CN103149916A - 分布式能源小型海水淡化系统控制方法及其使用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式能源小型海水淡化系统控制方法及其使用装置；旨在提供一种使能量供应随时与淡水生产量的稳定运行模式相匹配的方法，确保淡水稳定生产：1）系统启动；2）自动扫描和检测，当没有外接电网或柴油发电装置时，系统自动屏蔽第四种工作模式；3）开始淡化海水生产工作模式；4）系统将优先采用第一种工作模式进行扫描；5）当系统检测到不能满足第一种工作模式的能源工作条件，系统自动切换到第二种工作模式；5）当第二种工作模式的条件不能满足系统将自动进入第四种工作模式；6）当第四种工作模式被屏蔽时，系统将进入第三种工作模式，开始淡水生产；属于海水淡化技术领域。

Description

分布式能源小型海水淡化系统控制方法及其使用装置

技术领域

本发明公开一种海水淡化系统控制方法及其使用装置，具体地说，是一种分布式能源小型海水淡化系统控制方法及其使用装置，属于海水淡化技术领域。

技术背景

海水淡化是世界上沿海与海岛人们生活用水的主要的来源。由于目前海水淡化的一次性投资大、运行成本高，只有达到一定的淡水产量才能降低单位淡水成本。所以当今国际上主流海水淡化系统的都是每天生产淡水量几千至几万立方米以上甚至数十万立方米每天淡水产量的大型和特大型海水淡化系统。但部分岛屿、岛礁面积小、人口少、远离陆地，不能铺设电网，不适合也不需要安装大型的海水淡化装置；其次渔船、军用舰艇等移动式装备和沿海散居居民等环境也不可能安装大型海水淡化系统；现有已经商业化的小型海水淡化装置出水量少、运行成本高，需要柴油发电装置提供电能，由于柴油等传统燃料保障供应困难，这种海水淡化装置也不完全适合于海岛、岛礁等环境使用。也有使用一种或两种能源的海水淡化装置，但由于太阳能、风能、热泵等各种绿色能源的电能、热能受自然环境因素影响比较大，电与热的供应状态并不稳定，为保证淡水生产稳定的同时能量消耗最少，就需要设计良好的控制系统，这是人们一直在考虑的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种使能量供应随时与淡水生产量的稳定运行模式相匹配的方法，确保淡水稳定生产的分布式能源小型海水淡化系统控制方法及其使用设备。

为解决上述技术问题，本发明提供的前一技术方案是这样的：该分布式能源小型海水淡化系统控制方法，其特征在于，依次包括下述步骤：1）系统启动，首先自动扫描各种工作装置，自动检测系统或工作装置是否稳定；2）自动扫描和检测能源供应装置种类、能源供应装置和能源储存系统的工作稳定性；自动检测外接电源或柴油发电装置，当没有外接电源或柴油发电装置时，系统自动屏蔽第四种工作模式；3）手动模式下，系统将等待工作命令，手动启动系统后，系统开始海水淡化生产工作模式；自动模式下，在系统检测完毕后，自动开始淡化海水生产工作模式；4）海水淡化生产开始后，系统将优先采用第一种工作模式进行扫描，检测能源供应系统能否满足淡水产能的要求，当满足要求时，系统开始淡水生产；5）当系统检测到不能满足第一种工作模式的能源工作条件，系统自动切换到第二种工作模式，直至开始淡水生产；5）当第二种工作模式的条件不能满足，第四种工作模式未被屏蔽，系统将自动进入第四种工作模式；6）当第四种工作模式被屏蔽时，系统将进入第三种工作模式，待能源储存量达到要求，系统将自动开始淡水生产。

上述的分布式能源小型海水淡化系统控制方法，所述的第一种模式是标准工作模式，按设计的淡水生产量分配电能与热能的供应，，富余能源主要满足能源储存为主，需要的时候进行实时补充供应的工作模式；作为主供应的能源根据工作地的自然环境设定。

上述的分布式能源小型海水淡化系统控制方法，所述的第二种模式是减产工作模式，当所有自然能源组合后全部用于标准淡水产量生产仍然不能满足能源生产要求，而电能储存也已经馈电到设定值时，系统将自动按照标准淡水产量的80%减少淡水生产量后重新进行能源供应匹配；如果能源供应仍然不能满足要求，则再次减少20%淡水产量后重新匹配能源供应，直至能源供应满足淡水产量要求。

