Integrerad vind-solhybrid strömlösning för avlägsna öar

Sammanfattning

Denna förslag presenterar en innovativ integrerad energilösning som kombinerar vindkraft, solceller, pumpat vattenlager och havsvattenavsaltning. Syftet är att systematiskt lösa de centrala utmaningarna som färre öar står inför, inklusive svårigheter med nätomfattning, höga kostnader för dieselgenerering, begränsningar i traditionella batterilager och brist på färskvatten. Lösningen uppnår sinergi och självförsörjning i "elproduktion - energilagring - vattenförsörjning", vilket ger en tillförlitlig, ekonomisk och grön teknisk väg för öarnas hållbara utveckling.

I. Teknisk område och bakgrundsutmaningar

1. Teknisk område

Denna lösning är ett tvärvetenskapligt, allomfattande teknik, huvudsakligen inkluderande:

• Förnybar energiproduktion: Vindkraft och solenergi.
• Stor-skalig fysisk energilagring: Pumpat vattenlager.
• Allmän vattenresursutnyttjande: Omvänd osmos havsvattenavsaltningsteknik.
• Effektiv intelligent kontroll: Multienergisamarbetskontroll och energihantering.
1. Bakgrundsutmaningar
• Energiförsörjningsdilemma: Fjärran öar ligger långt från fastlandsnät och förlitar sig vanligtvis på högkostnadsgeneratorer. Påverkad av internationella oljeprissvängningar och svårigheter med bränsletransport resulterar detta i höga elpriser och instabila leveranser, vilket allvarligt begränsar den lokala ekonomiska utvecklingen och invånarnas livskvalitet.
• Begränsningar i traditionell lagring: Konventionella vind-solkompletterande system förlitar sig endast på batterilagring, vilket står inför fyra stora flaskhalsar: kort livslängd (kräver ofta ersättning), höga kostnader, potentiella miljöföroreningar och begränsad lagringskapacitet. Dessa begränsningar gör det svårt att stödja storskaliga, långsiktigt stabila energibehov på öar.
• Ressursbehovskonflikt: Öar lider av knapphet på färskvatten. Daglig vattenförsörjning beror på extern transport eller små, energikrävande avsaltningssystem, båda extremt dyra. Existerande energiproduktionssystem och färskvattenproduktionsanläggningar fungerar isolerat, utan att uppnå samverkan mellan energi och resurser.

II. Kärnteknisk lösning och systemkomposition

Systemet består av tre kärnmoduler, organiskt koordinerade genom en intelligent kontrollerare.

III. Systemopereringsprinciper (tre kärnprocesser)

1. Intelligent effektfordelning och kontrolllogik (kontrollerare-ledad)

Systemkärnan är den intelligenta kontrolleraren, som jämför ständigt "total vind-solproduktion" med "total belastningskrav (invånarkonsumtion + avsaltningenhet konsumtion)":

• Scenario 1: Produktion ≥ Belastningskrav
• Prioritet ges till laddning av små kapacitetsbatterier för att återfylla deras laddning.
• När batterierna är fulla aktiveras automatiskt pumpat vattenlagringselementet i pumpmod, konverterar överflöd av elektricitet till potentialenergi.
• Om överflöd av effekt återstår prioriteras havsvattenavsaltningenheten för att fungera vid full kapacitet, konverterar elektricitet till värdefulla färskvattenresurser.
• Scenario 2: Produktion < Belastningskrav
• Pumpat vattenlagringselementet aktiveras automatiskt i turbinmod för hydroelektrisk generering.
• Samma tid, batterierna släpper ut för att hantera momentana toppbelastningar, arbetar tillsammans för att täcka produktionssvikten och säkerställa kontinuerlig effektleverans.
1. Pumpat vattenlagring driftprocess
• Energilagringsfas (Låg belastning / Hög förnybar produktion): Använder lågkostnad eller nollkostnad överflöd av vind/solenergi för att pumpa havsvatten från nedre reservoar (t.ex. havsnivå) till högreplacering övre reservoar. Detta uppnår storskalig, långvarig, förlustfri energilagring.
• Energifrigörelsefas (Toppbelastning / Ingen vind eller sol): Använder höjdskillnaden för att frigöra vatten, som flödar ner för att snurra omvänd pump-turbin och generera elektricitet. Denna process startar snabbt och svarar snabbt, effektivt utjämnar slumpmässighet och intermittens av förnybar effektproduktion.
2. Havsvattenavsaltning synergetisk process

Havsvatten intages och passerar sekventiellt genom ett multimediefilter (tar bort stora partiklar) och ett patronfilter (finfiltrering). Det trycks sedan av högtryckspumpen och skickas till inversosmos membranmoduler för att producera färskvatten, som lagras i produktvattnestanken. Hela denna process drivs av systemelektricitet. Genom att agera som en avbrytbar, justerbar, högkvalitativ belastning realiserar det perfekt den synergetiska konceptet "produktion av vatten med elektricitet, användning av vattenproduktion för implicit lagring."

IV. Fördelar med lösningen

• Maximerad resursutnyttjande: Fullt utnyttjar öns rika vind- och solresurser, helt ersätter eller reducerar betydligt beroendet av importerad diesel, sänker energikostnader vid källan och uppnår energisjälvförsörjning.
• Revolutionerande optimering av lagringslösning: Hybridlagringsmodellen, "Pumpat vattenlagring som primär + Små kapacitetsbatterier som hjälpmedel," övervinner grundligen de fyra stora nackdelarna med traditionella batterier. Den erbjuder absoluta fördelar: massiv lagringskapacitet, lång livslängd (decennier), miljövänlighet och låg total kostnad.
• Betydligt förbättrad systemeffektleveransstabilitet och tillförlitlighet: Pumpat vattenlagring kan snabbt svara på belastningsförändringar, ger starka toppklippnings- och frekvensregleringsförmågor. Tillsammans med batterier som hanterar momentana svängningar ger det ögridsstabilitet och effektkvalitet jämförbar med traditionella nät.
• Synergetisk tillfredsställelse av flera behov, fånga flera fåglar med en sten: Innovativt integrerar havsvattenavsaltning som systembelastning, löser samtidigt de två kritiska överlevnads- och utvecklingsutmaningarna "brist på elektricitet" och "brist på vatten" på öar. Det uppnår en hög grad av integration i "elproduktion - energilagring - färskvattenproduktion", ger betydande sammanlagda fördelar.
• Utmärkta miljö- och grön-lågnivå fördelar: Hela processen baseras på förnybar energi, resulterar i noll kolutsläpp. Det drastiskt minskar användningen och förorening kopplad till blysyra-batterier. Det ger en hållbar grön utvecklingsväg för ösamhället, erbjuder betydande ekologiska fördelar.