CN106058921A - 孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,包括太阳能电池板、风力发电机、海水电解池、氧气存储罐、氢气存储罐、碱性过滤池、氢气燃烧室、海水加热炉、汽轮机、主轴、发电机、用户、换热器、管道、细换热管、泵、海岸线、冷凝管、蓄水池;利用随机波动的太阳能、风能进行发电,通过电解海水产生氢气实现储能;利用氢气燃烧,加热海水产生过热蒸汽带动汽轮机旋转,然后带动发电机输出稳定的功率;利用氢气燃烧后的尾气以及汽轮机排出的水蒸气经冷凝管通入海水中冷凝产生淡水,实现海水淡化,多元化高效利用能源,解决了孤岛离网下稳定供应电力与淡水难题;换热器利用废弃水蒸气加热海水,实现余热利用,提高能源利用效率。

Description

孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,具体涉及利用随机波动的太阳能、风能进行发电,通过电解海水产生氢气储能,并利用氢气燃烧发电实现输出功率的可控性,同时制造淡水的一体化系统。
背景技术
[0002]随着社会的进步和经济的发展,人类对能源的需求越来越大,但是常规能源的开发已经逐渐难以满足需求,而且传统化石能源的大量利用,会导致环境污染。同时,随着国家海洋开发战略的发展,孤岛离网地区的能源以及淡水紧缺,严重制约了这些地区的开发,孤岛离网地区急需解决淡水和能源的可持续供给问题。太阳能和风能具有储量巨大、清洁环保、分布广泛、开发受地区差异影响小等优点,是可再生能源开发利用、科学研究的热点。
[0003]风能和太阳能等新能源具有随机波动的特点,导致发电量与耗电量不一致。因此,输出功率会随机波动,可控性较差。从大规模开发可再生能源的长远利益考虑及电网运行的现实,提高风力发电和太阳能发电输出功率的可控性,是目前新能源发电技术的重要发展方向。把新能源发电技术引入储能系统,能有效地抑制功率波动,平滑输出电压,提高电能质量,是保证可再生能源发电并网运行、促进可再生能源能利用的关键技术和主流方式。目前,海水淡化需要消耗大量能量,运行成本较高,经济效益不高,如何减少海水淡化过程当中的能量消耗是海水淡化领域的研究热点。
[0004]按储存能量的形式不同,适合风力发电系统、有应用前景的储能方式主要有飞轮储能、抽水蓄能、液流电池、锂电池、超级电容器、超导、压缩空气储能等几种形式。海水淡化即利用海水脱盐生产淡水,主要技术方法有蒸馏法、电渗析法、反渗透法等。
发明内容
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,可以产业化利用,能够利用可再生能源发电并储能,实现输出功率的可控性,同时利用发电过程中废弃的水蒸气余热加热海水,利用海水冷凝水蒸气制造淡水,实现能源高效利用。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
本发明提供一种孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,包括太阳能电池板、风力发电机、海水电解池、氧气存储罐、氢气存储罐、氢气燃烧室、海水加热炉、汽轮机、发电机、换热器、第一至第三栗、冷凝管、蓄水池;其中,太阳能电池板和风力发电机分别为海水电解池提供电能,海水电解池中的海水被电解为氢气和氧气后,分别传输至氧气存储罐和氢气存储罐进行存储;氢气存储罐中的氢气进入氢气燃烧室中燃烧,以加热海水加热炉中的海水;海水加热炉中的海水加热过程中产生蒸汽,蒸汽进入汽轮机中推动汽轮机旋转,汽轮机进一步带动发电机旋转发电,从而为用户提供电能;蒸汽推动汽轮机旋转后排出废弃的蒸汽,废弃的蒸汽从换热器的进气口进入,再从换热器的出气口流出;经换热器流出的蒸汽经由第一栗抽取至冷凝管冷凝成水,冷凝水再经由第二栗抽取至蓄水池,从而为用户提供淡水;第三栗设置在海水中,第三栗抽取的海水从换热器的入水口进入,再从换热器的出水口流出至海水加热炉中进行加热。
[0007]作为本发明的进一步优化方案,该系统还包括碱性过滤池,氢气存储罐中的氢气经过碱性过滤池滤除杂质后,再进入氢气燃烧室中燃烧。
[0008]作为本发明的进一步优化方案,上述碱性过滤池中盛有碱性碳酸钠溶液。
[0009]作为本发明的进一步优化方案,汽轮机和发电机通过主轴连接。
