskih akumulatorjev in skrbi zaradi pomanjkanja svetle vode. Rešitev dosega sinergijo in samozadostnost v "oskrbi z energijo - shranjevanju energije - oskrbi z vodo", kar prinaša zanesljiv, ekonomičen in zelen tehnološki pot za trajnostni razvoj otokov.

I. Tehnično področje in ozadje izzivov

1. Tehnično področje

Ta rešitev je medpredmetna, celostna tehnologija, ki vključno zajema:

• Proizvodnja obnovljive energije: Vetrne in solarno fotovoltaične elektrarne.
• Fizično shranjevanje energije velikega obsega: Tehnologija črpalko-vodne akumulacije.
• Celostno uporaba vodnih virov: Tehnologija desalinacije morske vode z obratnim osmotičnim procesom.
• Učinkova inteligentna regulacija: Sodelujoča kontrola več energetskih virov in upravljanje z energijo.
1. Ozadje izzivov
• Dilema oskrbe z energijo: Oddaljeni otoki so daleč od glavnega omrežja in običajno odvisni od visokostenih dizelskih generatorjev. Zaradi mehurjanja cen nafte na mednarodnem trgu in težav pri prevozu goriva to vodi do visokih cen električne energije in nestabilnosti oskrbe, kar hudo omejuje lokalni gospodarski razvoj in kakovost življenja prebivalcev.
• Omejitve tradicionalnega shranjevanja: Konvencionalni sistemi vetrne in solarno fotovoltaične proizvodnje so odvisni samo od baterijskih akumulatorjev, ki se soočajo z štirimi glavnimi ovirami: kratko življenjsko dobo (zahtevajo pogosto menjavo), visoke cene, morebitne tveganja za okoljsko onesnaženje in omejeno zmogljivost shranjevanja. Te omejitve težko omogočajo podporo za velikoploskovne, dolgoročno stabilne potrebe po energiji na otokih.
• Protislovje v povpraševanju po virih: Otoki trpe zaradi pomanjkanja svetle vode. Dnevna oskrba z vodo je odvisna od zunanje prevoznosti ali majhnih enot za desalinacijo, ki porabljajo veliko energije, obe možnosti pa sta zelo dragi. Obstojajoče sisteme za proizvodnjo električne energije in ustanove za proizvodnjo svetle vode delujejo ločeno, ne da bi dosegli sinergično uporabo energije in virov.

II. Glavna tehnična rešitev in sestava sistema

Sistem se sestoji iz treh glavnih modulov, ki so organično usklajeni preko inteligentnega nadzornika.

III. Principi delovanja sistema (tri glavni postopki)

1. Inteligentna distribucija moči in logika nadzora (voditelj nadzornika)

Jedro sistema je inteligentni nadzornik, ki neprekinjeno primerja "skupno proizvodnjo vetrne in solarno fotovoltaične energije" z "skupno potrebno močjo (potrošnja prebivalcev + potrošnja enote za desalinacijo)":

• Scenarij 1: Proizvodnja ≥ Potrebna moč
• Prednost se daje polnjenju baterij male kapacitete za popolnjenje njihovega nabora.
• Ko so baterije polne, se avtomatsko aktivira enota za črpalko-vodno akumulacijo v načinu črpalka, pretvarja prekomerno moč v potencialno energijo.
• Če ostane prekomerna moč, se enota za desalinacijo morske vode prednostno uporablja na polno moč, pretvarja električno energijo v dragocene vodne vire.
• Scenarij 2: Proizvodnja < Potrebna moč
• Enota za črpalko-vodno akumulacijo se avtomatsko aktivira v turbinastem načinu za hidroelektrično proizvodnjo.
• Hkrati se baterije razpolnjujejo za obdelavo trenutnih vrhunskih obremenitev, skupaj pokrivata pomanjkanje proizvodnje in zagotavljata neprekinjeno oskrbo z energijo.
1. Postopek delovanja črpalko-vodne akumulacije
• Faza shranjevanja energije (nizka obremenitev / visoka proizvodnja obnovljive energije): Uporablja nizko- ali brezplačno prekomerno moč vetrnih/solarnih virov za črpanje morske vode iz spodnjega zalogaja (npr. raven morja) v zgornji zalogaj. To doseže velikoploskovno, dolgotrajno, brezgubitne shranjevanje energije.
• Faza izpusta energije (vrhunska obremenitev / ni vetra ali sonca): Uporablja razliko višin za izpust vode, ki teče navzdol, vrte obrnljivo črpalko-turbino in proizvaja električno energijo. Ta postopek se hitro začne in hitro odgovori, učinkovito gladijo naključnost in prekidnost izhoda obnovljive energije.
2. Sinergični postopek desalinacije morske vode

Morska voda se zaledi in zaporedoma prehaja skozi večvrstni filter (odstranitev velikih delcev) in kartušni filter (finerana filtriranje). Nato jo visokonaporna pumpa pritisne in pošlje na obratno osmotične membranske module za proizvodnjo svetle vode, ki se shranjuje v zalednice za končni izdelek. Celoten postopek je pogonjen z električno energijo sistema. Deluje kot prekinljiva, prilagodljiva, visokokakovostna obremenitev, popolnoma realizira sinergično koncept "proizvodnja vode z električno energijo, uporaba proizvodnje vode za implicitno shranjevanje."

IV. Prednosti rešitve

• Maximalizacija uporabe virov: Popolnoma izkorišča obilne vetrne in sončne vire na otoku, popolnoma nadomešča ali bistveno zmanjša odvisnost od uvoženega dizela, zniža stroške energije na izviru in doseže samozadostnost z energijo.
• Revolucionarna optimizacija rešitve za shranjevanje: Hibridden model shranjevanja, "Črpalko-vodna akumulacija kot primarna + Baterije male kapacitete kot pomočne," temeljito premaga štiri glavne pomanjkljivosti tradicionalnih baterij. Ponuja absolutne prednosti: ogromno kapaciteto shranjevanja, dolgo življenjsko dobo (desetletja), okoljsko prijaznost in nizke skupne stroške.
• Bistveno izboljšana stabilnost in zanesljivost oskrbe z energijo sistema: Črpalko-vodna akumulacija lahko hitro odziva na spremembe obremenitve, ponuja močne funkcije odrezanja vrha in regulacije frekvence. Skupaj s baterijami, ki obdelujejo trenutne kolebanja, daje otoku omrežju stabilnost in kakovost energije, primerljivo z tradicionalnimi omrežji.
• Sinergično zadovoljstvo večjih potreb, ubiti več ptic z eno kroglo: Inovativno vključuje desalinacijo morske vode kot obremenitev sistema, hkrati reši dva ključna izziva preživetja in razvoja "pomanjkanje energije" in "pomanjkanje vode" na otokih. Dosega visoko stopnjo integracije v "proizvodnjo energije - shranjevanje energije - proizvodnjo svetle vode," prinaša značilne celostne prednosti.
• Izrazite okoljske in zelene nizkoogljične prednosti: Celoten postopek temelji na obnovljivih virih, kar prinaša nične ogljične emisije. Drastično zmanjša uporabo in onesnaževanje, povezano z olovskimi baterijami. Prinaša trajnostno zeleno pot razvoja za otoksko skupnost, prinaša značilne ekološke prednosti.