CN105871065A - 一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统。该系统主要由分布式用户系统、多能源发电系统、提水蓄能系统、海水淡化系统、负荷预测中心以及控制调度中心组成。负荷预测中心根据相关的预测算法和气象数据对分布式用户进行负荷预测，控制调度中心根据用户端监测系统的负荷需求以及负荷预测中心的预测负荷进行多能源发电系统、提水蓄能系统以及海水淡化系统的控制，同时根据各系统的信息制定最优的运行策略。该系统通过控制调度中心对多能源系统的实时优化和调度，达到较高的发电负荷和海水淡化量，既能实现用户端用电用水的需求，又能达到分布式用户水电的自给自足与稳定供应，达到节能减排的目的，是中国海岛及边远山区用户发展分布式供能的一种重要技术手段。
Description
技术领域
本发明涉及可再生能源分布式利用领域，具体涉及一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统。
背景技术
我国作为一个海洋大国，拥有约300万平方公里海洋面积，以及众多的海岛，然而至今仍有近百万户居民生活在缺电或者少电的沿海及岛屿地区。由于多数海岛及周围拥有丰富的可再生能源，如风能、太阳能、波浪能、潮汐能等，通过构建高效清洁的海岛能源体系，不仅能够解决海岛化石燃料短缺、运输等困难，对保护海洋环境、促进节能减排也具有重要的意义。
2009年底我国颁布了《中华人民共和国海岛保护法》，并已明确指出“有居民海岛的开发、建设应当优先采用风能、海洋能、太阳能等可再生能源和雨水集蓄、海水淡化、污水再生利用等技术”。
太阳能、风能、潮汐能、波浪能等清洁可再生能源日益受到人们的关注，其开发利用也呈现快速发展的势头。然而，由于其不稳定性的特征，目前很难实现大规模并网，即使能够实现并网，修建市政配套的电网耗资巨大，对小型海岛来说得不偿失，而且从分布式的小型离网系统来看，其与用户端的匹配也存在不协调的问题，需要增加储能系统。为了实现可再生能源的充分利用与稳定供应，需要与蓄能系统进行互补，利用用户端负荷需求控制电能转换装置和蓄能装置的匹配运行，实现能量的高效利用。
发明内容
针对岛屿及边远地区分布式用户用电与用水短缺以及可再生能源不稳定性特征与匹配性差的特点，本发明提出一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，充分利用可再生能源进行发电及海水淡化，实现可再生能源发电离网运行的最大化利用。
为了有效解决上面的技术问题，本发明一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，包括分布式用户系统、多能源发电系统、提水蓄能发电系统、海水淡化系统、负荷预测中心、控制调度中心等。
利用风能、光伏、波浪能、潮汐能等可再生能源发电(非并网电)的一种或多种组合，形成多能源协同供电系统为分布式用户系统、提水蓄能系统以及海水淡化系统提供电能；提水蓄能系统利用多能源系统的输出电力带动提水泵，将水抽到高位蓄水池，在需要利用时则利用水的重力势能进行发电，通过水轮发电机将高位蓄水转成电量提供给分布式用户以及海水淡化系统；
海水淡化系统用反渗透方法，海水在进入反渗透装置之前先进行净化处理，以除去海水中的泥沙、胶体以及钙镁等杂质；反渗透装置采用连续渐缩工艺，三级组体装置，每级都有能量回收器及升压泵以控制渗透压力，经过反渗透的淡水可以满足生活及生产用水，同时部分淡水还可以经过超滤装置以获得纯净饮用水。
本发明利用用户监测系统和负荷预测中心实现对分布式用户负荷的监测与预测，其中用户监测系统通过传感器将各分布式用户的负荷信息进行收集与汇总，同时能够实现用户对下一阶段负荷需求的设定；负荷预测中心实现分布式用户负荷的预测，其接收现场传感器采集的实时环境与气象数据，通过负荷预测算法对分布式用户的实时负荷进行预测，并与用户监测系统的监测数据进行对比与修正，以调整算法的精确性，并根据历史运行数据对下一时刻的负荷情况进行预测。
本发明提出控制调度中心，通过接收来自用户端监测系统对用户的用电与用水情况反馈的信息以及负荷预测中心的预测数据，对多能源发电系统的发电量进行分配与调度，并进行提水蓄能系统及海水淡化系统的控制与运行策略安排。
控制调度中心的控制策略是指，通过对用户端监测系统的反馈信息和负荷预测中心的负荷需求，在用户用电低谷或多能源系统发电富余时，通过控制调度中心的调度将富余的发电量用于提水蓄能系统的提水蓄能；在用电高峰或多能源系统的发电量满足不了用户的用电需求时，控制调度中心则开启提水蓄能发电系统，利用蓄水发电来补充用户的电力需求，蓄水发电系统的发电量通过控制调度中心进行调度，同时实现对海水淡化系统的供电及系统的最优运行，保证可再生能源得到充分地利用以及安全运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，可实现对孤岛及分布式用户的离网运行，可以实现较高的发电负荷率以及海水淡化水量，满足用户的用电与用水需求。通过用户端监测系统的反馈从而实现控制调度中心对多能源发电系统、提水蓄能系统以及海水淡化系统的需求响应，并制定出各系统的最优运行策略。
附图说明
图1为本发明一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统结构示意图；
图2为本发明一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统控制与运行的方法示意图；
图中：1-分布式用户系统，2-多能源发电系统，3-提水蓄能发电系统，4-海水淡化系统，5-控制调度中心，31-提水泵，32-高位蓄水池，33-水轮发电机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