[0010]作为本发明的进一步优化方案,换热器的出水口通过管道与海水加热炉连接。
[0011]本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本发明利用随机波动的太阳能、风能进行发电,通过电解海水产生氢气实现储能;利用氢气燃烧,加热海水产生过热蒸汽带动汽轮机旋转,然后带动发电机输出稳定的功率;利用氢气燃烧后的尾气以及汽轮机排出的水蒸气经冷凝管通入海水中冷凝产生淡水,同时实现发电功率稳定输出以及海水淡化,多元化高效利用能源,解决了孤岛离网下稳定供应电力与淡水难题;利用废弃水蒸气通过换热器加热海水,实现余热利用,提高能源利用效率。
附图说明
[0012]图1为本发明的结构示意图。
[0013]图2为本发明中换热器的示意图。
[0014]图3为本发明中换热器的剖面示意图。
[0015]图中:1_太阳能电池板、2-风力发电机、3-海水电解池、4-氧气存储罐、5-氢气存储罐、6-碱性过滤池、7-氢气燃烧室、8-海水加热炉、9-汽轮机、10-主轴、11-发电机、12-用户、13-换热器、14-换热器外管、15-细换热管、16-栗、17-海岸线、18-冷凝管、19-蓄水池、20-换热器进气口、21-换热器出水口、22-换热器进水口、23-换热器出气口。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1至图3所示,本发明孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,包括太阳能电池板1、风力发电机2、海水电解池3、氧气存储罐4、氢气存储罐5、碱性过滤池6、氢气燃烧室7、海水加热炉8、汽轮机9、主轴10、发电机11、换热器13、栗16、冷凝管18、蓄水池19。
[0017]具有可再生能源收集能力的太阳能电池板1、风力发电机2为海水电解池提供电能,海水电解池将海水电解生成氢气和氧气,并进行存储。
[0018]在电力需求调度时,氢气通入碱性过滤池6进行杂质过滤,在滤除杂质的氢气进入氢气燃烧室7燃烧,以加热海水加热炉中的海水;加热产生的蒸汽通过带动汽轮机9旋转,进而带动发电机11旋转发电,输出平稳可控功率的电能。
[0019]汽轮机9排出的蒸汽以及氢气燃烧室7的尾气通过换热器13换热,最后进入冷凝管18。
[0020]换热器12的设计是利用氢气燃烧室7的尾气和汽轮机9排出的水蒸汽的余热,加热进入海水加热炉8的海水,提高海水温度,节约能量。
[0021]水汽混合物在冷凝管18中,通过低温海水冷凝水蒸气,制造淡水,栗16将冷凝管18中蓄积的冷凝水抽蓄到蓄水池19,同时将冷凝后的多余气体排出冷凝管。蓄水池19收集存储冷凝管18中的淡水,实现用户淡水稳定供应。
[0022]本发明孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统的具体实施过程如下:
1.太阳能电池板I吸收太阳能,风力发电机2吸收风能,输出功率后,将电能传输给海水电解池3,海水在海水电解池3中被电解成氢气(包括部分杂质氯气)和氧气,氧气存储在氧气存储罐4中,氢气存储在氢气存储罐5中。用户12需求电力时,氢气通入碱性过滤池6过滤,将海水电解池3中电解过程中产生的杂质氯气过滤掉,防止少量氯气在冷凝管18中溶解于水中,过滤池中液体为碳酸钠溶液。
[0023] 2.通过碱性过滤池6过滤后的纯净氢气通入氢气燃烧室7中燃烧,加热海水加热炉8中的海水,海水加热炉8加热过程中产生大量过热蒸汽,过热蒸汽通入汽轮机9,推动汽轮机9旋转,汽轮机9通过主轴10带动发电机11旋转,发电机11输出平稳可控功率电能,发电机11产生的电能输出给用户12,满足用户12的电力可控需求。
[0024] 3.过热蒸汽推动汽轮机9转动后,排出废弃的蒸汽,通过换热器进气口 20进入换热器13,再由栗16抽取进冷凝管18进行冷凝。氢气在燃烧室7燃烧后的尾气从换热器进气口20进入换热器13,再由栗16抽进冷凝管道18。
