CN114031154A - 一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法 - Google Patents

一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法，包括以下步骤：S1、根据海上风电场的发电功率计算其对应的每日额定产水量，建立对应规模的海水淡化厂；S2、计算海底输水管道的直径和管道承压，选择对应的海底输水管道，而后将其铺设于海水淡化厂与海岸之间的海底并与城市输水管网连通；S3、借助海上风电场发出的电能，淡化的海水经海底输水管道输送至城市输水管网中。本发明采用上述利用海水淡化技术的海上风电送出方法，通过建立起与海上风电场相匹配的海水淡化厂，可就地利用风电场产生的电能，将其转化为海水反向渗透过滤的动能获得淡水，避免了直接送出风电带来的施工困难问题，降低了施工难度。

Description

一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法
技术领域
本发明涉及一种海上风电利用技术，尤其涉及一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法。
背景技术
海上风电凭借其丰富的资源蕴藏量、较高的利用小时数获得了大量投资者的青睐。近年来，我国海上风电发展势头迅猛，诸多海上风电示范项目陆续投产，尽管海上施工技术逐渐成熟，但是海上风电输送至大陆的运维、防腐等问题仍然是发展的重点和难点。
目前，一般通过海底电缆传输海上风能产生的大功率电能，而海底电缆是工程是世界各国公认的复杂困难的大型工程，无论从海洋物理调查、环境探测方面，还是从电缆的设计、制造和安装等方面，应用技术等十分复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法，通过建立起与海上风电场相匹配的海水淡化厂，可就地利用风电场产生的电能，将其转化为海水反向渗透过滤的动能获得淡水，再将淡水输送至城市输水管网中直接利用即可,相当于间接将风电输送出去，避免了海底电缆的铺设，降低了施工难度。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法，包括以下步骤：
S1、根据海上风电场的发电功率计算其对应的每日额定产水量，并根据每日额定产水量在靠近海上风电场的位置建立对应规模的海水淡化厂；
S2、计算海底输水管道的直径和管道承压，并根据计算获得的海底输水管道的直径和管道承压选择对应的海底输水管道，而后将其铺设于海水淡化厂与海岸之间的海底并与城市输水管网连通；
S3、借助海上风电场发出的电能，海水淡化厂即可将利用反渗透海水淡化技术淡化的海水经海底输水管道输送至城市输水管网中。
优选的，步骤S1具体包括以下步骤：
S11、根据海上风电场的安装容量以及风速，计算其发电功率：
Figure BDA0003363221250000021
式中：P(t)为t时刻海上风电场实际发出功率(kW)；PN为海上风电场的额定功率(kW)；v(t)为t时刻海上风电场捕获的风速(m/s)；vci为风力涡轮机的切入风速(m/s)；vo为风力涡轮机的切出风速(m/s)；vN为风力涡轮机的额定风速(m/s)；
S12、计算待建海水淡化厂的实时产水流量：
H(t)＝P(t)/S (2)
式中，H(t)为t时刻海水淡化厂的产水流量(m3/h)；S为海水淡化厂产水比能耗(kWh/m3)；
S13、计算待建海水淡化厂一天中的最大产水流量：
Hmax＝max{H(1),…,H(t),…,H(24)},t＝1,2,…,24 (3)
式中：Hmax为一天中海水淡化厂的最大产水流量(m3/h)；t为一天中的24个时刻；
S14、计算待建海水淡化厂每日额定产水量：
D＝24·Hmax (4)
式中，D为待建海水淡化厂每日额定产水量(m3/day)；
S15、根据每日额定产水量建设对应规模的海水淡化厂。
优选的，步骤S2具体包括以下步骤：
S21、计算海底输水管道的直径：
Figure BDA0003363221250000031
式中：R为海底输水管道直径(m)；W为通过海底输水管道的流体速度(m/h)；
S22、计算海底输水管道的承压：
p＝(2S×t/R)×E×F
(6)
式中：p为海底输水管道内设计压力(MPa)；S为海底输水管道最小屈服强度(kPa)；t为选取的管道壁厚(mm)；E为焊缝系数；F为管道设计系数。
优选的，步骤S3还包括计算城市输水管网的节头压力：
Figure BDA0003363221250000032
式中：hi,t为节点i的压头(mH2O)；
Figure BDA0003363221250000033
为节点i最不利供水压头(mH2O)；Ωnode为节点集合。
因此，本发明采用上述利用海水淡化技术的海上风电送出方法，据海岛风能资源禀赋的特点，通过在海岛上建立海水淡化厂，将风电直接供应给海水淡化，实现了海岛风电就地消纳，避免了电能跨海域传输建设复杂、高成本及维护不便的问题；通过使用海岛风电淡化海水，不仅能够减少化石燃料使用，而且解决了沿海地区淡水匮乏的问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的管网铺设图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
图1为本发明的管网铺设图，如图1所示，本发明包括以下步骤：
S1、根据海上风电场的发电功率计算其对应的每日额定产水量，并根据每日额定产水量在靠近海上风电场的位置建立对应规模的海水淡化厂；
S2、计算海底输水管道的直径和管道承压，并根据计算获得的海底输水管道的直径和管道承压选择对应的海底输水管道，而后将其铺设于海水淡化厂与海岸之间的海底并与城市输水管网连通；
S3、借助海上风电场发出的电能，海水淡化厂即可将利用反渗透海水淡化技术淡化的海水经海底输水管道输送至城市输水管网中。
优选的，步骤S1具体包括以下步骤：
