小型海島風能抽水蓄能海水淡化裝置的制作方法

本發明涉及小型海島風能抽水蓄能海水淡化裝置，屬于風力發電技術、海水抽水蓄能技術、海水淡化技術、智能控制技術領域。

背景技術：

我國有很多偏離大陸的小型海島（面積在500m2～5km2，約占全國海島總數的98%），電網很難到達，大部分地區采用柴油機發電，隨著石油的短缺和油價的上漲，發電成本飛速上漲，電能的緊缺接制約了小型海島的經濟開發和居民的日常生活。有些島嶼甚至逐漸被荒廢，大部分小型海島都面臨這種電力短缺及吃水困難等問題。而海島地區風能資源豐富，為解決偏遠地區用電提供了良好的先天條件。針對這些情況，現在的海島多采用風能進行供電。

將海水淡化與可再生能源系統結合，能夠有效解決島上的用能、用水問題，且海水淡化具有很好的適應性和可調度性，能夠解決負荷與出力的匹配問題。海水淡化具有可變負荷、可調節、高耗能的特點。與可再生能源結合，當出力大的時候，多產水；出力小的時候，少產水。能夠一定程度上適應可再生能源的出力波動，在系統的能量平衡方面承擔重要的角色。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種風能、海水能互補發電用于小型海島風能抽水蓄能的海水淡化裝置。

為達到上述目的，本發明提供小型海島風能抽水蓄能海水淡化裝置，包括供電裝置和反滲透海水淡化裝置，所述反滲透海水淡化裝置包括取水系統、預處理模塊、反滲透脫鹽模塊和后處理模塊，所述取水系統連通所述預處理模塊，所述預處理模塊連通所述反滲透脫鹽模塊，所述后處理模塊安裝在所述反滲透脫鹽模塊上。所述供電裝置電連接所述取水系統、所述預處理模塊、反滲透脫鹽模塊和后處理模塊。

優先地，所述取水系統包括取水管、取水泵和取水箱，所述取水泵安置在所述取水管上，所述取水管的一端連通所述低位蓄水池，所述取水管的另一端連通所述取水箱，所述取水箱連通所述預處理模塊。

優先地，所述預處理模塊包括抽水管、給水泵、多介質過濾器和保安過濾器，所述取水箱通過所述抽水管連通所述多介質過濾器，所述給水泵安裝在所述抽水管上，所述多介質過濾器連通所述保安過濾器，所述保安過濾器連通所述反滲透脫鹽模塊。

優先地，所述反滲透脫鹽模塊包括進水管、高壓泵、反滲透膜組件和產水水箱，所述保安過濾器通過所述進水管連通所述反滲透膜組件,所述高壓泵安裝在所述進水管上，所述反滲透膜組件連通所述產水水箱。

優先地，所述后處理模塊包括能量回收裝置，所述能量回收裝置為px-45s正位移式壓力交換器，所述保安過濾器出水口、所述反滲透膜組件出水口分別連通所述能量回收裝置進水口，所述能量回收裝置出水口連通所述反滲透膜組件進水口。

優先地，所述反滲透膜組件采用八個陶氏海水膜元件分裝在四個壓力膜殼內，四個壓力膜殼依次從上向下疊加排列，所述高壓泵連通四個所述壓力膜殼的左端，四個所述壓力膜殼的右端連通所述產水水箱。

優先地，所述陶氏海水膜元件為sw30hrle-400型號；所述壓力膜殼采用r8040c100s-4w,1000psi,4芯。

優先地，所述多介質過濾器型號為hky-dzl08；所述保安過濾器為袋式過濾器。

優先地，所述供電裝置包括支架、風力發電機和蓄電池，還包括閥門、逆變器、控制器、高位蓄水池、低位蓄水池、可逆式水泵水輪機組，所述支架固定設置在所述高位蓄水池上，所述風力發電機固定設置在所述支架上，所述風力發電機電連接所述逆變器，所述逆變器電連接所述控制器，所述高位蓄水池開設在高于所述低位蓄水池的地方，所述高位蓄水池開設連通所述低位蓄水池的通道，所述通道上安裝所述閥門，所述可逆式水泵水輪機組安裝在所述通道上；所述逆變器、所述可逆式水泵水輪機組、所述蓄電池分別電連接所述控制器，所述高位蓄水池的位置高于所述低位蓄水池100-200米。

優先地，所述可逆式水泵水輪機組包括水泵工況和水輪機工況，所述水泵工況包括水泵、進水管和出水管，所述水泵的進水口通過所述進水管連通所述低位蓄水池，所述水泵的出水口通過所述出水管連通所述高位蓄水池；所述水輪機工況包括水輪機，所述水輪機固定設置在所述通道上。

