Integrirano hibridno rešenje za vetro-suncobne elektrane za udaljene otroke

Apstrakt

Ovaj predlog predstavlja inovativno integrirano energetsko rešenje koje duboko kombinuje vjetrovu energiju, fotovoltaičnu proizvodnju električne energije, pumpiranje hidroenergije i tehnologiju destilacije morske vode. Cilj je sistematski rešiti ključne izazove s kojima se suočavaju udaljeni otoci, uključujući teškoću pokrivanja mrežom, visoke troškove proizvodnje električne energije na bazi dizela, ograničenja tradicionalnih baterijskih sistema za čuvanje energije i nedostatak svježih vodnih resursa. Rešenje postiže sinergiju i samoodrživost u "snabdjevanju strujom - čuvanju energije - snabdjevanju vodom", pružajući pouzdan, ekonomičan i zelen tehnološki put za održivi razvoj otoka.

I. Tehničko područje i pozadinski izazovi

1. Tehničko područje

Ovo rešenje je interdisciplinarno, kompleksno tehnološko, glavno obuhvaća:

• Proizvodnja obnovljive energije: Vjetrovu energiju i solarnu fotovoltaičnu proizvodnju.
• Fizičko čuvanje energije velikog opsega: Tehnologiju pumpiranja hidroenergije.
• Kompleksna upotreba vodnih resursa: Tehnologiju destilacije morske vode metodom obrnute osmose.
• Učinkovito inteligentno upravljanje: Kooperativno upravljanje više vrsta energija i upravljanje energijom.
1. Pozadinski izazovi
• Dilema snabdjevanja energijom: Udaljeni otoci su daleko od mreže na matičnom tlu i obično se oslanjaju na skuplje generatora na bazi dizela. Ovisno o fluktuacijama međunarodnih cijena nafte i teškoćama pri transportu goriva, to dovodi do visokih cijena struje i nestabilnog snabdjevanja, što ozbiljno ograničava lokalni ekonomski razvoj i kvalitetu života stanovnika.
• Ograničenja tradicionalnog čuvanja: Konvencionalni sistemi komplementarnosti vjetra i sunca se oslanjaju samo na baterijsko čuvanje, što se suočava sa četiri glavna grla: kratka vijek trajanja (zahtijeva često zamjenjivanje), visoki troškovi, potencijalni rizici za okoliš zbog moguće onesvjetljenosti i ograničene kapacitete čuvanja. Ova ograničenja čine teškim podržati velike, dugoročne stabilne potrebe otoka za energijom.
• Kontradikcija u potrebama resursa: Otoci trpe nedostatak svježih vodnih resursa. Dnevno snabdjevanje vodom zavisi od vanjskog transporta ili malih, visokopotrosnih jedinica za destilaciju, oba ekstremno skupa. Postojeći sistemi proizvodnje struje i instalacije za proizvodnju svježe vode funkcioniraju nezavisno, ne ostvaruju sinergijsku upotrebu energije i resursa.

II. Jezgra tehničkog rešenja i sastav sistema

Sistem se sastoji od tri jezgrene module, organički koordinirane kroz inteligentni kontroler.

III. Principi rada sistema (tri jezgrene procesa)

1. Inteligentno raspoređivanje struje i logika kontrole (pod vodstvom kontrolera)

Jezgra sistema je inteligentni kontroler, koji neprekidno uspoređuje "ukupnu proizvodnju vjetra i sunca" s "ukupnim zahtjevima za opterećenjem (potrošnja stanovnika + potrošnja jedinice za destilaciju)":