S11、根据海上风电场的安装容量以及风速，计算其发电功率：
Figure BDA0003363221250000041
式中：P(t)为t时刻海上风电场实际发出功率(kW)；PN为海上风电场的额定功率(kW)；v(t)为t时刻海上风电场捕获的风速(m/s)；vci为风力涡轮机的切入风速(m/s)；vo为风力涡轮机的切出风速(m/s)；vN为风力涡轮机的额定风速(m/s)；
S12、计算待建海水淡化厂的实时产水流量：
H(t)＝P(t)/S (2)
式中，H(t)为t时刻海水淡化厂的产水流量(m3/h)；S为海水淡化厂产水比能耗(kWh/m3)；
S13、计算待建海水淡化厂一天中的最大产水流量：
Hmax＝max{H(1),…,H(t),…,H(24)},t＝1,2,…,24 (3)
式中：Hmax为一天中海水淡化厂的最大产水流量(m3/h)；t为一天中的24个时刻；
S14、计算待建海水淡化厂每日额定产水量：
D＝24·Hmax (4)
式中，D为待建海水淡化厂每日额定产水量(m3/day)；
S15、根据每日额定产水量建设对应规模的海水淡化厂。
优选的，步骤S2具体包括以下步骤：
S21、计算海底输水管道的直径：
Figure BDA0003363221250000051
式中：R为海底输水管道直径(m)；W为通过海底输水管道的流体速度(m/h)；
S22、计算海底输水管道的承压：
p＝(2S×t/R)×E×F
(6)
式中：p为海底输水管道内设计压力(MPa)；S为海底输水管道最小屈服强度(kPa)；t为选取的管道壁厚(mm)；E为焊缝系数；F为管道设计系数。
优选的，步骤S3还包括计算城市输水管网的节头压力：
Figure BDA0003363221250000052
式中：hi,t为节点i的压头(mH2O)；
Figure BDA0003363221250000053
为节点i最不利供水压头(mH2O)；Ωnode为节点集合。
通过上述方法淡化的海水的利润计算步骤如下：
首先，考虑管材费用、施工费用与运维费用，输水系统总成本可计算为：
C＝CGC+CSG+CYW (8)
式中：C输水系统总成本(万元)；CGC为管道投资费用(万元)；CSG为施工费用(万元)；CYW为运维费用(万元)；
而后计算城市输水管网(城市输水管网由节点(连接节点和淡水源节点)和支路(水泵支路和输水管路)组成)中支路压头损失：
Figure BDA0003363221250000061
式中：Δhij,t为支路压头损失(mH2O)；Qij,t为节点i流向节点j的水流量(m3/h)；a1、a0分别为水泵压头的曲线参数；rij为管路系数，其值与管路弯曲程度和摩擦系数有关；Ωpump为水泵集合；Ωpipe为管道支路集合；
建立配水系统的质量守恒(节点流量方程)：
Figure BDA0003363221250000062
式中：ωi,t为节点i注入流量(m3/h)；
建立配水系统的环能量方程方程：
Figure BDA0003363221250000063
式中：
Figure BDA0003363221250000064
为第i点海拔高度(mH2O)；
通过牛顿-拉夫逊法迭代求解配水网络模型式(10)和式(11)，得到节点i流向节点j的水流量Qij,t，进而计算水泵耗电功率：
Figure BDA0003363221250000065
式中：
Figure BDA0003363221250000066
为水泵耗电功率(kW)；ρw为水的密度(kg/m3)；gw为水的标准重力系数(N/kg)；ηw为水泵效率(％)；
根据淡水产量、能耗成本和输送成本，计算出售淡水净利润：
Figure BDA0003363221250000067
Figure BDA0003363221250000071
式中：S为海水淡化厂寿命周期内的总售水利润(元)；Δt为时间间隔(h)；ξw为淡水出售单价(元)；ξe为海上风电成本(元)。
反渗透海水淡化技术电力比能耗需求较低，与海上风力涡轮机配合使用。通过在海岛上直接建设海水淡化厂，实现海上风电就地消纳，并将淡水通过海底输水管道输送到就近海岸，避免了电能跨海域输送困难的瓶颈问题，同时缓解了沿海地区淡水资源匮乏压力，由海上风电驱动的海水淡化系统将是非常有前途的海上风电输送解决方案。
因此，本发明采用上述利用海水淡化技术的海上风电送出方法，通过建立起与海上风电场相匹配的海水淡化厂，可就地利用风电场产生的电能，将其转化为海水反向渗透过滤的动能获得淡水，再将淡水输送至城市输水管网中直接利用即可，避免了海底电缆的铺设，降低了施工难度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据海上风电场的发电功率计算其对应的每日额定产水量，并根据每日额定产水量在靠近海上风电场的位置建立对应规模的海水淡化厂；
S2、计算海底输水管道的直径和管道承压，并根据计算获得的海底输水管道的直径和管道承压选择对应的海底输水管道，而后将其铺设于海水淡化厂与海岸之间的海底并与城市输水管网连通；
S3、借助海上风电场发出的电能，海水淡化厂即可将利用反渗透海水淡化技术淡化的海水经海底输水管道输送至城市输水管网中。
2.根据权利要求1所述的一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤：
S11、根据海上风电场的安装容量以及风速，计算其发电功率：
Figure FDA0003363221240000011
式中：P(t)为t时刻海上风电场实际发出功率(kW)；PN为海上风电场的额定功率(kW)；v(t)为t时刻海上风电场捕获的风速(m/s)；vci为风力涡轮机的切入风速(m/s)；vo为风力涡轮机的切出风速(m/s)；vN为风力涡轮机的额定风速(m/s)；
S12、计算待建海水淡化厂的实时产水流量：
H(t)＝P(t)/S (2)
式中，H(t)为t时刻海水淡化厂的产水流量(m3/h)；S为海水淡化厂产水比能耗(kWh/m3)；
S13、计算待建海水淡化厂一天中的最大产水流量：
