CN202040022U - 兆瓦级风电海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种兆瓦级风电海水淡化系统，包括：至少一组风电机组，每一组风电机组包括一台将机械能转换为电能的发电机；一组以上的海水淡化膜系统，该海水淡化膜系统包括通过压力管线依次连接的预处理单元、高压泵、膜组件和处理单元；该一组以上的海水淡化膜系统的高压泵并联连接后连接一泵组变频器，该泵组变频器通过变压器连接所述发电机。该系统采用兆瓦级风电机组和反渗透海水淡化技术结合，以有效提高并网型风电机组的发电利用率。

Description

兆瓦级风电海水淡化系统
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术，尤其涉及一种兆瓦级风电海水淡化系统。 
背景技术
我国风电行业正以高速发展，兆瓦级大功率风机已成为主流，但电网建设和风电并网消纳等配套技术及配套设施建设相对滞后。一些风能资源丰富地区出现了风电机组限功率运行，甚至已建成的风电场不能并网运行等“弃风”现象。另一方面，淡水资源紧缺一直困扰着经济的发展和人民生活水平的提高，已成为制约我国沿海城市和地区国民经济和社会可持续发展的瓶颈和影响国家可持续发展的一个亟待解决的问题。 
针对风电在一定时期内富余但难以存储而造成风资源的浪费，以及淡水资源日益缺乏、海水淡化能耗密集的现状，在风电场附近建设海水淡化处理厂，调节电网对风电并入的适用能力，实现将风力发电与海水淡化结合而形成的两位一体的提高风电利用率、低碳清洁的水资源再生技术成为热点。 
目前将风电用于海水淡化的装置或系统主要局限于离网型的小功率风力发电机(千瓦级)。由于当今的兆瓦级并网发电机以成为市场主流，针对离网型风机的装置或系统不能移植到兆瓦级并网风力发电机的海水淡化处理，也就不能成为一种解决目前风电并网困难的有效途径。 
鉴于此，如何将兆瓦级风机用于海水淡化以解决能够更大规模地生产淡水资源成为当前需要解决的技术问题。 
实用新型内容
本实用新型提供一种兆瓦级风电海水淡化系统，该系统采用兆瓦级风电机组和反渗透海水淡化技术结合，以有效提高并网型风电机组的发电利用率。 
本实用新型的兆瓦级风电海水淡化系统，包括： 
至少一组风电机组，每一组风电机组包括一台将机械能转换为电能的发电机； 
一组以上的海水淡化膜系统，该海水淡化膜系统包括通过压力管线依次连接的预处理单元、高压泵、膜组件和处理单元； 
该一组以上的海水淡化膜系统的高压泵并联连接后连接一泵组变频器，该泵组变频器通过变压器连接所述发电机。 
如上所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其中， 
所述风电机组还包括： 
叶片，该叶片通过轮毂和主轴连接齿轮箱，且该齿轮箱通过联轴器连接所述发电机。 
如上所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其中，所述风电机组为通过叶片的桨距角改变风电机组的吸收功率的变桨风电机组。 
如上所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其中， 
所述发电机为双馈式发电机。 
如上所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其中，所述风电机组和所述海水淡化膜系统均通过所述兆瓦级风电海水淡化系统的控制装置控制，以及，所述控制装置依据所述风电机组的发电功率优先选择大功率高压泵的原则设置开启或关闭所述海水淡化膜系统的高压泵。 
如上所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其中，所述发电机的定子连接到电网，所述发电机的转子通过一机组变频器连接到电网。 
如上所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其中，所述发电机的定子通过升压变压器连接于所述电网。 
如上所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其中，所述变压器为降压变压器。 
本实用新型的兆瓦级风电海水淡化系统采用兆瓦级风电机组和反渗透海水淡化技术结合，构建一台兆瓦级风电机组为若干组海水淡化膜系统提供电源的风电海水淡化基本单元，并通过重复该基本单元，进而可有效提高并网型风电机组的发电利用率。 
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 