本發明所達到的有益效果：

本發明裝置針對小型海島上的常規能源匱乏、缺乏電能和淡水等問題，不僅能有效利用當地豐富的風能和海水資源，利用風能海水抽水蓄能電站互補發電與蓄電池結合儲能，供給海水淡化裝置產生淡水。在系統中風能供給負荷有多余電能時，利用可逆式水泵水輪機的水泵工況進行抽水，將低位蓄水池的海水抽到高位蓄水池，將多余的電能變成水能儲存起來；在風能供給負荷電能不足時，利用可逆式水泵水輪機的水輪機工況進行發電，將水能變成電能，連接海水淡化裝置供給負載。既解決當地電能緊缺的問題，也能夠為當地居民提供淡水。本系統穩定、環保，運行成本低。

本發明中抽水蓄能裝置能夠大量儲存電能，利用海水作為低位蓄水池，節約建設成本，且與常規抽水蓄能裝置一樣，可以調峰填谷、機組啟停迅速、運行靈敏可靠，其迅速轉變的特性可彌補風力發電的不穩定性，為系統提供更多的調峰填谷容量和調頻、調相、緊急事故備用電源等，同時具有能量生產可靠和環保等優點；本發明巧妙地將抽水蓄能與風能互補發電系統結合，一方面可以代替蓄電池對整個系統進行儲能，另一方面也提高了整個系統的穩定性；系統中仍配備了蓄電池，用來承擔瞬時峰荷，增加了系統的穩定性；針對海島中缺乏淡水的問題，該系統結合了海水淡化裝置，有效地解決了海島用淡水的問題。

附圖說明

圖1是本發明的剖視圖；

圖2是本發明中反滲透海水淡化裝置的原理框圖；

圖3是本發明中風能、光能和海水抽蓄一體化的示意圖。

圖中，1-支架，2-風力發電機，3-逆變器，4-控制器，5-高位蓄水池，6-可逆式水泵水輪機組，7-低位蓄水池，8-蓄電池，9-負載，10-水泵工況，11-水輪機工況，12-高山，13-取水系統，14-給水泵，15-多介質過濾器，16-保安過濾器，17-高壓泵，18-反滲透膜組件，19-產水水箱，20-能量回收裝置，21-取水箱，22-預處理模塊，23-反滲透脫鹽模塊，24-后處理模塊，25-控制模塊。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

小型海島風能抽水蓄能海水淡化裝置，包括供電裝置和反滲透海水淡化裝置，所述反滲透海水淡化裝置包括取水系統13、預處理模塊22、反滲透脫鹽模塊23和后處理模塊24，所述取水系統13連通所述預處理模塊22，所述預處理模塊22連通所述反滲透脫鹽模塊23，所述后處理模塊24安裝在所述反滲透脫鹽模塊23上。所述供電裝置電連接所述取水系統13、所述預處理模塊22、反滲透脫鹽模塊23和后處理模塊24。

進一步地，所述取水系統13包括取水管、取水泵和取水箱21，所述取水泵安置在所述取水管上，所述取水管的一端連通所述低位蓄水池7，所述取水管的另一端連通所述取水箱21，所述取水箱21連通所述預處理模塊22。

進一步地，所述預處理模塊22包括抽水管、給水泵14、多介質過濾器15和保安過濾器16，所述取水箱21通過所述抽水管連通所述多介質過濾器15，所述給水泵14安裝在所述抽水管上，所述多介質過濾器15連通所述保安過濾器16，所述保安過濾器16連通所述反滲透脫鹽模塊23。

進一步地，所述反滲透脫鹽模塊23包括進水管、高壓泵17、反滲透膜組件18和產水水箱19，所述保安過濾器16通過所述進水管連通所述反滲透膜組件18,所述高壓泵安裝在所述進水管上，所述反滲透膜組件18連通所述產水水箱19。

進一步地，所述后處理模塊24包括能量回收裝置20，所述能量回收裝置20為px-45s正位移式壓力交換器，所述保安過濾器16出水口、所述反滲透膜組件18出水口分別連通所述能量回收裝置20進水口，所述能量回收裝置20出水口連通所述反滲透膜組件18進水口。

所述保安過濾器16的出水管道流出的低壓海水從一端進入所述能量回收裝置20，所述反滲透膜組件18出口的高壓濃鹽水從另一端進入所述能量回收裝置20，壓力能量在所述能量回收裝置20內進行交換后，低壓海水轉變成高壓海水流出到所述高壓泵17與所述反滲透膜組件18之間的進水管中。

進一步地，所述反滲透膜組件18采用八個陶氏海水膜元件分裝在四個壓力膜殼內，四個壓力膜殼依次從上向下疊加排列，所述高壓泵17連通四個所述壓力膜殼的左端，四個所述壓力膜殼的右端連通所述產水水箱19。

