CN102092819A - 管理海水淡化系统的方法、装置和海水淡化系统 - Google Patents

管理海水淡化系统的方法、装置和海水淡化系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于管理海水淡化系统的方法，根据风速和持续时间计算风电产量，如果所述风电产量低于设定值，则在所述风电之外，向电网请求预留一定量的电量，当所述风电产量不低于设定值时，使用所述风电作为海水淡化系统的能源。

Description

管理海水淡化系统的方法、装置和海水淡化系统
技术领域
本发明涉及海水淡化技术，尤其涉及用于管理海水淡化系统的方法、装置和包含该装置的海水淡化系统以及储能稳压装置。
背景技术
海水淡化是解决水资源短缺的重要途径，愈来愈得到人们的高度重视，伴随海水淡化技术的发展和社会需求量的加大，海水淡化工厂的淡化规模不断扩大，其规模从最初的日产几百立方米，发展到现在的日产几十万立方米。
在海水淡化规模不断扩大的同时，海水淡化的成本也在逐渐降低。海水淡化的成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本，国内外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起，采取海水淡化工程和电力联产联供的建设模式来降低成本。在我国如要在海边专门为海水淡化而新建火电厂，不但会消耗掉大量燃料，又会造成新的环境污染，排放大量的二氧化碳、氮化物和硫化物等等，也不利于降低淡化水的成本，如用现有的市电电网供电，成本难以下降，又会因其耗电量大，使市电电网再背上沉重的负担，而沿海附近风力资源通常比较丰富，所以利用风电来解决海水淡化所需的能源问题不失为一种好办法。
但是由于风力的不确定性等造成风电并不稳定，风电场的产电很大程度上取决于风力状况，但是海水淡化系统需要不中断的运行，电力中断会对海水淡化系统中的电力设备(例如高压泵)带来不利的影响。
这种不稳定性也影响了风电的存储和利用。主要的发展中国家(比如中国)，由于电网系统薄弱，还不能适应风力发电的发展，风力发电还不能有效地融合进电网，往往会浪费大量的能源和投资。而且，风电往往不能得到很好的储存，如果不能及时地得以利用，便会造成浪费。当风电场向电网提供电时，需要投入大量的附属设备，比如高压变频设备和电力传输设备等等。
发明内容
本发明旨在提供一种可以利用风电作为海水淡化系统能源的方案。
为实现上述目的，本发明提出了一种用于管理海水淡化系统的方法，其特征在于，根据风速和持续时间计算风电产量，如果所述风电产量低于设定值，则在所述风电之外，向电网请求预留一定量的电量，当所述风电产量不低于设定值时，使用所述风电作为海水淡化系统的能源。
优选地，如果所述风电产量低于设定值，则向电网请求分配一定量的电量，所述请求分配的电量不小于风电产量与所述设定值的差值的绝对值。
优选地，如果所述风电产量降低时，储能稳压装置释放储能。
优选地，如果所述风电产量风电产量降低达到第一阈值时，则向电网取电。
优选地，在取电前判断当前电网状态，如果状态好，则向电网取电，否则限制海水淡化系统出力。
优选地，如果所述风电产量风电产量降低达到第二阈值时，则限制海水淡化系统出力，并向电网取电。
本发明还提供了一种能源管理装置，包括预测模块，所述预测模块包括输入单元、计算单元、比较单元、处理单元，
其中，输入单元用于输入风速和持续时间，计算单元用于根据输入单元所输入的参数计算风电的产量；
比较单元，用于将计算单元所算得的产量与设定值进行比较；
处理单元，根据所述比较单元比较的结果进行处理，当比较结果显示风电产量低于设定值时，向电网请求预留一定量的电量。
优选地，还包括监测模块，用于监测风电装置和/或海水淡化系统和/或电网状态。
优选地，还包括取电模块，用于根据所述监测模块收集到的风电产量数据，在风电产量降低达到第一阈值时，向电网取电。
优选地，还根据所述监测模块的电网检测数据判断是否需要限制海水淡化系统出力。
优选地，还包括控制模块，用于当所述风电产量在预定时间内的降低值达到第二阈值时，输出控制信息，命令海水淡化系统中的电力设备降低输出功率