上述的分布式能源小型海水淡化系统控制方法，所述的第三种模式即保护模式，淡水生产量低于设计能力的15%，自然能源供应仍然不能匹配成功，也没有外接电网与柴油发电装置供电时，系统将自动保护，停止淡水生产；此时所有能源装置工作状态全部切换用于满足能源储存，直至储存的能量能够满足淡水产量达到设计能力的50%，系统将自动重新启动淡水生产。

上述的分布式能源小型海水淡化系统控制方法，所述的第四种模式是接电源工作模式，有电网供电或有柴油发电装置的条件下，在第二种工作模式下工作，淡水产量减少到设定值时，系统自动转换到第四种工作模式，自动接通外接电源或启动柴油发电装置，满足淡水生产；此时所有自然能源全部切换用于能源储存；当储存的能源达到满足设计能力的80%淡水产量生产要求时，系统将自动切断外接电网或柴油发电装置，同时启动相应的工作模式；在没有外接电网或柴油发电装置的条件下，系统自动屏蔽第四种工作模式。

本发明提供的后一技术方案是这样的：该分布式能源小型海水淡化系统控制方法使用装置，包括海水淡化器和储热桶，海水淡化器和储热桶之间管路连接，海水淡化器上还管路连接有海水泵，储热桶上管路连接一个工业产生热量机构，海水淡化器和储热桶之间的管路上设有一个热水循环泵；所述的小型海水淡化装置还包括太阳能和风能发电装置，太阳能和风能发电装置连接一个电能储存装置，发电装置通过电能储存装置分别于与海水循环泵、海水泵线路连接，所述的海水淡化器、储热桶、太阳能和风能发电装置均与控制系统线路连接。

上述的利用工业余热的小型海水淡化装置，所述的储热桶内设有换热器，换热器与工业产生热量机构之间管路连接。

上述的利用工业余热的小型海水淡化装置，所述的小型海水淡化装置还包括一组热泵，热泵与储热桶之间管路连接，热泵与控制系统之间线路连接。

上述的利用工业余热的小型海水淡化装置，所述的小型海水淡化装置还包括一个太阳能集热板，太阳能集热板与储热桶之间管路连接，太阳能集热板与控制系统之间线路连接。

进一步的，上述的利用工业余热的小型海水淡化装置，所述的太阳能和风能发电装置由风机和太阳能板组成。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优点：

1、本发明提供的系统控制模式设定了能源供应量与海水淡化产量的匹配关系，并固化成特定的工作模式；设定系统淡水生产的自动工作模式，并实现自动切换；控制系统可以自动检测各种能源供应装置的工作状态是符合设定的生产模式运行条件，并选择一种相匹配的工作模式自动运行；系统可以自动检测各种能源的供应状态，并与淡水生产的工作模式进行自动匹配；能源与淡水产量的匹配关系，已经在设计时编入系统程序；作为各种运行模式下的自动选择方案；

2、本发明提供的控制方法实现了多种能源供应条件下能源供应与淡水生产的有机结合；实现了淡水生产模式根据能源的供应条件自动调整和切换；实现了各种自然能源有机组合，不消耗传统能源而进行淡水生产；实现在100W发电量条件下，每小时淡水产量达到80L-100L，能源消耗量远低于传统海水淡化系统，淡水生产成本低；

3、本发明提供的控制方法在能源供应量过低、电能储存系统严重馈电和/或热能储存不足的情况下，实现淡水生产系统保护，淡水生产停止，能源全部储存；

4、本发明提供的控制方法在自动检测系统是否有外接电网或外接柴油发电装置，设定了外接电源工作模式，使外接电源与自然能源供应有机调配；

5、本发明的海水淡化装置，主要使用工业余热作为热源，辅助以太阳能集热与热泵加热，降低了海水淡化成本，有效利用了废弃能源，变废为宝，有利于环境保护，所生产的淡水完全符合国家饮用水标准；

6、本发明的海水淡化装置控制、热泵、水泵的电源由太阳能和风能发电机联合供电，可以使用或不需要使用外部电源；

7、该海水淡化装置体积小、重量轻、能耗低、方便移动和安装，其适应性好、投资相对较少、运行成本低，具有淡水供应有竞争力的可独立运行、无污染、低能耗，运行安全可靠；主要适用于使用内燃机动力或内燃机发电装置的小型海岛、渔船与军用舰艇等，也可以用于大型海岛、海岸上人口少的地域使用。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；、

