โซลูชันพลังงานไฮบริดลม-แสงอาทิตย์แบบบูรณาการสำหรับเกาะที่อยู่ห่างไกล

บทคัดย่อ

ข้อเสนอแนะนี้นำเสนอโซลูชันพลังงานแบบบูรณาการที่ผสมผสานเทคโนโลยีพลังงานลม การผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ การเก็บพลังงานด้วยน้ำพุ และการกรองน้ำทะเลให้เป็นน้ำจืดอย่างลึกซึ้ง มุ่งหวังที่จะแก้ไขปัญหาหลักที่เกาะต่างๆ กำลังเผชิญหน้า เช่น การครอบคลุมของระบบไฟฟ้าที่ยากลำบาก ค่าใช้จ่ายสูงของการผลิตไฟฟ้าด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล ข้อจำกัดของระบบเก็บพลังงานแบบแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม และความขาดแคลนของทรัพยากรน้ำจืด โซลูชันนี้สามารถสร้างความสอดคล้องและอิสระใน "การจ่ายไฟ - การเก็บพลังงาน - การจ่ายน้ำ" มอบทางเลือกเทคโนโลยีที่เชื่อถือได้ เศรษฐกิจ และสีเขียวสำหรับการพัฒนาอย่างยั่งยืนของเกาะ

I. สาขาเทคนิคและความท้าทายในพื้นหลัง

1. สาขาเทคนิค

โซลูชันนี้เป็นเทคโนโลยีที่ครอบคลุมหลายสาขาวิชา ครอบคลุมดังนี้:

• การผลิตพลังงานทดแทน: พลังงานลมและการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์
• การเก็บพลังงานทางกายภาพขนาดใหญ่: เทคโนโลยีการเก็บพลังงานด้วยน้ำพุ
• การใช้ทรัพยากรน้ำอย่างครอบคลุม: เทคโนโลยีการกรองน้ำทะเลให้เป็นน้ำจืดด้วยการย้อนกลับ
• การควบคุมอัจฉริยะที่มีประสิทธิภาพ: การควบคุมและจัดการพลังงานที่ทำงานร่วมกันหลายประเภท
1. ความท้าทายในพื้นหลัง
• ภาวะวิกฤติในการจ่ายพลังงาน: เกาะไกล ๆ อยู่ห่างจากสายไฟบนแผ่นดินใหญ่และมักพึ่งพาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลที่มีค่าใช้จ่ายสูง การเปลี่ยนแปลงของราคาน้ำมันในตลาดโลกและความยากลำบากในการขนส่งเชื้อเพลิงทำให้ราคาไฟฟ้าสูงและไม่เสถียร ซึ่งจำกัดการพัฒนาเศรษฐกิจและคุณภาพชีวิตของประชาชน
• ข้อจำกัดของระบบเก็บพลังงานแบบดั้งเดิม: ระบบพลังงานลม-แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมพึ่งพาการเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่เท่านั้น ซึ่งเผชิญกับข้อจำกัดสี่ประการ: อายุการใช้งานสั้น (ต้องเปลี่ยนใหม่บ่อย) ค่าใช้จ่ายสูง ความเสี่ยงในการปนเปื้อนสิ่งแวดล้อม และความจุในการเก็บพลังงานที่จำกัด ข้อจำกัดเหล่านี้ทำให้ยากที่จะสนับสนุนความต้องการพลังงานที่ใหญ่และมั่นคงระยะยาวของเกาะ
• ความขัดแย้งในการต้องการทรัพยากร: เกาะมีทรัพยากรน้ำจืดที่ขาดแคลน การจ่ายน้ำประจำวันพึ่งพาการขนส่งจากภายนอกหรือเครื่องกรองน้ำทะเลขนาดเล็กที่ใช้พลังงานสูง ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงมาก ระบบการผลิตไฟฟ้าและสถานีผลิตน้ำจืดทำงานแยกกัน ไม่สามารถใช้พลังงานและทรัพยากรอย่างสอดคล้องกันได้

II. โซลูชันเทคนิคหลักและการประกอบระบบ

ระบบประกอบด้วยโมดูลหลักสามโมดูล ที่ทำงานร่วมกันผ่านคอนโทรลเลอร์อัจฉริยะ

III. หลักการการทำงานของระบบ (กระบวนการหลักสามประการ)

1. การกระจายและควบคุมพลังงานอัจฉริยะ (ควบคุมโดยคอนโทรลเลอร์)

แกนหลักของระบบคือคอนโทรลเลอร์อัจฉริยะ ซึ่งเปรียบเทียบระหว่าง "พลังงานที่ผลิตจากลมและแสงอาทิตย์รวม" กับ "ความต้องการโหลดรวม (การใช้งานของประชาชน + การใช้งานของหน่วยกรองน้ำทะเล)" อย่างต่อเนื่อง:

• สถานการณ์ 1: การผลิต ≥ ความต้องการโหลด
• ให้ความสำคัญกับการชาร์จแบตเตอรี่ขนาดเล็กเพื่อเติมพลังงาน
• เมื่อแบตเตอรี่เต็มแล้ว หน่วยเก็บพลังงานด้วยน้ำพุจะทำงานในโหมดพัมป์โดยอัตโนมัติ แปลงพลังงานไฟฟ้าที่เหลือเฟือเป็นพลังงานศักย์
• หากยังมีพลังงานเหลือเฟือ หน่วยกรองน้ำทะเลจะได้รับความสำคัญในการทำงานที่ความจุสูงสุด แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นทรัพยากรน้ำจืดที่มีค่า
• สถานการณ์ 2: การผลิต < ความต้องการโหลด
• หน่วยเก็บพลังงานด้วยน้ำพุจะทำงานในโหมดเทอร์ไบน์โดยอัตโนมัติ เพื่อผลิตไฟฟ้าด้วยน้ำพุ
• ในขณะเดียวกัน แบตเตอรี่จะปล่อยพลังงานเพื่อรับมือกับโหลดสูงสุดทันที ทำงานร่วมกันเพื่อชดเชยความขาดแคลนการผลิตและรับประกันการจ่ายไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง
1. กระบวนการการทำงานของหน่วยเก็บพลังงานด้วยน้ำพุ
• ระยะการเก็บพลังงาน (โหลดต่ำ / การผลิตพลังงานทดแทนสูง): ใช้พลังงานลม/แสงอาทิตย์ที่เหลือเฟือหรือมีค่าใช้จ่ายต่ำในการสูบน้ำทะเลจากอ่างเก็บน้ำล่าง (เช่น ระดับน้ำทะเล) ขึ้นไปยังอ่างเก็บน้ำบนที่สูงขึ้น ทำให้เกิดการเก็บพลังงานในปริมาณใหญ่ ระยะเวลายาวนาน และไม่มีการสูญเสียพลังงาน
• ระยะการปล่อยพลังงาน (โหลดสูงสุด / ไม่มีลมหรือแสงแดด): ใช้ความแตกต่างของระดับน้ำเพื่อปล่อยน้ำ ซึ่งไหลลงมาหมุนพัมป์-เทอร์ไบน์แบบย้อนกลับและผลิตไฟฟ้า กระบวนการนี้เริ่มต้นอย่างรวดเร็วและตอบสนองอย่างรวดเร็ว ช่วยลดความสุ่มสี่สุ่มห้าและการไม่ต่อเนื่องของการผลิตพลังงานทดแทน
2. กระบวนการการทำงานร่วมกันของหน่วยกรองน้ำทะเล

น้ำทะเลถูกนำเข้าและผ่านตัวกรองสารหลายชนิด (เพื่อลบอนุภาคขนาดใหญ่) และตัวกรองคาร์ทริดจ์ (กรองละเอียด) ตามลำดับ จากนั้นถูกส่งผ่านพัมป์แรงดันสูงและส่งไปยังโมดูลเมมเบรนย้อนกลับเพื่อผลิตน้ำจืด ซึ่งเก็บไว้ในถังเก็บน้ำผลิต กระบวนการทั้งหมดนี้ขับเคลื่อนโดยระบบไฟฟ้า ทำหน้าที่เป็นโหลดที่สามารถหยุดได้ ปรับได้ และมีคุณภาพสูง ทำให้สามารถปฏิบัติตามแนวคิดการ "ผลิตน้ำด้วยไฟฟ้า และใช้การผลิตน้ำเป็นการเก็บพลังงานแบบแฝง" ได้อย่างสมบูรณ์

IV. ประโยชน์ของโซลูชัน

• การใช้ทรัพยากรอย่างสูงสุด: ใช้ทรัพยากรลมและแสงอาทิตย์ที่อุดมสมบูรณ์ของเกาะอย่างเต็มที่ แทนที่หรือลดความพึ่งพาการนำเข้าน้ำมันดีเซลอย่างมาก ลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานที่ต้นทาง และบรรลุการอิสระด้านพลังงาน
• การปรับปรุงโซลูชันการเก็บพลังงานอย่างปฏิวัติ: โมเดลการเก็บพลังงานแบบผสม "การเก็บพลังงานด้วยน้ำพุเป็นหลัก + แบตเตอรี่ขนาดเล็กเป็นเสริม" สามารถแก้ไขข้อเสียสี่ประการของแบตเตอรี่แบบดั้งเดิมได้อย่างมีประสิทธิภาพ มอบข้อได้เปรียบอย่างสูง: ความจุในการเก็บพลังงานขนาดใหญ่ อายุการใช้งานยาวนาน (หลายทศวรรษ) มิตรต่อสิ่งแวดล้อม และค่าใช้จ่ายรวมต่ำ
• การเพิ่มความเสถียรและเชื่อถือได้ของระบบจ่ายไฟอย่างมาก: การเก็บพลังงานด้วยน้ำพุสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของโหลดอย่างรวดเร็ว ให้ความสามารถในการลดยอดสูงสุดและควบคุมความถี่ที่แข็งแกร่ง ร่วมกับแบตเตอรี่ที่จัดการความผันผวนทันที ทำให้ระบบไฟฟ้าของเกาะมีความเสถียรและคุณภาพไฟฟ้าที่เทียบเท่ากับระบบไฟฟ้าแบบดั้งเดิม
• การตอบสนองความต้องการหลายอย่างอย่างสอดคล้องกัน ทำให้ได้ประโยชน์หลายอย่างพร้อมกัน: ผสานการกรองน้ำทะเลเป็นโหลดของระบบอย่างสร้างสรรค์ แก้ปัญหาการขาดแคลน "ไฟฟ้า" และ "น้ำจืด" บนเกาะอย่างสอดคล้องกัน บรรลุการบูรณาการสูงใน "การผลิตไฟฟ้า - การเก็บพลังงาน - การผลิตน้ำจืด" ทำให้ได้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก
• ข้อได้เปรียบด้านสิ่งแวดล้อมและการพัฒนาที่ยั่งยืน: กระบวนการทั้งหมดขับเคลื่อนด้วยพลังงานทดแทน ไม่มีการปล่อยคาร์บอนเลย ลดการใช้และปนเปื้อนของแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดอย่างมาก มอบทางเลือกการพัฒนาที่ยั่งยืนและสีเขียวสำหรับชุมชนบนเกาะ ให้ประโยชน์ทางระบบนิเวศอย่างมาก