本发明还提供了一种海水淡化系统，包括如前任意一项所述的装置。
本发明还提供了一种储能稳压装置，应用在如前所述的海水淡化系统中，包括活塞和高压容器，所述高压容器内装有空气或者弹簧组，所述活塞位于高压容器腔体内，可以沿高压容器腔体运动压缩所述空气或者弹簧组，所述活塞与所述海水淡化系统中的反渗透单元进水母管相连，在风电充裕的状况下，进水母管中的水压驱动活塞运动，挤压高压容器中的气体或弹簧组，将能量存储于高压容器内；当风电衰减时，所述活塞在高压容器中的气体或弹簧组的推动下反向运动，为所述反渗透单元提供能量。
这样一来，海水淡化系统可以从风电场直接获取风电作为其能源来源之一，由于风电的环保性，可以有效地降低温室效应气体的排放，也会降低对海水淡化系统煤电的需求。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1是利用风电的海水淡化系统示意图；
图2是风电场与海水淡化系统的接线示意图；
图3是本发明提供的用于管理海水淡化系统的方法实施例的流程示意图；
图4是本发明提供的能源管理装置实施例的结构示意图；
图5是本发明提供的一种储能稳压装置在系统中的示意图；
图6是本发明提供的另一种储能稳压装置在系统中的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本发明公开了一种利用风电、电网电以及能量存储稳压装置为海水淡化厂之类的海水淡化系统联合提供能源的方法，借助于其中的能量存储稳压装置、能源管理装置以及与其配套的电路解决方案，可以在风电装置满负荷发电的状态下，完全使用其产生的风电驱动海水淡化系统运行，并存储剩余能源于能量存储稳压装置中。在风电发电衰减的过程中，使用风电、电网电以及能量存储稳压装置中的能源联合为海水淡化系统提供能源。在此可以将该系统称之为混合式能源供给系统，在混合式能源供给系统为海水淡化系统提供能源的过程中，能源管理装置参与实时检测、控制、运算以及用电计划的安排。
该海水淡化系统的总能源来自风电、电网电和能量存储稳压装置这三种能源的总和，而三种能源的配比可以根据当时的能源状态相互补充。
储能稳压装置，该装置包括活塞和高压气体储罐(或弹簧组)。活塞与海水淡化系统中的海水反渗透系统的反渗透进水母管相连，在风电充裕的状况下，进水母管中的水压将高于正常反渗透进水水压，进水母管中的水压将驱动活塞运动，挤压高压容器中的气体(或弹簧组)，将能量存储于气体储罐中。当风电衰减时，高压泵出力随之降低，导致进水母管中水压降低，此时，与进水母管相连的活塞将在储罐中高压气体的推动下反向运动，以此为海水淡化系统中的反渗透系统提供能量，确保反渗透系统不间断稳定运行。储能稳压装置的作用包含了储存剩余风能的作用，也起到了稳定反渗透进水压力的作用(进水母管中压力的大范围或迅速的变化将造成对高压水泵、反渗透膜以及能量回收装置的破坏)。
本发明还公开一种能源管理装置，该装置包含监测仪表、控制器以及能源管理程序等等。功能包括：
1)预测：能源管理装置可以根据据前一日的气象预报或者历史天气统计数据计算出下一日的风电产量，结合海水淡化系统的耗电量，以此推算出下一日需从电网取电的电量，并形成文件，报备电网管理部门。
2)实时监测：该装置可对风电装置发电量、海水淡化系统的产水量、电网状态进行实时检测，收集运行数据。
3)协助向电网取电：根据实时监测结果判断海水淡化系统供电系统何时向电网取电。
4)控制：该装置将控制从电网取电的电量。当风电迅速衰减时，从电网快速且大量的取电会造成对电网的冲击，当上述情况发生时，该装置发出指令，限制用电设备的出力，实现从电网平稳取电的过程。
当风电装置发电量骤减时，可以对海水淡化系统进行控制，是否需要限制用电设备的出力。因为骤减的风电不能产生足以维持反渗透系统正常工作的压力，同时如果此时向电网取电，则会对电网造成很大的负担，如果限制海水淡化系统的出力，减低海水处理量，便可以以较为平缓的趋势向电网取电。
由于电网电在不同时段的价格可能不一样，根据电网电的价格、风电价格可以计算出海水淡化系统的合理处理量，比如，根据时段计算出风电和电网电的用量，取得一个最佳投入产出比的结果。
