CN109975891B - 一种带天气预测的海水淡化管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带天气预测的海水淡化管理方法及系统，包括以下步骤：通过感知层采集基础设施层的实时状态数据；通过网络层采集当地气象云平台的气象数据信息和接收所述感知层上传的实时状态数据，并将接收到的数据分别进行存储、分析以及计算，得到海水淡化短期情况预测信息；将网络层分析计算得到的海水淡化短期情况预测信息，用户可根据海水淡化短期情况预测信息对用于海水淡化的基础设备进行对应的控制管理。本发明结合天气预测功能中辐照、降水、温度、湿度等数值对海水淡化系统做出综合管理，达到节能增效的目的。

Description

一种带天气预测的海水淡化管理方法及系统

技术领域

本发明属于海水处理技术领域，具体涉及一种带天气预测的海水淡化管理方法及系统。

背景技术

太阳能作为一种可再生的新能源应用到海水淡化系统中为系统供能进行海水淡化，是解决水资源短缺和能源危机的有效措施。目前市场主流的海水淡化技术大致分为反渗透技术、低温多效蒸馏技术、多级闪蒸技术。在耗能方面，低温多效蒸馏技术和多级闪蒸技术主要需要消耗大量热能，适合火力发电余热利用，而反渗透技术主要耗能是高压泵消耗的电能，所以反渗透技术和太阳能发电具有很好的兼容性，光伏发电能为反渗透技术提供可靠的电能消耗。

现有的光伏结合太阳能海水淡化系统多数配有储能进行调峰和稳频稳压以此来改善输出电能质量，并且也会配备一套海水淡化综合管理系统进行能源管理，本发明主要就海淡能源管理系统进行进一步探讨。能源管理主要作用是对光伏系统、储能系统、海水淡化设施进行数据采集，并上传到前端系统服务器或数据云端进行分类和计算处理，得出实时数据分析和结果，并最终通过综合显示平台显示，也可以通过用户端访问得到相关数据结果，然后根据处理分析的结果进行整个海淡系统的调节和控制。

现有的光伏结合太阳能海水淡化系统的数据来源只能从系统内部获取，比如光伏系统、储能电池系统、监控系统、海水淡化系统，只能根据实时数据监测采集进行系统计算处理以及后续的控制，在很多特殊情况下不能及时规避外界环境变化带来的风险和灾害，比如光照对光伏系统发电量能直接产生影响，对于微电网海水淡化系统，如不能有效预测光照辐射量，调整海水淡化系统运行策略，便不能保证淡水供需平衡；比如多数现有的光伏结合太阳能海水淡化系统有配有储能电池组，外界温度和湿度的变化都能对充放电效率产生影响；又比如大多数光伏结合太阳能海水淡化设备是应用在偏远孤立的海岛地区，运维或紧急救援不能及时到位。如果以上这些情况能够提前预警，对系统控制策略进行调整，可以提前准备，规避外界环境改变带来的风险。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种带天气预测的海水淡化管理系统，可根据天气数据信息对海水淡化系统做出综合管理，达到节能增效的目的。

本发明的技术方案为：一种带天气预测的海水淡化管理系统，包括：

基础设施层，包括用于海水淡化的各个基础设备；

感知层，用于采集基础设施层的实时状态数据；

网络层，采集当地气象云平台的气象数据信息和接收所述感知层上传的实时状态数据，并将接收到的数据分别进行存储、分析以及计算，得到海水淡化短期情况预测信息；

应用层，接收网络层分析计算得到的海水淡化短期情况预测信息，用户可根据海水淡化短期情况预测信息对用于海水淡化的基础设备进行对应的控制管理。

本发明中基础设施层由不同物理设施组成，涵盖了发、储、配、用四部分，其中涉及了光伏发电装置、储能电池组、海水淡化设施、监控装置、雨水采集装置。而感知层主要功能是从基础设施层采集实时数据，如海淡设备产水量、光伏系统实时输出功率数据、逆变机组状态、储能电池组充放电状态等数据，通过不同数据通讯方式(如4G、GPRS、Wifi)打包整理上传至网络层的能源管理平台。网络层通过接收来自不同层的高精度数值(应用层气象数据、感知层数据)在海淡综合管理系统或边缘控制器中进行存储、分析、计算，并完成对整个系统的短期情况预测。之后将处理服务器计算得出的结果上传至应用层的不同云平台，可供不同用户访问使用，如PC工作端、手机Web用户端等。可根据不同客户应用要求呈现不同结果，可实现实时监控展示、产水量预测曲线展示、发电计划、统计分析、数据报表、系统诊断等功能，最后，用户通过云平台的数据结果对整个系统进行有效的控制管理。比如，可以通过能源管理系统(EMS)进行供电策略调整，也可以通过电池管理系统(BMS)对储能电池做出充放电状态调整。