图1为本实用新型中的兆瓦级风电海水淡化系统实施例的结构示意图。 
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 
第一实施例 
本实施例中的兆瓦级风电海水淡化系统包括：至少一组风电机组，每一组风电机组包括一台将机械能转换为电能的发电机； 
一组以上的海水淡化膜系统，该海水淡化膜系统包括通过压力管线依次连接的预处理单元、高压泵、膜组件和处理单元； 
该一组以上的海水淡化膜系统的高压泵并联连接后电连接一泵组变频器，该泵组变频器通过变压器连接所述发电机。本实施例中的变压器优选降压变压器。 
通常，所述风电机组包括：叶片，通过轮毂和主轴连接叶片的齿轮箱；且该齿轮箱通过联轴器连接所述发电机。进一步地，所述发电机的定子连接到电网，所述发电机的转子通过一机组变频器连接到电网。所述发电机的定子通过升压变压器连接于所述电网。 
优选地，在本实施例中，所述风电机组为通过叶片的桨距角改变风电机组的吸收功率的变桨风电机组，以及使用的发电机可选用双馈式发电机。 
另外，所述风电机组和所述海水淡化膜系统(RO系统)均通过所述兆瓦级风电海水淡化系统的控制装置控制，以及，所述控制装置依据所述风电机组的发电功率优先选择大功率高压泵的原则设置开启或关闭所述海水淡化膜系统的高压泵。 
需要说明的是，当前的风电机组已达到兆瓦级，故本实施例主要是将兆瓦级风力发电与海水淡化相结合，构建一台兆瓦级风电机组为若干组RO系统提供电源的风电海水淡化系统的基本单元。当然，如果风电海水淡化系统的规模大于一个基本单元，可将该基本单元进行重复性堆积和推广，进而可有效提高并网型风电机组的发电利用率。 
参照图1所示，图1示出了本实用新型中的兆瓦级风电海水淡化系统实施例的结构示意图，其中，风电机组的工作过程可为：自然风带动风力发电机的叶片22旋转产生机械能，经过风机主轴、齿轮箱23和联轴器(图中未示出)等部件传递到发电机24，带动发电机24旋转将机械能转换为电能。以及，发电机24的定子连接到电网21，发电机24的转子通过一机组变频器25连接到电网21。优选地，发电机24的定子通过升压变压器26连接于电网21。应说明的是，上述电网一方面用于为发电机提供必需的励磁电流，另一方面是当发电机发电量不足但仍需开展海水淡化时，电网将补偿发电机的发电量缺口。 
进一步地，风电机组可选用变桨风电机组，可以通过调节叶片22的桨距角改变风电机组的吸收功率。当风速超过机组的额定风速时，通过叶片22顺桨减少风功率的吸收，避免风电机组的功率过大。因此，风电机组的输出功率是可控的，其自动调节功能可调节风电机组的自动发电功率。优选地，上述的发电机24可为双馈式发电机。 
另外，海水淡化膜系统(RO系统)可包括四个部件：预处理1、高压泵2、膜组件3和后处理4。上述四个部件之间是通过压力管线进行顺序连接的。其中，预处理1是对进料海水5进行处理，通常包括去除悬浮固体，调节PH值，添加临界隐蔽剂以控制结垢等，目的是为了保护海水淡化膜(如半透膜)。高压泵2用于对进料海水加压，以达到适合于海水淡化膜和进料海水所需要的压力，高压泵2属于RO系统的主要耗能部件。膜组件3的核心是半透膜，其可以截留溶解的盐类，允许几乎所有不含盐的水通过。后处理4主要是进行淡化水的稳定处理，包括PH调节和脱气处理等。需要说明的是，海水淡化膜系统使用的原理是反渗透原理，其具体是采用半透膜将含盐浓度不同的两种水分开，在含盐的一侧外加一个压力，使之大于膜两侧的渗透压力差，迫使水从高浓度溶液中析出并透过半透膜进入低盐浓度溶液，进而获得淡水。 
在本实施例中，风电机组的发电机发出的电能通过降压变压器27转变为RO系统中高压泵2的额定电压，之后再通过泵组变频器28为RO系统的高压泵组供电。当然，高压泵组作为风电海水淡化系统的耗能负载，其包含的多个高压泵均是相互独立工作，且该些高压泵为并联连接。即每一基本单元中的高压泵2均是将海水吸入到装有反渗透膜的膜组件3中，依据反渗透原理，海水压力高于它的渗透压，部分水经过反渗透膜渗入淡水7侧，而盐分被反渗透膜阻留在浓水6侧，从而使海水得到脱盐、淡化，淡水7经由后处理4处理后得到产品水8。 
另外，风电机组和所述海水淡化膜系统均通过所述兆瓦级风电海水淡化系统的控制装置(图中未示出)控制，以及，所述控制装置依据所述风电机组的发电功率优先选择大功率高压泵的原则设置开启或关闭所述海水淡化膜系统的高压泵2。也就是说，若风电机组输出功率足够大，将启动第一组RO系统10；若风电机组输出功率仍足以支撑另一组RO系统，则启动第二组RO 系统11；依次类推，直到所有RO系统都已投入运行。在系统运行过程中，若风电机组输出功率过剩，则调整叶片22的迎风角以降低风电机组的输出功率。若风电机组输出功率仍过大，则可通过控制装置关闭其中一台或多台风电机组。 
