Інтегроване рішення для гібридної вітрово-сонячної електростанції для віддалених островів

Абстракт

Цей проект запропоновує інноваційне інтегроване енергетичне рішення, яке глибоко поєднує вітрильну енергію, фотоелектричну енергетику, насосно-акумуляторну енергію та технології опреснення морської води. Його метою є системне вирішення ключових проблем, з якими стикаються віддалені острови, включаючи складність покриття мережами, високі витрати на електроенергію, обмеженості традиційних батарей для зберігання енергії та дефіцит прісної води. Рішення досягає синергії та самодостатності у "постачанні електроенергії - зберіганні енергії - постачанні води", надаючи надійний, економічний та екологічний технологічний шлях для сталого розвитку островів.

I. Технічна область та фонові виклики

1. Технічна область

Це рішення є міждисциплінарною, комплексною технологією, головним чином, яка охоплює:

• Відновлюване енергогенерація: Вітрильна та сонячна фотоелектрична енергетика.
• Фізичне зберігання енергії великої масштабності: Насосно-акумуляторна технологія.
• Комплексне використання водних ресурсів: Технологія опреснення морської води методом оберненого осмоту.
• Ефективне інтелектуальне управління: Спільне управління багатьма видами енергії та управління енергією.
1. Фонові виклики
• Проблема постачання енергії: Віддалені острови знаходяться далеко від континентальних мереж і зазвичай спираються на високозатратні дизельні генератори. Під впливом коливань цін на нефть та складностей з транспортування палива це призводить до високих тарифів на електроенергію та незалежного постачання, що сильно обмежує місцевий економічний розвиток та якість життя населення.
• Обмеження традиційного зберігання: Звичайні системи, що поєднують вітер та сонце, спираються лише на аккумулятори, які мають чотири основні ущемлення: короткий термін служби (необхідні часті заміни), висока вартість, потенційні ризики забруднення середовища та обмежена здатність зберігання. Ці обмеження роблять важким підтримку великого масштабу, довготривалого стабільного енергетичного попиту островів.
• Протиріччя попиту на ресурси: Острови страждають від дефіциту прісної води. Щоденне постачання води залежить від зовнішнього транспортування або маломісткі, високовитратні опреснювальні установки, обидва дуже дорогостоячі. Існуючі системи енергогенерації та установки для виробництва прісної води працюють окремо, не досягаючи синергії у використанні енергії та ресурсів.

II. Основне технічне рішення та склад системи

Система складається з трьох ключових модулів, органічно координованих через інтелектуальний контролер.

III. Принципи роботи системи (три ключові процеси)

1. Інтелектуальне розподілення енергії та логіка управління (керовані контролером)

Ядром системи є інтелектуальний контролер, який постійно порівнює "загальну виробництво енергії вітром та сонцем" з "загальним попитом на навантаження (споживання мешканцями + споживання опреснювальною установкою)":

• Сценарій 1: Виробництво ≥ Попит
• Перший пріоритет отримують зарядні аккумулятори малої ємності, щоб поповнити їх заряд.
• Після повного зарядження автоматично активується одиниця насосно-акумуляторної енергії у режимі насосу, перетворюючи зайву електроенергію на потенційну енергію.
• Якщо залишається зайва енергія, опреснювальна установка отримує пріоритет для роботи на повну потужність, перетворюючи електроенергію на цінні прісноводні ресурси.
• Сценарій 2: Виробництво < Попит
• Автоматично активується одиниця насосно-акумуляторної енергії у режимі турбіни для генерації гідроенергії.
• Одночасно, аккумулятори розряджуються, щоб обробити миттєві пікові навантаження, працюючи разом, щоб покрити недостаток виробництва та забезпечити безперервне постачання електроенергії.
1. Процес роботи насосно-акумуляторної енергії
• Фаза зберігання енергії (низьке навантаження / висока відновлювана генерація): Використовується низько- або безкоштовна зайва вітрова/сонячна енергія для насосування морської води з нижнього резервуара (наприклад, рівень моря) до піднятого верхнього резервуара. Це забезпечує великомасштабне, довготривале, безвтратне зберігання енергії.
• Фаза відпуску енергії (пікова навантаження / відсутність вітру або сонця): Використовується різниця висот, щоб випустити воду, яка тече вниз, обертаючи двосторонній насос-турбіну та генеруючи електроенергію. Цей процес швидко запускається та оперативно реагує, ефективно згладжуючи випадковість та інтермітенцію відновлюваної енергії.
2. Синергетичний процес опреснення морської води

Морська вода забирається та послідовно проходить через мультимедійний фільтр (видалення великих часток) та картриджний фільтр (тонке фільтрування). Потім вона нагортається високотисковим насосом та надсилається до оберненоосмотичних мембранив для виробництва прісної води, яка зберігається в резервуарі для продуктивної води. Цілий процес приводиться в дію електроенергією системи. Діючи як переривний, регульований, високоякісний навантажувач, він ідеально реалізує концепцію "виробництва води за допомогою електроенергії, використання виробництва води для неявного зберігання."

IV. Переваги рішення

• Максимальне використання ресурсів: Повністю використовує обігріті вітрові та сонячні ресурси острова, повністю замінюючи або значно зменшуючи залежність від імпортованого дизельного палива, знижуючи витрати на енергію на початку, та досягаючи енергетичної самодостатності.
• Революційна оптимізація рішення зберігання: Гібридна модель зберігання, "Насосно-акумуляторна енергія як основна + аккумулятори малої ємності як допоміжні," фундаментально подолує чотири основні недоліки традиційних батарей. Вона надає абсолютні переваги: велика здатність зберігання, довгий термін служби (десятиліття), екологічність та низьку загальну вартість.
• Значно підвищена стабільність та надійність постачання електроенергії системою: Насосно-акумуляторна енергія може швидко реагувати на зміни навантаження, надаючи сильні функції зрізу піку та регулювання частоти. Разом з аккумуляторами, які обробляють миттєві коливання, вона забезпечує стабільність та якість електроенергії, схожі до традиційних мереж.
• Синергетичне задоволення багатьох потреб, вирішення кількох проблем одночасно: Інноваційно інтегрує опреснення морської води як навантаження системи, одночасно вирішує два ключові виклики для виживання та розвитку "брак електроенергії" та "брак води" на островах. Досягається висока ступінь інтеграції "генерація енергії - зберігання енергії - виробництво прісної води," що дає значні комплексні переваги.
• Видатні екологічні та зелені низькоуглецеві переваги: Весь процес базується на відновлюваних джерелах енергії, що призводить до нульового викиду вуглекислого газу. Значно зменшується використання та забруднення, пов'язані з свинцовими-кислотними батареями. Це надає сталого зеленого шляху розвитку для островних спільнот, забезпечуючи значні екологічні переваги.