CN103896350B - 一种海岛海水淡化***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海岛海水淡化***和方法。所述海岛海水淡化***包括电力供应控制***、柴油机余热回收***、低温多效蒸馏***；所述电力供应控制***包括风力发电机及其控制器、柴油发电机及其控制器、逆变器和总控制器；所述柴油机余热回收***包括散热器、换热器和温控三通流量调节阀；低温多效蒸馏***包括低温多效蒸馏器和加热水箱。本发明海岛海水淡化***和方法，与以风电为主、柴发为辅的海岛风/柴互补发电***相配套，采用低温多效蒸馏设备及方法对海水进行淡化；风电充足时，将多余风电实现海水淡化；风电不足时通过柴油发电机余热实现海水淡化；对极其不稳定的风电有非常强的适应性，并保证在不同供电模式下都能实现海水淡化。

Description

一种海岛海水淡化***和方法
技术领域
本发明涉及海水淡化领域，尤其涉及一种海岛海水淡化***和方法。
背景技术
我国海岸线漫长，沿海岛屿星罗棋布。但多数海岛资源性缺水，淡水总量有限；而岛内电力供应***难与大陆电网相连，存在价格高、供电不稳定等问题。因此，水电供应是海岛开发亟待解决的问题。
开发海岛风能是解决海岛电力供应的重要途径。风速在自然界是随机性的，而风力发电机的出力和风速的三次方成正比，因此风电具有强烈的不稳定性。此外，风电出力与负荷需求对应性较差。在我国，每年的七八月正是电网负荷最大的时期，而此时风电场出力一般较小，即季节风电出力与负荷需求对应性较差。在一天之内，晚上的风速比白天大，电网晚上的负荷需求在半夜之后下降，而风电场的出力反而增加，即昼夜风电出力与负荷需求对应性较差。在目前技术条件下，风电的不稳定性需要通过开发多源互补的发电***来解决，而风/柴互补发电***是解决海岛供电稳定性的重要手段。
作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决海岛供水甚至全球水资源危机的重要途径。但是海水淡化也是一种以能源换水资源的技术，能耗问题不容忽视。目前，主流的海水淡化技术主要有反渗透和低温多效蒸馏。反渗透指在高压下将海水通过反渗透膜，让淡水通过而浓盐水截留，从而实现淡化。该技术对海水的预处理要求较高，反渗透膜需要定期清洗和更换，该技术主要消耗电能，总体能耗较低。而低温多效蒸馏是指利用低品位热能，在负压条件和40-70℃温度区间内实现海水多次蒸发的技术。低温多效蒸馏操作负荷可从40％到110％变化，造水比不会下降，弹性较大；前处理较简单，化学药剂消耗较低；***的操作安全可靠，该技术特别适合有废热回收利用的场合。
将多源互补的发电***与海水淡化***结合是解决海岛水电供应难题的理想途径。公开号为CN202040021U的中国实用新型专利公开了一种适用于孤岛电网的兆瓦级风电海水淡化***，其包括：风力发电机、柴油机、离合器、同步发电机、蓄电池组和变频器，其中，风力发电机与变频器电连接，经变频器变频后连接到孤岛电网；柴油机通过离合器与同步发电机相连接，同步发电机与变频器电连接，经变频器变频后连接到孤岛电网，变频器的容量与风力发电机的容量等额匹配；蓄电池组通过双向逆变器与孤岛电网连接；孤岛电网与海水淡化负荷、优先用户负荷和一般用户负荷电连接。