图2是多能源供应海水淡化系统控制原理示意图；

图3是该系统运行流程图；

图4是标准工作模式原理图；

图5是减产工作模式原理图；

图6是保护工作模式原理图；

其中：海水淡化器1，淡出水口11，储热桶2，热交换器21，工业生产热量机构3，太阳能和风能发电装置4，风机41，太阳能板42，控制系统5，热泵6，太阳能集热板7，热水循环泵8，海水泵9，余热利用换热器10。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

本发明涉及一种太阳能、风能、工业余热、热泵等分布式能源支持模式的小型海水淡化系统的控制方法，该控制系统由海水淡化装置、热能供应系统、能源供应系统、控制系统等部分组成，其工作原理是；能源供应系统为整个系统提供运行所需电能，热能供应系统为海水淡化系统提供淡化海水所需要的热能，海水淡化装置作为海水淡化的执行装置，控制系统用于电能、热能的智能调配以及整套系统的运行模式与运行状态的控制。系统示意图如图1。

本发明所涉及的综合能源供应海水淡化系统控制方法主要针对太阳能、风能、热泵等各种能源随自然环境条件的影响，实施调整能量供应装置的工作状态，使能量供应随时与淡水生产量的稳定运行模式相匹配，参阅图2；

本发明的能量供应装置的工作状态的调整的依据是淡水产量，所有一种能源供应不能满足当前海水淡化生产量时，系统自动调整工作最稳定的一种能源进行补充，如果两种能源的供应不能满足淡水生产的能源需求，系统将调整第三种或第四种能源同时供应；当所有能源供应都不在最大能源工作状态，系统将根据淡水生产的需求，自动组合两种或多种能源供应的方式，当多种能源仍然不能满足要求淡水生产的要求，则释放储备能源；在有外接电网或柴油发电装置的条件下会接通外接电网供电或启动发电装置，参阅图3。

本发明的控制方法设定了四种系统工作模式：

第一种模式：标准模式。即按设计的淡水生产量，一种能源供应电能、一种能源供应热能，其他能源主要满足能源储存为主，需要的时候进行实时补充供应的工作模式；作为主供应的能源可以根据工作地的自然环境设定，参阅图4。

第二种模式：减产工作模式。即当所有自然能源组合后全部用于标准淡水产量生产仍然不能满足能源生产要求，而所电能储存也已经馈电到设定值、热能储存也降低到设定值时，系统将自动按照标准淡水产量的80%减少淡水生产量后重新进行能源供应匹配；如果能源供应仍然不能满足要求，则再次减少20%淡水产量后重新匹配能源供应，直至能源供应满足淡水产量要求。这种能源供应与淡水产量的匹配关系，已经编入系统控制程序，参阅图5。

第三种模式：保护模式：淡水生产量低于设计能力的15%，自然能源供应仍然不能匹配成功，也没有外接电网与柴油发电装置供电时，系统将自动保护，停止淡水生产；此时所有能源装置工作状态全部切换用于满足能源储存，直至储存的能量能够满足淡水产量达到设计能力的50%，系统将自动重新启动淡水生产，参阅图6。

第四种模式：外接电源工作模式：在有电网供电或有柴油发电装置的条件下，在第二种工作模式下工作，淡水产量减少到某设定值时，系统自动转换到第四种工作模式，自动接通外接电源或启动柴油发电装置，满足淡水生产；此时所有自然能源全部切换用于能源储存；当储存的能源达到满足设计能力的80%淡水产量生产要求时，系统将自动切断外接电源或发点装置，同时启动相应的工作模式。

在没有外接电网或柴油发电装置的条件下，系统自动屏蔽第四种工作模式。

本发明的控制方法工作过程参阅图3所示：

1、系统启动，首先自动扫描各种工作装置，自动检测系统或工作装置是否稳定；

2、自动扫描和检测能源供应装置种类、能源供应装置和能源储存系统的工作稳定性；自动检测外接电网或柴油发电装置，当没有外接电网或柴油发电装置时，系统自动屏蔽第四种工作模式；

3、扫描与系统检测完毕。手动模式下，系统将等待工作命令，手动启动系统后，系统开始海水淡化生产工作模式；自动模式下，在系统检测完毕后，自动开始淡化海水生产工作模式；