• Scenarij 1: Proizvodnja ≥ Potreba za opterećenjem
• Prioritetno se puni baterija male kapacitete kako bi se obnovila njena napunjenost.
• Kada su baterije puni, automatski se aktivira jedinica za pumpiranje hidroenergije u načinu pumpiranja, pretvarajući višak struje u potencijalnu energiju.
• Ako preostane višak struje, jedinici za destilaciju morske vode se daje prioritet da radi na maksimalnoj kapacitetu, pretvarajući struju u vrijedne svježe vodne resurse.
• Scenarij 2: Proizvodnja < Potreba za opterećenjem
• Jedinica za pumpiranje hidroenergije se automatski aktivira u načinu turbina za hidroelektrsku proizvodnju.
• U isto vrijeme, baterije ispuštaju struju kako bi se obradili momentni vrhovi opterećenja, zajedno pokrivajući nedostatak proizvodnje i osiguravajući kontinuirano snabdjevanje strujom.
1. Proces rada pumpiranja hidroenergije
• Faza čuvanja energije (nisko opterećenje / visoka proizvodnja obnovljive energije): Koristi seftino ili besplatno višak vjetra/sunce da se pompiše morska voda iz donjeg bazena (npr. morsko ulazno ravnalo) u podignuti gornji bazen. To omogućuje veliki opseg, dugotrajno, bez gubitaka čuvanje energije.
• Faza ispuštanja energije (vrhovno opterećenje / nema vjetra ili sunca): Koristi se visinska razlika da se ispusti voda, koja teče dolje da zakrene reverzibilnu pumpu-turbinu i proizvede struju. Taj proces brzo započinje i brzo reagira, efikasno gladilo slučajnosti i intermitentnosti proizvodnje obnovljive energije.
2. Sinergijski proces destilacije morske vode

Morska voda se unosi i sekvencijalno prolazi kroz multimedijski filter (uklanja velike čestice) i patronski filter (fini filtriranje). Zatim se pritisnuta visokopritisnjom pumpom i poslana na membane obrnute osmose da bi proizvela svježu vodu, koja se čuva u bakru za produkt. Cijeli ovaj proces pokreće struja sistema. Djelujući kao prekidljivo, prilagodljivo, visokokvalitetno opterećenje, savršeno realizira koncept sinergije "proizvodnja vode električnom energijom, korištenje proizvodnje vode za implicitno čuvanje."

IV. Prednosti rešenja

• Maksimalna iskorištenost resursa: Potpuno iskorištena obilna vjetar i sunce na otoku, potpuno zamenjujući ili značajno smanjujući ovisnost o uvozu dizela, smanjujući troškove energije na izvoru i ostvarujući samoodrživost energije.
• Revolucionarna optimizacija rešenja za čuvanje: Hibrider model čuvanja, "Pumpiranje hidroenergije kao primarno + Male kapacitete baterija kao pomoćno," temeljno prevazilazi četiri glavna nedostataka tradicionalnih baterija. Nudi apsolutne prednosti: ogroman kapacitet čuvanja, dug vijek trajanja (desetljeća), prijateljstvo prema okolišu i niske ukupne troškove.
• Značajno unaprijeđena stabilnost i pouzdanost snabdjevanja strujom sistema: Pumpiranje hidroenergije može brzo reagirati na promjene opterećenja, pružajući snažne mogućnosti oštrijanja vrha i regulacije frekvencije. Kombinirano s baterijama koje rade na momentnim fluktuacijama, daje mreži otoka stabilnost i kvalitetu struje sličnu tradicionalnim mrežama.
• Sinergijsko zadovoljavanje višestrukih potreba, ubijanje više ptica jednim kamenom: Inovativno integriše destilaciju morske vode kao opterećenje sistema, istovremeno rješavajući dva ključna izazova preživljavanja i razvoja "nedostatak struje" i "nedostatak vode" na otocima. Postiže visoku razinu integracije u "proizvodnju struje - čuvanje energije - proizvodnju svježe vode," ostvarujući značajne integralne prednosti.
• Izraziti ekološki i zeleni niskougljični prednosti: Cijeli proces temelji se na obnovljivim izvorima energije, rezultirajući nultim emisijama ugljičnog dioksida. Drastično smanjuje korištenje i onesvjetljenost vezanu uz olovo-kiselike baterije. Pruža održivi zeleni put razvoja za otocske zajednice, noseći značajne ekološke prednosti.