Hmax＝max{H(1),…,H(t),…,H(24)},t＝1,2,…,24 (3)
式中：Hmax为一天中海水淡化厂的最大产水流量(m3/h)；t为一天中的24个时刻；
S14、计算待建海水淡化厂每日额定产水量：
D＝24·Hmax (4)
式中，D为待建海水淡化厂每日额定产水量(m3/day)；
S15、根据每日额定产水量建设对应规模的海水淡化厂。
3.根据权利要求1所述的一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤：
S21、计算海底输水管道的直径：
Figure FDA0003363221240000021
式中：R为海底输水管道直径(m)；W为通过海底输水管道的流体速度(m/h)；
S22、计算海底输水管道的承压：
p＝(2S×t/R)×E×F (6)
式中：p为海底输水管道内设计压力(MPa)；S为海底输水管道最小屈服强度(kPa)；t为选取的管道壁厚(mm)；E为焊缝系数；F为管道设计系数。
4.根据权利要求1所述的一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法，其特征在于：步骤S3还包括计算城市输水管网的节头压力：
Figure FDA0003363221240000022
式中：hi,t为节点i的压头(mH2O)；
Figure FDA0003363221240000023
为节点i最不利供水压头(mH2O)；Ωnode为节点集合。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1714048A (zh) * 2002-10-08 2005-12-28 水质标准股份有限公司 移动式脱盐装置和系统以及生产脱盐水的方法
CN102219318A (zh) * 2011-04-14 2011-10-19 中国水利水电科学研究院 独立风电驱动海水淡化装置及方法
CN103964549A (zh) * 2014-05-24 2014-08-06 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 利用非并网风电的膜法海水淡化系统及其海水淡化方法
US20140339169A1 (en) * 2013-05-15 2014-11-20 Fevzi Zeren Large volume sub-sea water desalination reverse osmosis system, methods, and apparatus
US20180339916A1 (en) * 2016-03-28 2018-11-29 Saudi Arabian Oil Company Coupling photovoltaic, concentrated solar power, and wind technologies for desalination
CN211958782U (zh) * 2020-03-02 2020-11-17 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 适用于海上风电场和有人海岛的综合能源系统
US20210146307A1 (en) * 2017-09-22 2021-05-20 Dehlsen Associates of the Pacific, Limited Wind and wave desalination vessel
CN113283099A (zh) * 2021-06-02 2021-08-20 国网辽宁省电力有限公司 一种风光储氢海水淡化系统的建模方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1714048A (zh) * 2002-10-08 2005-12-28 水质标准股份有限公司 移动式脱盐装置和系统以及生产脱盐水的方法
CN102219318A (zh) * 2011-04-14 2011-10-19 中国水利水电科学研究院 独立风电驱动海水淡化装置及方法
US20140339169A1 (en) * 2013-05-15 2014-11-20 Fevzi Zeren Large volume sub-sea water desalination reverse osmosis system, methods, and apparatus
CN103964549A (zh) * 2014-05-24 2014-08-06 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 利用非并网风电的膜法海水淡化系统及其海水淡化方法
US20180339916A1 (en) * 2016-03-28 2018-11-29 Saudi Arabian Oil Company Coupling photovoltaic, concentrated solar power, and wind technologies for desalination
US20210146307A1 (en) * 2017-09-22 2021-05-20 Dehlsen Associates of the Pacific, Limited Wind and wave desalination vessel
CN211958782U (zh) * 2020-03-02 2020-11-17 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 适用于海上风电场和有人海岛的综合能源系统
CN113283099A (zh) * 2021-06-02 2021-08-20 国网辽宁省电力有限公司 一种风光储氢海水淡化系统的建模方法

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