作为优选，所述基础设施层包括雨水收集装置。雨水收集装置统一收集雨水进行二次净化处理，因为雨水净化处理能耗远远低于海水淡化能耗，由此可以提升产水效率，从而达到节能增效的目的。

本发明还提供了一种带天气预测的海水淡化管理方法，包括以下步骤：

(1)通过感知层采集基础设施层的实时状态数据；

(2)通过网络层采集当地气象云平台的气象数据信息和接收所述感知层上传的实时状态数据，并将接收到的数据分别进行存储、分析以及计算，得到海水淡化短期情况预测信息；

(3)将网络层分析计算得到的海水淡化短期情况预测信息，用户可根据海水淡化短期情况预测信息对用于海水淡化的基础设备进行对应的控制管理。

作为优选，所述气象数据信息包括降雨量数据信息、温度数据信息、光照辐射数据信息以及湿度数据信息。

作为优选，根据采集的气象数据信息中的降雨量数据信息和光照辐射数据信息，可得到未来几天的降雨量曲线预测和光伏发电曲线预测，将未来几天的降雨量曲线预测和光伏发电曲线预测与从感知层采集的基础设施层的实时状态数据，分析计算得出未来几天所需的能源消耗量，最后调整系统的能源调度规划，优化能源分配方式降低能耗。

作为优选，结合气象云平台中光照辐射数据信息和基础设施层中产水能耗数据相结合，通过网络层的大数据分析和模拟算法得到未来几天的产水量，最后将数据进行二次开发和利用，将产水量预测数据曲线跟当地用水需求对比，作进一步的供水策略调整，若未来几天的用水需求量大于产水量，则需提前寻求其他供水渠道，以达到淡水供需平衡。

作为优选，结合气象云平台中温度数据信息和湿度数据信息，对基础设施层中的储能电池组进行预警和保护，减少温度和湿度的变化对储能电池组的影响。例如，在低温环境中的储能放电容量会减少，可以参考气象温度、湿度曲线预测数据，优化海淡系统能源调度规划，提前规划对电池组保温的能源，改变BMS对电池的控制方式，提高储能电池的工作效率，从而不影响系统工作和产水效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(a)本发明可以根据天气预测中降雨量预测曲线提前预调整储能电池充放电策略，在发电量不佳的阴雨天气可以通过调整供电策略，对雨水进行收集和净化处理，可以节约海淡设备能耗，增加产水效率。

(b)本发明可以根据天气预测功能可以推断出未来几天的产水量预测，根据该预测可以对淡水供给进行管理，调整供电方式。

(c)本发明可以根据天气预测功能中温度、湿度的预测曲线，可以提前对电池BMS进行充放电控制，以应对极端天气对电池造成影响。

(d)由于海水淡化系统运行环境较为不稳定，如海边大风天气、昼夜温差大、海岛湿度大、自然灾害等情况，本发明可以通过天气预测功能提前预警，对系统做出应对控制或者安排救援。

(e)本发明可以根据产水量预测曲线和反渗透膜的使用信息情况精确推断出反渗透膜的清洗维护日期和更换时间点。

附图说明

图1为本发明中带天气预测的海水淡化管理系统的示意图。

具体实施方式

实施例1

一种带天气预测的海水淡化管理方法，包括以下步骤：

(1)通过感知层采集基础设施层的实时状态数据；

(2)通过网络层采集当地气象云平台的气象数据信息和接收所述感知层上传的实时状态数据，并将接收到的数据分别进行存储、分析以及计算，得到海水淡化短期情况预测信息；

(3)将网络层分析计算得到的海水淡化短期情况预测信息，用户可根据海水淡化短期情况预测信息对用于海水淡化的基础设备进行对应的控制管理。

其中，气象数据信息包括降雨量数据信息、温度数据信息、光照辐射数据信息以及湿度数据信息。

本发明结合天气预测功能中辐照、降水、温度、湿度等数值对海水淡化系统做出综合管理，达到节能增效的目的。首先，本发明可以作为微电网海水淡化项目的配套工程实施，在项目本地会预留不同通讯方式端口以满足不同数据采集接收，满足有线和无线的数据传输，通过不同通讯接口接收整个系统的数据情况。在项目实施中需要跟当地气象部门对接，需要得到气象站授权访问当地气象预测云平台的许可，得到需求气象数据源。数据处理分析会结合互联网大数据算法，归纳分类数据，结合不同数据源进行计算，以下实施方式通过结合不同种类天气预测数据达到综合管理的目的。