4、海水淡化生产开始后，系统将优先采用第一种工作模式—即标准工作模式进行扫描，检测能源供应系统能否满足淡水产能的要求，当满足要求时，系统开始淡水生产；

当系统检测到不能满足第一种工作模式的能源工作条件，系统自动切换到第二种工作模式，直至开始淡水生产；

5、当第二种工作模式的条件不能满足，第四种工作模式未被屏蔽，系统将自动进入第四种工作模式；当第四种工作模式被屏蔽时，系统将进入第三种工作模式，待能源储存量达到要求，系统将自动开始淡水生产；

为实现该控制方法采用的装置参阅图1，包括海水淡化器1和储热桶2，海水淡化器1和储热桶2之间管路连接，该海水淡化器1为常规海水淡化器，优先选用多级闪蒸海水器或者多效浆膜蒸发海水淡化器，以提高能源利用率，降低能耗，海水淡化器1上设有淡出口11和海水泵9，海水泵9为海水进入海水淡化器1提供动力支持；该储热桶2内设有换热器21，换热器21与工业产生热量机构3之间管路连接，可以实现在50℃--75℃生产淡水，降低了淡水生产温度，单位体积的淡水产量高，同时可以有效防止水垢产生，始终保持系统的生产效率，所述的工业生产热量机构3为发电机或者发动机。海水淡化器1和储热桶2之间的管路上设有一个热水循环泵8；所述的小型海水淡化装置还包括太阳能和风能发电装置4，该太阳能和风能式发电机装置4内配置大容量电能储存系统，保证系统持续稳定供电；所述的太阳能和风能发电装置4由风机41和太阳能板42组成。太阳能和风能发电装置4还分别于与海水循环泵8、海水泵9线路连接，为各种泵的运行提供电力支持，所述的海水淡化器1、储热桶2、太阳能和风能发电装置4均与控制系统5线路连接，实现自动化净水。本发明以工业生产热量机构3产生的工业余热作为热源，为防止在工业生产热量机构3产生的热量不足，该小型海水淡化装置还包括一组热泵6，用于给储热桶补充热量，热泵6与储热桶2之间管路连接，热泵6与控制系统5之间线路连接。所述的热泵6为空气源热泵或者海水热泵或者地热源热泵中的一种或者任意两种以上联合并用。为更好的保证储热桶内的热能以及更好的利用自然资源，小型海水淡化装置还包括一个太阳能集热板7，利用太阳能集热为储热桶2加热，太阳能集热板7与储热桶2之间管路连接，太阳能集热板7与控制系统5之间线路连接，以便于系统所控制加热温度，实现自动化净水。

本发明利用工业余热的小型海水淡化装置主要用于渔船、海岛以及沿海人口相对较少使用内燃机的地区或分散住户应用的场合；其工作原理过程是：储热桶主要作用是储存热能，储热桶须采取严格的保温措施，减少内部热量损失，保持水温平衡；工业余热利用装置将储热桶内循环水加热，太阳能集热板采集与热泵提供的热能作为辅助加热系统，热水温度反馈到控制系统，由控制器控制工业余热加热，以及太阳能集热与热泵等辅助加热装置的工作状态，必要时需加入低温的淡水以平衡水温；桶内的热水由热水循环泵送至海水淡化装置，经过多级加热将待处理的海水加热、蒸发，采用多级加热及阶梯式加热方式以更多地利用能源，水蒸气再在淡化装置中经过冷凝、过滤成为可饮用的淡水，水蒸气冷凝过程的气化潜热再次引入用于加热待处理的海水。

本发明所述综合能源供应海水淡化系统控制方法：

1、将各种自然能源有机结合，统一协调，形成多能源供应的海水淡化系统；

2、系统控制模式设定了能源供应量与海水淡化产量的匹配关系，并固化成特定的工作模式；

3、设定系统淡水生产的自动工作模式，并实现自动切换；

4、控制系统可以自动检测各种能源供应装置的工作状态是符合设定的生产模式运行条件，并选择一种相匹配的工作模式自动运行；

5、系统可以自动检测各种能源的供应状态，并与淡水生产的工作模式进行自动匹配；

6、能源与淡水产量的匹配关系，已经在设计时编入系统程序；作为各种运行模式下的自动选择方案。

Claims (10)

