[实用新型]独立风电驱动海水淡化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及海水淡化技术领域，特别是一种采用风力发电机组为系统供电的反渗透海水淡化装置。

背景技术

我国沿海地区有着丰富的海水资源，通过海水淡化充分利用海水资源是解决沿海、近海地区淡水资源短缺的主要途径。海水淡化，又称“海水脱盐”，就是从海水中获取淡水的技术。目前实际应用的海水淡化技术主要为蒸馏法和反渗透膜法两大类，蒸馏法海水淡化主要使用热能，反渗透膜法海水淡化主要使用电能。与蒸馏法相比，反渗透膜法淡化海水具有投资小、能耗低、占地少、建设周期短、操作简便、易于操控等优点，自从进入海水淡化技术市场以来，其工程应用一直呈上升趋势。反渗透膜法是采用选择性半透膜装置，当连通器盐水侧对液体压力大于渗透压时，盐水中的水分子将通过半透膜进人淡水侧而溶质仍被半透膜隔离于盐水侧，致使盐水浓度加大，这个过程与自然界正常渗透过程相反，称为反渗透。为使反渗透装置正常运行，盐水侧压力必须高于渗透压，并且压力要相对稳定，一般在4~6MPa范围内，这时膜允许海水中的水分子透过，而将绝大部分盐分子截住，从而得到淡水。

海水淡化是能量密集型产业，由于海水淡化技术主体工艺已经相对成熟，所以降低海水淡化成本的主要途径是将海水淡化和能源供应进行有效结合，实现能源的最优化利用。近年来，新能源尤其是风电的快速发展为海水淡化提供了新的思路，成为海水淡化发展的新的研究领域。

1999年，西班牙开展了独立风电海水淡化研究，并在加纳利群岛进行了现场试验，先后研究了风电独立运行海水淡化的可行性、最适合风电独立运行的海水淡化技术，通过试验证明反渗透技术最适合风电直接海水淡化。最近德国在将风电直接用于海水淡化方面做了一定的研究，结合其自有的风力发电机产品开发出了模块式的反渗透风电海水淡化系统，并在挪威Utsira岛试验性运行。我国中科院广州能源所正在进行风电－柴油－太阳能多种互补的海水淡化试验研究。根据国内外已有的研究成果，风电直接海水淡化在技术上完全可行，而且已有一些小型验证示范工程建成并运行良好。

目前，用于海水淡化的风力发电机组一般为离网型风电机组，功率一般在15 kW 以下。风力发电机通过叶轮将空气流动的动能转化为机械能，再通过发电机将叶轮机械能转化为电能。因为风能的自然特点是风速时常变化、 能量供应不稳定， 具有间歇性和 波动性，这与海水淡化装置对能量稳定供应的要求相矛盾，所以风力发电机输出的变化的交流电，必须经过适当的电能变换装置调节才能供给负载使用。一般情况下，当风速较大时，风力发电机发出的电能除供给负载外，多余的电能则经过蓄电池储存起来；当风速不足时，风力发电机发出的电能较小或不能发出电能，此时由蓄电池内电能给电能变换装置供电，经变换后供给负载；当风力发电机发出的电能远大于用户所需的电能，且在蓄电池电量已被充满的情况下，采用卸荷装置将多余的电能消耗掉。

传统独立风电系统，大多通过整流器将风力发电机发出交流电变换成直流电，再对蓄电池充电，最后再用逆变器将蓄电池的电能变换为交流电，供设备使用。在这个过程中，为了保证供电稳定，系统都配备大量的蓄电池，蓄电池不仅成本高昂、寿命有限、维护困难而且电能在蓄电池充放过程中损耗较大，损耗电能约占风力发电机发电的20%。所以在保证系统稳定的前提下，如何提高风电利用效率是研究独立风电海水淡化技术的关键所在。

实用新型内容

本实用新型提供一种独立风电驱动海水淡化装置，要解决传统海水淡化产业的高耗能问题，并解决现有采用风电能源的海水淡化装置需大量使用蓄电池、电能损耗高、维护困难、成本高的技术问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种独立风电驱动海水淡化装置，包括动力系统、海水淡水系统和控制系统。

所述动力系统包括风力发电机组、风机控制器、并网逆变器、双向逆变器、蓄电池和卸荷装置；由双向逆变器与蓄电池连接构成独立电网，各风力发电机分别经风机控制器和并网逆变器并入该独立电网，卸荷装置与风机控制器连接。

所述海水淡水系统由多支独立膜组件构成，每支独立膜组件主要由供水泵、高压泵和反渗透膜组件构成，各独立膜组件的负载电路相互并联再与动力系统的电力输出端连接。

所述控制系统包括以下部件：

用于监测风力发电机电力输出状态、蓄电池状态、电网状态和海水淡化子系统运行状态的传感器，传感器分别连接于各风力发电机的电力输出端、动力系统的交流母线、蓄电池，以及海水淡化子系统的管路上。

用于对整个装置进行监测、管理和控制的PLC控制器。

用于对海水淡化子系统的各独立膜组件进行就地参数监测和启停机流程控制的分散控制设备。