目前许多海水淡化设施系统都会配备有雨水收集装置，目的是统一收集雨水进行二次净化处理，因为雨水净化处理能耗远远低于海水淡化能耗，由此可以提升产水效率，从而达到节能增效的目的。在具体的实施操作中，通过结合气象云平台中天气预测功能的降雨量数据信息和光照辐射数据信息，能够得到未来几天的降雨量曲线预测和光伏发电曲线预测，将该数据传输至网络层的能源管理平台，再结合从感知层获得的设施端数据进行模拟计算、分析，可以估算未来几天所需的能源消耗量，最后调整系统的能源调度规划，优化能源分配方式降低能耗。

在具体项目实施方式中，可以结合气象云平台中光照辐射数据和基础设施层海淡系统产水能耗相结合，通过网络层的大数据分析和模拟算法得到未来几天的产水量，最后将数据进行二次开发和利用，将产水量预测数据曲线跟当地用水需求对比，作进一步的供水策略调整，如未来几天的用水需求量大于产水量，则需提前寻求其他供水渠道，以达到淡水供需平衡。

众所周知，储能电池组的工作效率非常受外界温度、湿度影响，具体实施中，本发明还可以结合气象云平台中温度、湿度数据，对储能电池组进行预警和保护，减少温度、湿度的变化对储能电池组的影响。例如，在低温环境中的储能放电容量会减少，可以参考气象温度、湿度曲线预测数据，优化海淡系统能源调度规划，提前规划对电池组保温的能源，改变BMS对电池的控制方式，提高储能电池的工作效率，从而不影响系统工作和产水效率。

Claims (5)

1.一种带天气预测的海水淡化管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过感知层采集基础设施层的实时状态数据，所述基础设施层包括用于海水淡化的光伏发电装置、储能电池组、海水淡化设施、监控装置、雨水采集装置；

(2)通过网络层采集当地气象云平台的气象数据信息和接收所述感知层上传的实时状态数据，并将接收到的数据分别进行存储、分析以及计算，得到海水淡化短期情况预测信息；

(3)将网络层分析计算得到的海水淡化短期情况预测信息，用户可根据海水淡化短期情况预测信息对用于海水淡化的基础设备进行对应的控制管理；

其中，所述气象数据信息包括降雨量数据信息、温度数据信息、光照辐射数据信息以及湿度数据信息；根据采集的气象数据信息中的降雨量数据信息和光照辐射数据信息，可得到未来几天的降雨量曲线预测和光伏发电曲线预测，将未来几天的降雨量曲线预测和光伏发电曲线预测与从感知层采集的基础设施层的实时状态数据，分析计算得出未来几天所需的能源消耗量，最后调整系统的能源调度规划，优化能源分配方式降低能耗。

2.如权利要求1所述的带天气预测的海水淡化管理方法，其特征在于，结合气象云平台中光照辐射数据信息和基础设施层中产水能耗数据相结合，通过网络层的大数据分析和模拟算法得到未来几天的产水量，最后将数据进行二次开发和利用，将产水量预测数据曲线跟当地用水需求对比，作进一步的供水策略调整，若未来几天的用水需求量大于产水量，则需提前寻求其他供水渠道，以达到淡水供需平衡。

3.如权利要求1所述的带天气预测的海水淡化管理方法，其特征在于，结合气象云平台中温度数据信息和湿度数据信息，对基础设施层中的储能电池组进行预警和保护，减少温度和湿度的变化对储能电池组的影响。

4.一种用于权利要求1-3任一海水淡化管理方法的带天气预测的海水淡化管理系统，其特征在于，包括：

基础设施层，包括用于海水淡化的光伏发电装置、储能电池组、海水淡化设施、监控装置、雨水采集装置；

感知层，用于采集基础设施层的实时状态数据；

网络层，采集当地气象云平台的气象数据信息和接收所述感知层上传的实时状态数据，并将接收到的数据分别进行存储、分析以及计算，得到海水淡化短期情况预测信息；

应用层，接收网络层分析计算得到的海水淡化短期情况预测信息，用户可根据海水淡化短期情况预测信息对用于海水淡化的基础设备进行对应的控制管理。

5.如权利要求4所述的带天气预测的海水淡化管理系统，其特征在于，所述基础设施层包括雨水收集装置。

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