当风速降低时，则通过叶片22改变桨距角增加风电机组输出功率；当齿轮箱23中飞轮转速低至电网21最低频率时，若风电机组输出功率仍不能维持已连接RO系统的正常运行，则关闭其中一组RO系统(如可关闭第一组RO系统10或关闭第二组RO系统11)；若还不能实现整个风电机组输出功率的平衡，则继续关闭更多组RO系统，直到所有RO系统均已停止运行；此时若需要维持RO系统正常运转，需从电网21中汲取电能进行弥补。 
应说明的是，本实施例中的兆瓦级风电海水淡化系统是依据风电机组发电功率的大小适时选择RO系统的高压泵组中高压泵的组合方式，实现风电机组输出功率利用的最大化，以及使现有风电机组输出功率一定的条件下海水淡化能力的充分发挥。多组RO系统的高压泵的组合方式满足大功率高压泵被优先选择的基本原则，即根据风电功率的大小首先选择最大功率的高压泵的工作数量，然后选择第二大功率高压泵的工作数量，以此类推。 
举例来讲，假如RO系统中配置7台100KW、10台50KW、10台20KW和10台10KW高压泵，共计37组RO系统。当风电机组的输出功率为1500KW时，则高压泵组为上述全部的RO系统的高压泵；当风电机组在某一时间的输出功率仅为870KW时，则高压泵可选为7台100KW、3台50KW和1台20KW的组合方式，共计11个RO系统。 
若上述电网21向RO系统供电，是通过泵组变频器和降压变压器，但泵组变频器和降压变压器无需独立设置，只需共用发电机与RO系统供电的泵组变频器和降压变压器即可。当电网21向RO系统供电时，电网21和发电机一起能够提供足够多的电能，因此，RO系统可以全部启动进行海水淡化，当然这也将取决于海水淡化的需求量，若海水淡化需求量不大，则只需启动 部分RO系统。 
上述实施例中的兆瓦级风电海水淡化系统采用兆瓦级风电机组和反渗透海水淡化技术结合，构建一台兆瓦级风电机组为若干组海水淡化膜系统提供电源的风电海水淡化系统的基本单元，并通过重复该基本单元，进而可有效提高并网型风电机组的发电利用率。 
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (8)

1.一种兆瓦级风电海水淡化系统，其特征在于，包括：
至少一组风电机组，每一组风电机组包括一台将机械能转换为电能的发电机；
一组以上的海水淡化膜系统，该海水淡化膜系统包括通过压力管线依次连接的预处理单元、高压泵、膜组件和处理单元；
该一组以上的海水淡化膜系统的高压泵并联连接后连接一泵组变频器，该泵组变频器通过变压器连接所述发电机。
2.根据权利要求1所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其特征在于，
所述风电机组还包括：叶片，该叶片通过轮毂和主轴连接齿轮箱，且该齿轮箱通过联轴器连接所述发电机。
3.根据权利要求2所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其特征在于，所述风电机组为通过叶片的桨距角改变风电机组的吸收功率的变桨风电机组。
4.根据权利要求3所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其特征在于，
所述发电机为双馈式发电机。
5.根据权利要求1至4任一项所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其特征在于，所述风电机组和所述海水淡化膜系统均通过所述兆瓦级风电海水淡化系统的控制装置控制，以及，所述控制装置依据所述风电机组的发电功率优先选择大功率高压泵的原则设置开启或关闭所述海水淡化膜系统的高压泵。
6.根据权利要求1至4任一项所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其特征在于，所述发电机的定子连接到电网，所述发电机的转子通过一机组变频器连接到电网。
7.根据权利要求6所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其特征在于，所述发电机的定子通过升压变压器连接于所述电网。
8.根据权利要求1至4任一项所述的兆瓦级风电海水淡化系统，其特征在于，所述变压器为降压变压器。 
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