另外，如果电网状态不好，比如处在用电高峰期，此时向电网取电会对电网造成比较大的影响，如果风电产量在此时减低，若储能稳压装置能量耗尽仍未能恢复正常供电，此时便需要限制海水淡化系统的出力。
本发明提供了一种用于管理海水淡化系统的方法，根据风速和持续时间计算风电产量，如果所述风电产量低于设定值，则在所述风电之外，向电网请求预留一定量的电量，当所述风电产量不低于预定值时，使用所述风电作为海水淡化系统的能源。
当所述风电产量在预定时间内不能满足海水淡化系统的反渗透工作，调用储能稳压装置进行能量补充。
但是储能稳压装置的储能有限，如果储能稳压装置中无能量保存而风电产量未恢复，或者，风电产量继续衰减达到阈值时，则需要从电网引入一定量的电力供海水淡化系统使用。
如图1所示，当海水经海水泵301提升后，会经过两次砂滤(或超滤处理)处理(302A，302B)，在砂滤(或超滤)处理时，需要使用大量压缩气体进行反冲洗，经过砂滤处理后的海水会由泵303送入保安过滤器304进行处理，出水进入反渗透高压泵305(RO高压泵)送入海水反渗透系统306(SWRO)进行进脱盐处理，处理后得到的淡水贮存在存储罐(或水池)307中。
在处理的过程中，无论是海水泵301、送水入保安过滤器的泵303还是RO高压泵304都需要大量的电力进行驱动，如果如图2所示使用风电场500产出的风电，则可以减少大量外部不可再生能源的使用。
如图3所示，示出了如何在海水淡化系统中使用风电作为能源来源之一的流程图。获得风速和持续时间(S101)，再利用以下公式来计算风电产量(S102)：
其中，P为日均风电产量；
      V风速为风速；
V标准为设计风速；
P标准为设计风速V标准下的额定输出功率；
t为风速V风速的持续时间。
将风电产量与海水淡化系统的耗电量进行比较便可以得知风电是否可以满足海水淡化系统所需(S103)，如果风电产量可以满足，则可以使用风电作为海水淡化系统的全部能源，并利用剩余电量(如果有)进行蓄能，如果风电产量不能满足海水淡化系统的全部所需，则向电网请求预留一定电量(S104)。
如果风电产量短时间内不能满足反渗透工作，将利用储能稳压装置中的能量进行能量补充(S105)，如果储能稳压装置中无能量保存，或者，风电产量继续衰减达到第一阈值(比如预定时间内的风电产量减少值达到预先设定的第一阈值)时，如果现在的电网状态好，则需要从电网引入一定量的电力供海水淡化系统使用(S106)，如果电网状态不好，则需要限制海水淡化系统的出力(S107)。如果风电产量继续衰减达到第二阈值时，如果从电网取电会对电网造成冲击，则限制海水淡化系统的出力(S107)后再决定去电网取电。
在实际使用中，由于风速和持续时间都可以根据天气预报或者历史统计数据等获得，利用风速与持续时间可以计算出未来尤其是下一日的风电产量。
以20万吨/日海水淡化为例，为确保风场满负荷发电时海水淡化可正常运行，需要额定输出功率2.3MW的风机17台(如图2所示)，为了说明方便，此处以一台设计风速为7米/秒的100瓦风力发电机为例说明，比如，根据从天气预报或者历史统计数据中得到的数据，次日4米/秒的风大约有15小时，那么，计算其日均发电量为：
100×(4/7)3×15＝279.75(瓦)
而海水淡化系统每日所需电量基本恒定，只需将计算所得的风电发电量与海水淡化系统用电量进行比较，便可以得知是否需要风电之外的能源输入。
如果海水淡化系统次日所需要的用电量为270瓦的话，小于计算所得的279.75瓦，那么，风电场所提供的风电便可以满足海水淡化系统的用电量，且有9.75瓦的电量剩余，海水淡化系统完全可以利用风电作为海水淡化系统的能源，当然可以少量的向电网提前申请电网电，以作补充。如果经推测，下一日的风力发电量为250.75瓦，那么，风电场所提供的风电便不足以满足海水淡化系统的用电量，能源管理装置200会自动地向电网发出请求，请求给海水淡化系统预留较多的电量。