目前，以风电为主、柴发为辅的海岛风/柴互补发电***一般需要通过储能***（如蓄电池）来实现调峰，但是其成本非常高，且效率低。海水淡化也是海岛风/柴互补发电***的重要调峰手段。虽然反渗透法在全球海水淡化市场中占60%左右的份额，但是在海岛海水淡化场合，电能成本较高，在有废热利用的情况下，反渗透的成本远高于低温多效蒸馏。此外，反渗透***中增压泵对供电稳定性要求较高，以风电作为主要能源的海岛供电难以满足其要求。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种与以风电为主、柴发为辅的海岛风/柴互补发电***相配套的低温多效蒸馏海水淡化***和方法。风电充足时，将多余风电加热热源流体，实现低温多效蒸馏海水淡化；风电不足时通过柴油发电机余热实现海水淡化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海岛海水淡化***，包括电力供应控制***、柴油机余热回收***、低温多效蒸馏***；
所述电力供应控制***包括风力发电机、柴油发电机和总控制器，以及与所述风力发电机连接的风力发电机控制器，与柴油发电机连接的柴油发电机控制器，与风力发电机控制器和柴油发电机控制器分别连接的逆变器；所述总控制器与风力发电机控制器、柴油发电机控制器、逆变器和用户负载连接；
所述柴油机余热回收***包括缸套冷却水出水管和缸套冷却水进水管，以及与缸套冷却水进水管和出水管分别相连的散热器和换热器，位于所述缸套冷却水出水管与散热器和换热器相连处的温控三通流量调节阀；所述换热器与低温多效蒸馏***相连；
低温多效蒸馏***包括低温多效蒸馏器和加热水箱，所述低温多效蒸馏器、换热器和加热水箱依次首尾相连；所述加热水箱与总控制器连接。
优选地，所述加热水箱与低温多效蒸馏器之间设有热源给水泵。
优选地，所述缸套冷却水进水管上设有循环水泵。
一种海岛海水淡化方法，使用上述的海岛海水淡化***，包括以下步骤：
1）风力发电机产生的风电通过风力发电机控制器输出，柴油发电机产生的柴电通过柴油发电机控制器输出，通过逆变器将风电或风电和柴电转化成用户所需的电能品质，通过总控制器输送给用户负载；
2）当风电出力大于用户负载需求时，总控制器将多余电力通入加热水箱中，用于加热低温多效蒸馏***的热源流体，热源流体升温达到设定值后，进入低温多效蒸馏器进行海水淡化；同时总控制器将信号传输至柴油发电机控制器，关闭柴油发电机；
3）当风电出力等于用户负载需求时，总控制器切断加热水箱的电力供应，同时总控制器将信号传输至柴油发电机控制器，关闭柴油发电机，海水淡化***停止工作；
4）当风电出力小于用户负载需求时，总控制器切断加热水箱的电力供应，并发送信号至柴油发电机控制器，使柴油发电机启动发电，并根据用户负载需求控制发电量；缸套冷却水通过三通流量调节阀分配进入散热器和换热器，热源流体通过换热器回收缸套冷却水余热后进入加热水箱，再进入低温多效蒸馏器进行海水淡化。
与现有技术相比，本发明海岛海水淡化***及方法具有如下有益效果：
（1）本发明海岛海水淡化***和方法，与以风电为主、柴发为辅的海岛风/柴互补发电***相配套，采用低温多效蒸馏设备及方法对海水进行淡化；风电充足时，将多余风电加热热源流体，实现低温多效蒸馏海水淡化；风电不足时通过柴油发电机余热实现海水淡化；对极其不稳定的风电有非常强的适应性，并保证在不同供电模式下都能实现海水淡化；
（2）将多余风电用于海水淡化，起到“削峰”的作用，同时利用电能可无条件转化为热能及低温多效蒸馏大范围的负荷适应性，使海水淡化***可稳定运行；
（3）柴油发电机除进行发电外，亦其缸套冷却水的余热进行海水淡化，提高能源利用效率，降低成本；
（4）加热水箱既具有加热热源流体的作用，还可起到闭合回路中膨胀水箱的作用，保证管路运行的安全。
附图说明
图1为本发明海水淡化***的结构示意图。
附图中各附图标记如下：
1 风力发电机，       2 风力发电机控制器，     3逆变器，
4 总控制器，         5 柴油发电机控制器，     6 柴油发电机，