1.一种分布式能源小型海水淡化系统控制方法，其特征在于，依次包括下述步骤：1）系统启动，首先自动扫描各种工作装置，自动检测系统或工作装置是否稳定；2）自动扫描和检测能源供应装置种类、能源供应装置和能源储存系统的工作稳定性；自动检测外接电网或柴油发电装置，当没有外接电网柴油发电装置时，系统自动屏蔽第四种工作模式；3）手动模式下，系统将等待工作命令，手动启动系统后，系统开始海水淡化生产工作模式；自动模式下，在系统检测完毕后，自动开始淡化海水生产工作模式；4）海水淡化生产开始后，系统将首先采用第一种工作模式进行扫描，检测能源供应系统能否满足淡水产能的要求，当满足要求时，系统开始淡水生产；5）当系统检测到不能满足第一种工作模式的能源工作条件，系统自动切换到第二种工作模式，直至开始淡水生产；5）当第二种工作模式的条件不能满足，第四种工作模式未被屏蔽时，系统将自动进入第四种工作模式；6）当第四种工作模式被屏蔽时，系统将进入第三种工作模式，待能源储存量达到要求，系统将自动开始淡水生产。

2.根据权利要求1所述的分布式能源小型海水淡化系统控制方法，其特征在于，所述的第一种模式是标准工作模式，按设计的淡水生产量系统满足电能和热能供应，，富余能源主要满足能源储存为主，需要的时候进行实时补充供应的工作模式；作为主供应的能源根据工作地的自然环境设定。

3.根据权利要求1所述的分布式能源小型海水淡化系统控制方法，其特征在于，所述的第二种模式是减产工作模式，当所有自然能源组合后全部用于标准淡水产量生产仍然不能满足能源生产要求，而能源储存也已经馈电到设定值时，系统将自动按照标准淡水产量的80%减少淡水生产量后重新进行能源供应匹配；如果能源供应仍然不能满足要求，则再次减少20%淡水产量后重新匹配能源供应，直至能源供应满足淡水产量要求。

4.根据权利要求1所述的分布式能源小型海水淡化系统控制方法，其特征在于，所述的第三种模式即保护模式，淡水生产量低于设计能力的15%，自然能源供应仍然不能匹配成功，也没有外接电网与柴油发电装置供电时，系统将自动保护，停止淡水生产；此时所有能源装置工作状态全部切换用于满足能源储存，直至储存的电能和热能能够满足淡水产量达到设计能力的50%，系统将自动重新启动淡水生产。

5.根据权利要求1所述的分布式能源小型海水淡化系统控制方法，其特征在于，所述的第四种模式是外接电源工作模式，有电网供电或有柴油发电装置的条件下，在第二种工作模式下工作，淡水产量减少到设定值时，系统自动转换到第四种工作模式，自动接通外接电网或启动柴油发电装置，满足淡水生产；此时所有自然能源全部切换用于能源储存；当储存的电能和热能达到满足设计能力的80%淡水产量生产要求时，系统将自动切断外接电源或柴油发电装置，同时启动相应的工作模式；在没有外接电网或柴油发电装置的条件下，系统自动屏蔽第四种工作模式。

6.权利要求1所述的多源支持小型海水淡化系统控制方法使用的装置，包括海水淡化器（1）和储热桶（2），海水淡化器（1）和储热桶（2）之间管路连接，海水淡化器（1）上还管路连接有海水泵（9），其特征在于，储热桶（2）上管路连接一个工业产生热量机构（3），海水淡化器（1）和储热桶（2）之间的管路上设有一个热水循环泵（8）；所述的小型海水淡化装置还包括太阳能和风能发电装置（4），太阳能和风能发电装置（4）连接电能储存装置（10），通过电能储存装置（10）分别与热水循环泵（8）、海水泵（9）线路连接，所述的海水淡化器（1）、储热桶（2）、太阳能和风能发电装置（4）均与控制系统（5）线路连接。

7.根据权利要求6所述的利用工业余热的小型海水淡化装置，其特征在于，所述的储热桶（2）内设有换热器（21），换热器（21）与工业产生热量机构（3）之间管路连接。

8.根据权利要求6所述的利用工业余热的小型海水淡化装置，其特征在于，所述的小型海水淡化装置还包括一组热泵（6），热泵（6）与储热桶（2）之间管路连接，热泵（6）与控制系统（5）之间线路连接。

9.根据权利要求7所述的利用工业余热的小型海水淡化装置，其特征在于，所述的小型海水淡化装置还包括一个太阳能集热板（7），太阳能集热板（7）与储热桶（2）之间管路连接，太阳能集热板（7）与控制系统（5）之间线路连接。

10.根据权利要求6所述的利用工业余热的小型海水淡化装置，其特征在于，所述的太阳能和风能发电装置（4）由风机（41）和太阳能板（42）组成。

Images