能源管理装置200还可以实时地对海水淡化系统的用电情况和风电场的风电输出进行监控，如果风电输出不稳定(比如输出电量在规定时间内降低值达到预定值)，此时如果从电网取电会对电网造成冲击，则可以命令海水淡化系统中的用电设备(比如高压泵等)减小其输出功率，并同时请求从电网分配电量给海水淡化系统，从而将对电网造成的冲击减小至最低。
这样一来，海水淡化系统可以从风电场直接获取风电作为其能源来源之一，由于风电的环保性，可以有效地降低温室效应气体的排放，也会降低对海水淡化系统煤电的需求。
另外，本发明还公开一种能源管理装置，功能包括：1)预测：能源管理装置可以根据据前一日的气象预报或者历史天气统计数据计算出下一日的风电产量，以此推算出下一日需从电网取电的电量，并形成文件，报备电网管理部门。2)实时监测：该装置可对风电装置、海水淡化装置、电网状态进行实时检测，收集运行数据。3)协助向电网取电：根据多方的检测结果判断海水淡化系统供电系统何时向电网取电。4)控制：该装置将控制从电网取电的电量，当风电迅速衰减时，从电网快速且大量的取电会造成对电网的冲击，当上述情况发生时，该装置发出指令，限制用电设备的出力，实现从电网平稳取电的过程。
该能源管理装置包括预测模块、监测模块、取电模块和控制模块，其中，预测模块用于根据输入的风速和持续时间等参数计算风电产量，并与海水淡化系统耗电量进行比较，预测次日需从电网取电的电量，所述电量至少为风电产量与海水淡化系统耗电量的差值的绝对值，并将该取电的电量发送给电网；监测模块用于监测风电装置、海水淡化系统和电网状态，收集各自的运行数据，比如风电装置的产电量和海水淡化系统的出水量；取电模块用于根据所述监测模块收集到的电量数据，当风电装置的风电产量降低时，调用所述储能稳压装置中保存的能量，当风电装置的风电产量降低达到第一阈值时向电网取电；控制模块用于根据监测模块的监测结果，在风电产量衰减达到第二阈值或者电网状态不好时，限制海水淡化系统的用电设备的出力或者出水量。
具体地，预测模块包括输入单元、计算单元和比较单元，输入单元用于输入风速和持续时间等参数，计算单元用于根据输入单元所输入的参数计算风电产量P风电，比较单元用于将所述计算单元算得的风电产量P风电与海水淡化系统的用电量P耗电进行比较，还可以包括处理单元，用于根据所述比较单元的比较结果进行不同的处理，当比较结果显示风电产量P风电大于海水淡化系统的用电量P耗电时，使用风电作为海水淡化系统的能源，当比较结果显示风电产量P预定不大于海水淡化系统的用电量P耗电时，向电网提前请求分配一定数量的电量，该数量可以不低于二者的差值绝对值|P耗电-P风电|，当然，如果比较结果显示风电产量与海水淡化系统用电量的差值的绝对值|P耗电-P风电|不大于一预定值P预定时，还可以向电网提前请求分配一定数量的电量以备不时之需，该数量可以不低于预定值P预定。
所述监测模块包括电网监测单元、风电产量监测单元，所述电网监测单元用于监测电网的状态，比如是否为用电高峰期等等，风电产量监测单元则用来监测风电的产量。
当所述风电监测单元显示风电产量降低时，调用所述储能稳压装置中保存的能量，当风电装置的风电产量降低达到第一阈值时向电网取电，当风电产量降低达到第二阈值时限制海水淡化系统的出力。
这样的管理海水淡化系统的装置可以整合在海水淡化系统中，尤其是当使用风电来作为海水淡化系统的能源之一时，可以用来对海水淡化系统的用电情况进行管理，克服了风电不稳定的不利影响，有利于海水淡化系统的正常无中断的运行。
本发明还公开了一种储能稳压装置400，该装置包括活塞和高压气体储罐(或弹簧组)。活塞与反渗透进水母管相连，在风电充裕的状况下，进水母管中的水压将高于正常反渗透进水水压，进水母管中的水压将驱动活塞运动，挤压高压容器中的气体(或弹簧组)，将能量存储于气体储罐(或弹簧组)中。当风电衰减时，高压泵出力随之降低，导致供水母管中水压降低，此时，与供水母管相连的活塞将在储罐中高压气体(或弹簧组)的推动下反向运动，以此为反渗透单元提供能量，确保反渗透装置不间断稳定运行。储能稳压装置的作用包含了储存剩余风能的作用，也起到了稳定反渗透进水压力的作用(进水母管中压力的大范围或迅速的变化将造成对高压水泵、反渗透膜以及能量回收装置的破坏)。