7 冷却风扇，         8 温控三通流量调节阀，   9 加热水箱，
10 用户负载，        11 热源给水泵，          12 低温多效蒸馏器，
13 换热器，          14 散热器，              15 循环水泵。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种海岛海水淡化***，包括电力供应控制***、柴油机余热回收***和低温多效蒸馏***。所述电力供应控制***包括风力发电机1、柴油发电机6和总控制器4，以及与所述风力发电机1连接的风力发电机控制器2，与所述柴油发电机6连接的柴油发电机控制器5，与所述风力发电机控制器2和所述柴油发电机控制器5分别连接的逆变器3；所述总控制器4与所述风力发电机控制器2、柴油发电机控制器5、逆变器3和用户负载10连接。
所述风力发电机控制器2用于输出风电，所述柴油发电机控制器5用于输出柴电，所述逆变器3将风电与柴电转化成用户负载10的电力要求后输出，并通过总控制器4分配进入用户负载10或用户负载10和加热水箱9，完成电力的使用。
所述柴油机余热回收***包括缸套冷却水出水管和缸套冷却水进水管，以及与缸套冷却水进水管和出水管分别相连的散热器14和换热器13，位于所述缸套冷却水出水管与散热器14和换热器13相连处的温控三通流量调节阀8；所述换热器13与低温多效蒸馏***相连；所述低温多效蒸馏***包括低温多效蒸馏器12和加热水箱9，所述低温多效蒸馏器12、换热器13和加热水箱9依次首尾相连；所述加热水箱9与总控制器4连接。
所述柴油发电机6的缸套冷却水通过温控三通流量调节阀8分配进入散热器14回路和换热器13回路的流量。进入散热器14回路的冷却水通过柴油发电机6自身的冷却风扇7冷却；而进入换热器13回路的冷却水通过海水淡化***热源循环水冷却。冷却后的柴油机缸套冷却水通过循环水泵15重新注入到柴油发电机6。
所述低温多效蒸馏***的热源流体经过换热器13，回收柴油发电机6的缸套冷却水余热后，经过加热水箱9，并通过热源给水泵11打入低温多效蒸馏器12，作为低温多效蒸馏***的热源，加热海水蒸发进而产生淡水供给用户，降温后的热源流体重新注入换热器13完成循环。
优选地，所述加热水箱9与低温多效蒸馏器12之间设有热源给水泵11。优选地，所述缸套冷却水进水管上设有循环水泵15。
实施例2
本实施例中的海岛海水淡化方法适用于风电出力大于用户负载10所需电能的情形。一种海岛海水淡化方法，使用实施例1所述的海岛海水淡化***，包括以下步骤：风力发电机1产生的风电通过风力发电机控制器2输出，柴油发电机6产生的柴电通过柴油发电机控制器5输出，并通过逆变器3将风电或风电和柴电转化成用户所需的电能品质后，通过总控制器4输送给用户负载10和加热水箱9。
当风电出力大于用户负载10需求时，总控制器4将多余电力通入加热水箱9中，用于加热低温多效蒸馏***的热源流体，同时总控制器4将信号传输至柴油发电机控制器5，关闭柴油发电机6。此时，柴油发电机6处于停机状态，换热器13无余热可回收，仅作为流通管路使用，低温多效蒸馏***的热源流体进入加热水箱9后升温达到低温多效蒸馏***的要求，并通过热源给水泵11打入低温多效蒸馏器12进行海水淡化。本实施例将多余风电用于海水淡化，起到“削峰”的作用，同时利用电能可无条件转化为热能及低温多效蒸馏大范围的负荷适应性，海水淡化***可稳定运行。
实施例3
本实施例中的海岛海水淡化方法适用于风电出力等于用户负载10所需电能的情形。一种海岛海水淡化方法，使用实施例1所述的海岛海水淡化***，包括以下步骤：风力发电机1产生的风电通过风力发电机控制器2输出，柴油发电机6产生的柴电通过柴油发电机控制器5输出，并通过逆变器3将风电或风电和柴电转化成用户所需的电能品质后，通过总控制器4输送给用户负载10。