本发明一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，如图1所示，包括分布式用户系统1、多能源发电系统2、提水蓄能发电系统3、海水淡化系统4、控制调度中心5。
所述分布式用户系统1由用户和用户端监测系统组成，用户端监测系统用于收集及监控用户的用电与用水情况，同时也能实现用户对下一时刻负荷需求的设定，并作为输入信号及时传递给控制调度中心5。
所述多能源发电系统2由太阳能、风能、波浪能、潮汐能等多种可再生能源的一种或多种组合的发电系统，各种能源的发电经逆变器转换成交流电后汇流到电力保护中心。
所述提水蓄能发电系统3包括提水泵31、高位蓄水池32、水轮发电机33以及相关的配件，其中，所述提水泵31、高位蓄水池32、水轮发电机33依次串联构成。
所述海水淡化系统4的工艺包括净化处理、反渗透处理以及超滤，海水含有泥沙、胶体及微生物等杂质，在进入反渗透装置处理之前首先进行净化处理，通过调节海水中PH值的方法依次加入石灰乳和聚合氯化铝溶液，使海水中的杂质聚凝沉淀，并除去部分钙及镁离子；经过净化处理的海水再进入反渗透装置，其处理方法为反渗透法淡化系统，流程为连续渐缩工艺，组体装置为三级，每级都有能量回收器及升压泵，各级工艺工作压力在5.5～11MPa范围内；经过反渗透处理后的淡水可以作为生活和生产用水，同时部分淡水经超滤处理后可作原生态饮用水。
负荷预测中心6实现分布式用户负荷的预测，其接收现场传感器采集的实时环境与气象数据以及历史负荷数据，通过负荷预测算法对分布式用户的实时负荷进行预测，并与用户监测系统的监测数据进行对比与修正，以调整算法的精确性，并根据历史运行数据对下一时刻的负荷情况进行预测。
控制调度中心5为整个系统的大脑，其一方面接收来自用户监测系统用户反馈的负荷情况，以及用户对下一时间段内对负荷需求的设定信息，另一方面在用户负荷需求不确定的条件下则接收负荷预测中心反馈的预测负荷信息，结合各子系统的运行信息做出对分布式用户1、多能源发电系统2、提水蓄能发电系统3和海水淡化系统4的调度和最优控制策略，即在多能源发电系统2的发电量超过用户端的需求量时，控制调度中心5将发电量进行分流，将多余的发电用于提水蓄能系统3，将水抽至高位蓄水池；而当多能源发电系统2的发电量不能够满足用户端供电需求时，控制调度中心5启动蓄能系统，水轮发电机利用高位蓄水池进行发电供给用户端，其发电量利用控制调度中心5对用户监测系统反馈的信息进行调节和控制。
本发明提出基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，可实现对岛屿及分布式用户的用电及用水需求的供应，同时实现可再生能源发电的稳定运行及储能，完全满足用户的负荷需求。通过用户监测系统及控制调度中心的负荷监测与预测，可以制定出各系统最优的运行策略。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，主要包括：分布式用户系统、多能源发电系统、提水蓄能发电系统、海水淡化系统、控制调度中心等，其特征在于：
首先用户端监测系统对分布式用户用电与用水情况进行监测与汇总，并通过传感器将负荷信息反馈给控制调度中心，然后控制调度中心根据反馈的用电需求与用水需求进行系统的调度与运行优化控制，在用户端与多能源发电系统用电匹配时，直接利用多能源发电系统的电力进行供给，在用户端无电力使用或多能源发电系统超出用户端电力需求时则利用提水蓄能发电系统进行提水蓄能，在多能源发电系统电力供应不足或无电力供应时则利用提水蓄能发电系统进行发电；
负荷预测中心实现分布式用户负荷的预测，其接收现场传感器采集的实时环境与气象数据，通过负荷预测算法对分布式用户的实时负荷进行预测，并与用户监测系统的监测数据进行对比与修正，以调整算法的精确性，并根据历史运行数据对下一时刻的负荷情况进行预测；
控制调度中心接收来自用户监测系统和负荷预测中心传输的数据，当用户监测系统有来自用户设定的负荷需求时，控制调度中心则根据用户端监测系统的负荷需求进行多能源发电系统、提水蓄能系统以及海水淡化系统的分配与调度，当用户端监测系统对下一时刻的负荷不明确时，控制调度中心则自动接收负荷预测中心的预测负荷，并根据负荷需求作出相应的响应，同时控制调度中心可以进行各系统的最优运行策略分析，实现多能源的最大化利用。
2.根据权利要求1所述的一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，其特征在于，所述多能源发电系统指以光伏、风能、波浪能、潮汐能等清洁可再生能源作为输入的单一或多种能源形式的组合。
3.根据权利要求1所述的一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，其特征在于，所述提水蓄能发电系统包括抽水泵、高位蓄水池、水轮发电机、管道及控制装置等。
4.根据权利要求1所述的一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，其特征在于，所述海水淡化系统包括净化处理、反渗透装置以及超滤，海水首先经过净化处理后进入反渗透装置得到生活用水，一部分生活用水再经过超滤后得到饮用水。
5.根据权利要求1所述的一种基于用户需求控制的多能源协同发电与水蓄能及海水淡化系统，其特征在于，所述发电系统完全离网运行，发电量通过控制调度中心进行分布式用户、提水蓄能发电系统以及海水淡化系统的调度与分配。
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