[0025] 4.如图2和3所示,换热器12的设计是利用燃烧室7的尾气和汽轮机9排出的蒸气的余热,加热进入海水加热炉8的海水,提高海水温度,节约能量。换热器12实际运行中应当垂直放置,氢气燃烧室7的尾气和汽轮机9排出的蒸汽从换热器进气口 20进入换热器13,沿细换热管15向下流动,从换热器出气口 23流出,再由栗16抽进冷凝管18。栗16从海岸线17左侧的海水中抽取海水,从换热器入水口 22进入换热器,沿着换热器外管14向上流动,通过细换热管15吸收尾气和蒸汽混合物的余热,细换热管15有助于海水充分吸收蒸汽热量,加热后的海水从换热器出水口 21流出,沿管道送入海水加热炉8中继续加热产生过热蒸汽。换热器12垂直放置有助于热海水上浮先从换热器出水口排出进入海水加热炉8。
[0026] 5.水汽混合物由栗16抽进安置在海岸线17左侧海水中的冷凝管18;海水温度远低于蒸汽的温度,蒸汽通过冷凝管18的管壁将热量传导给海水,蒸汽温度降低发生冷凝,栗16将冷凝管18中蓄积的冷凝水抽蓄到蓄水池19,同时将冷凝后的多余气体排出冷凝管。
[0027] 6.蓄水池19中存储的淡水通过栗16抽水,输送给用户12,实现用户淡水稳定供应。
[0028]本发明中,通过可再生能源发出的电力电解海水产生氢气,并利用氢气存储罐5存储氢气实现储能;通过碱性过滤池6中的碱性碳酸钠溶液过滤氢气中少量的氯气,保证后期制淡水的纯净度,提高水质,具有简单高效特点;利用氢气燃烧加热海水,通过产生的过热蒸汽带动汽轮机9旋转发电,输出稳定可控的电能;利用汽轮机9发电过程中的废弃蒸汽制造淡水,实现发电功率稳定输出以及海水淡化,高效利用能源,同时解决孤岛离网下稳定供应电力与淡水难题;利用废弃高温蒸汽通过换热器13加热海水,再将加热后的海水输送到海水加热炉加热,实现余热利用,提高能量利用效率。
[0029]本孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,利用清洁的太阳能、风能进行发电,通过电解海水产生氢气实现储能;利用存储能量输出稳定的功率;利用储能发电过程中的副产物制造淡水,同时实现发电功率稳定输出以及海水淡化,多元化高效利用能源,解决了孤岛离网下稳定供应电力与淡水难题。
[0030]以上所述,仅为本发明中的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内,可理解想到的变换或替换,都应涵盖在本发明的包含范围之内,因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,其特征在于,包括太阳能电池板、风力发电机、海水电解池、氧气存储罐、氢气存储罐、氢气燃烧室、海水加热炉、汽轮机、发电机、换热器、第一至第三栗、冷凝管、蓄水池; 其中,太阳能电池板和风力发电机分别为海水电解池提供电能,海水电解池的海水中被电解为氢气和氧气后,分别传输至氧气存储罐和氢气存储罐进行存储;氢气存储罐中的氢气进入氢气燃烧室中燃烧,以加热海水加热炉中的海水; 海水加热炉中的海水加热过程中产生蒸汽,蒸汽进入汽轮机中推动汽轮机旋转,汽轮机进一步带动发电机旋转发电,从而为用户提供电能; 蒸汽推动汽轮机旋转后排出废弃的蒸汽,废弃的蒸汽从换热器的进气口进入,再从换热器的出气口流出;经换热器流出的蒸汽经由第一栗抽取至冷凝管冷凝成水,冷凝水再经由第二栗抽取至蓄水池,从而为用户提供淡水; 第三栗设置在海水中,第三栗抽取的海水从换热器的入水口进入,再从换热器的出水口流出至海水加热炉中进行加热。
2.根据权利要求1所述的孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,其特征在于,该系统还包括碱性过滤池,氢气存储罐中的氢气经过碱性过滤池滤除杂质后,再进入氢气燃烧室中燃烧。
3.根据权利要求2所述的孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,其特征在于,碱性过滤池中盛有碱性碳酸钠溶液。
4.根据权利要求1所述的孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,其特征在于,汽轮机和发电机通过主轴连接。
5.根据权利要求1所述的孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统,其特征在于,换热器的出水口通过管道与海水加热炉连接。
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