当风电出力等于用户负载需求时，总控制器4切断加热水箱9的电力供应，同时总控制器4将信号传输至柴油发电机控制器5，关闭柴油发电机6，海水淡化***停止工作。
实施例4
本实施例中的海岛海水淡化方法适用于风电出力小于等于用户负载10所需的电能的情形。一种海岛海水淡化方法，使用实施例1所述的海岛海水淡化***，包括以下步骤：风力发电机1产生的风电通过风力发电机控制器2输出，柴油发电机6产生的柴电通过柴油发电机控制器5输出，并通过逆变器3将风电或风电和柴电转化成用户所需的电能品质后，通过控制器4输送给用户负载10。
当风电出力小于等于用户负载10需求时，总控制器4切断加热水箱9的电力供应，并发送信号至柴油发电机控制器5，使柴油发电机6启动发电，补充风电的不足，起到填谷的作用。此时柴油发电机6启动后，缸套冷却水余热通过三通流量调节阀8分配进入散热器14回路和换热器13回路的流量，低温多效蒸馏***的热源流体通过换热器13回收缸套冷却水余热后，进入加热水箱9，并通过热源给水泵11打入低温多效蒸馏器12进行海水淡化。在本实施例中加热水箱9的加热功能关闭，仅起到闭合回路中膨胀水箱的作用，保证管路运行的安全。同时在风电不足的情况下，充分利用柴油发电机6的余热，亦可进行海水淡化，提高能源利用效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种海岛海水淡化***，其特征在于，包括电力供应控制***、柴油机余热回收***、低温多效蒸馏***；
所述电力供应控制***包括风力发电机、柴油发电机和总控制器，以及与所述风力发电机连接的风力发电机控制器，与柴油发电机连接的柴油发电机控制器，与风力发电机控制器和柴油发电机控制器分别连接的逆变器；所述总控制器与风力发电机控制器、柴油发电机控制器、逆变器和用户负载连接；
所述柴油机余热回收***包括缸套冷却水出水管和缸套冷却水进水管，以及与缸套冷却水进水管和出水管分别相连的散热器和换热器，位于所述缸套冷却水出水管与散热器和换热器相连处的温控三通流量调节阀；所述换热器与低温多效蒸馏***相连；
低温多效蒸馏***包括低温多效蒸馏器和加热水箱，所述低温多效蒸馏器、换热器和加热水箱依次首尾相连；所述加热水箱与总控制器连接；
所述加热水箱与低温多效蒸馏器之间设有热源给水泵；
所述缸套冷却水进水管上设有循环水泵。
2.一种海岛海水淡化方法，使用权利要求1所述的海岛海水淡化***，包括以下步骤：
1)风力发电机产生的风电通过风力发电机控制器输出，柴油发电机产生的柴电通过柴油发电机控制器输出，通过逆变器将风电或风电和柴电转化成用户所需的电能品质，通过总控制器输送给用户负载；
2)当风电出力大于用户负载需求时，总控制器将多余电力通入加热水箱中，用于加热低温多效蒸馏***的热源流体，热源流体升温达到设定值后，进入低温多效蒸馏器进行海水淡化；同时总控制器将信号传输至柴油发电机控制器，关闭柴油发电机；
3)当风电出力等于用户负载需求时，总控制器切断加热水箱的电力供应，同时总控制器将信号传输至柴油发电机控制器，关闭柴油发电机，海水淡化***停止工作；
4)当风电出力小于用户负载需求时，总控制器切断加热水箱的电力供应，并发送信号至柴油发电机控制器，使柴油发电机启动发电，并根据用户负载需求控制发电量；缸套冷却水通过三通流量调节阀分配进入散热器和换热器，热源流体通过换热器回收缸套冷却水余热后进入加热水箱，再进入低温多效蒸馏器进行海水淡化。
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