進一步地，所述陶氏海水膜元件為sw30hrle-400型號；所述壓力膜殼采用r8040c100s-4w,1000psi,4芯。

進一步地，所述多介質過濾器15型號為hky-dzl08；所述保安過濾器16為袋式過濾器。

進一步地，所述供電裝置包括支架1、風力發電機2和蓄電池8，還包括閥門、逆變器3、控制器5、高位蓄水池5、低位蓄水池7、可逆式水泵水輪機組6，所述支架1固定設置在所述高位蓄水池5上，所述風力發電機2固定設置在所述支架1上，所述風力發電機2電連接所述逆變器3，所述逆變器3電連接所述控制器5，所述高位蓄水池5開設在高于所述低位蓄水池7的地方，所述高位蓄水池5開設連通所述低位蓄水池7的通道，所述通道上安裝所述閥門，所述可逆式水泵水輪機組6安裝在所述通道上；所述逆變器3、所述可逆式水泵水輪機組6、所述蓄電池8分別電連接所述控制器4，所述高位蓄水池5的位置高于所述低位蓄水池7100-200米。

進一步地，所述可逆式水泵水輪機組6包括水泵工況10和水輪機工況11，所述水泵工況10包括水泵、進水管和出水管，所述水泵的進水口通過所述進水管連通所述低位蓄水池7，所述水泵的出水口通過所述出水管連通所述高位蓄水池5；所述水輪機工況11包括水輪機，所述水輪機固定設置在所述通道上。

本發明的工作過程：

在小型海島上距海邊一定距離的高山上建一個蓄水池作為系統的高位蓄水池5，在山頂蓄水池周邊設置風力發電機2，利用海洋作為低位蓄水池7，在高位蓄水池5和低位蓄水池7之間連接通道上設置可逆式水泵水輪機組6，該可逆式水泵水輪機組6具有將所述的低位蓄水池7的水抽取到所述的高位蓄水池5中的水泵工況10以及將所述高位蓄水池的水下流到低位蓄水池7用于發電的水輪機工況11，形成的風能-海水抽蓄一體化的發電系統，流程見附圖3，再通過控制器4連接反滲透海水淡化裝置。

①風力發電部分是利用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經過逆變器對負載供電；

②海水抽水蓄能部分由可逆式水泵水輪機機組、高水位蓄水池、低位蓄水池和通道組成，當運行在水泵工況時可進行抽水，將低位蓄水池的海水抽到高位蓄水池，將電能變成水能蓄起來；運行在水輪機工況時，可利用高低水位海水蓄水池的水位差進行發電，將水能變成電能；在負荷低谷期，可逆式水泵水輪機運行在水泵工況，利用多余的電能將低位蓄水池的水抽到高位蓄水池，將電能變成水能儲存起來；在負荷高峰期，可逆式水泵水輪機運行在水輪機工況，利用高低水位蓄水池的水位差發電，將水能變成電能。

③逆變器把蓄電池中的直流電變成標準的220v交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩壓功能，可改善風光互補發電系統的供電質量；

④控制器4根據風力大小及負載的變化，不斷地對蓄電池8的工作狀態進行切換和調節。首先是把風能轉化而來的電能送給負載，然后多余的風能轉化而來的電能送往蓄電池存儲，蓄電池電量存滿后將剩余的風能轉化而來的電能用于可逆式水泵水輪機組運行抽水工況將電能變成水能儲存起來。發電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，當蓄電池也不能滿足負載時，控制器將可逆式水泵水輪機組的運行工況調整為水輪機工況進行發電供給負載，保證了整個系統工作的連續性和穩定性。⑤蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統中起到能量調節、平衡負載和承擔瞬時負荷的作用。它將風光互補發電系統輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。

本發明采用海水抽水蓄能裝置的四大優勢：一是以海洋作為低位蓄水池，不需要額外建設低位蓄水池，也不依賴淡水資源，節約建設成本和淡水；二是儲能，即將風力發電的多余電能儲存起來；三是調峰，即根據負荷變化情況，調整機組頻率，對系統進行調峰；四是調頻，即依據系統頻率的變化，當系統頻率超出規定的正常范圍時，增大或減小機組的出力，來達到新的平衡，在一定的范圍內將控制系統的頻率變化，從而保證系統的穩定。以海洋作為低位蓄水池能夠充分的利用海水資源；儲能的功能可以充分利用風能資源；調峰和調頻利用了水電機組啟停迅速的特點。

本發明在傳統的風能海水淡化系統的基礎上進行改進，用海水抽水蓄能電站代替部分蓄電池，一方面增加了蓄電能力，另一方面也增加了系統的穩定性；在系統中配置模塊化海水淡化裝置，使系統不僅能滿足小型海島居民用電，而且能夠提供淡水；同時，本發明能夠利用海島豐富的風能和海水資源，不僅節約了化石能源，而且更解決了常規抽水蓄能電站對淡水資源的依賴問題。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。