这样的一种储能稳压装置，应用在如前文所述的海水淡化系统中，包括活塞和高压容器，所述高压容器内装有空气或者弹簧组，所述活塞位于高压容器腔体内，可以沿高压容器腔体运动，所述活塞与所述海水淡化系统中的反渗透单元进水母管相连，在风电充裕的状况下，进水母管中的水压驱动活塞运动，挤压高压容器中的气体或弹簧组，将能量存储于高压容器内；当风电衰减时，与所述活塞在高压容器中的高压气体或压缩弹簧组的推动下反向运动，为所述反渗透单元提供能量。
如图5和图6所示，在实际使用中，可以在海水淡化系统中设置数个储能装置400，装置200或者其他控制装置可以有选择性地使用其中的某个或者某些储能装置。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (13)

1.一种用于管理海水淡化系统的方法，其特征在于，根据风速和持续时间计算风电产量，如果所述风电产量低于设定值，则在所述风电之外，向电网请求预留一定量的电量，当所述风电产量不低于设定值时，使用所述风电作为海水淡化系统的能源。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述风电产量低于设定值，则向电网请求分配一定量的电量，所述请求分配的电量不小于风电产量与所述设定值的差值的绝对值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述风电产量降低时，储能稳压装置释放储能。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述风电产量风电产量降低达到第一阈值时，则向电网取电。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在取电前判断当前电网状态，如果状态好，则向电网取电，否则限制海水淡化系统出力。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述风电产量风电产量降低达到第二阈值时，则限制海水淡化系统出力，并向电网取电。
7.一种能源管理装置，其特征在于，包括预测模块，所述预测模块包括输入单元、计算单元、比较单元、处理单元，
其中，输入单元用于输入风速和持续时间，计算单元用于根据输入单元所输入的参数计算风电的产量；
比较单元，用于将计算单元所算得的产量与设定值进行比较；
处理单元，根据所述比较单元比较的结果进行处理，当比较结果显示风电产量低于设定值时，向电网请求预留一定量的电量。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括监测模块，用于监测风电装置和/或海水淡化系统和/或电网状态。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括取电模块，用于根据所述监测模块收集到的风电产量数据，在风电产量降低达到第一阈值时，向电网取电。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还根据所述监测模块的电网检测数据判断是否需要限制海水淡化系统出力。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括控制模块，用于当所述风电产量在预定时间内的降低值达到第二阈值时，输出控制信息，命令海水淡化系统中的电力设备降低输出功率
12.一种海水淡化系统，其特征在于，包括如权利要求7至11任意一项所述的装置。
13.一种储能稳压装置，其特征在于，应用在如权利要求12所述的海水淡化系统中，包括活塞和高压容器，所述高压容器内装有空气或者弹簧组，所述活塞位于高压容器腔体内，可以沿高压容器腔体运动压缩所述空气或者弹簧组，所述活塞与所述海水淡化系统中的反渗透单元进水母管相连，在风电充裕的状况下，进水母管中的水压驱动活塞运动，挤压高压容器中的气体或弹簧组，将能量存储于高压容器内；当风电衰减时，所述活塞在高压容器中的气体或弹簧组的推动下反向运动，为所述反渗透单元提供能量。
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