CN104150563A - 可移动式风力太阳能海水淡化集成***及其使用方法 - Google Patents

可移动式风力太阳能海水淡化集成***及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及海水淡化领域，具体为一种可移动式风力太阳能海水淡化集成***及其使用方法。该集成***包括：风光发电***、能量管理***、反渗透海水淡化***和无线传输***，风光发电***的太阳能电池板、风力发电机、蓄电池分别与能量管理***连接，风光发电***的输出端与反渗透海水淡化***连接，反渗透海水淡化***的传感器与无线传输***通讯连接。本发明能够解决风力、太阳能发电***的能源管理、海水淡化***的优化运行、通过无线网络的远程监控，提高海水淡化***最优运行。

Description

可移动式风力太阳能海水淡化集成***及其使用方法
技术领域
本发明涉及海水淡化领域，具体为一种可移动式风力太阳能海水淡化集成***及其使用方法。
背景技术
淡水资源是人类生存必备的条件，在淡水缺乏的今天，人们通过海水淡化提供人类所需的淡水资源，而海水淡化***需要消耗大量的能源。在内陆沿海地区，海水淡化***所需的大量能源可以通过电网、核电等方式解决，在急需用水附近或远离内陆的海岛，没有电网无法提供海水淡化所需的能源。
通过离网风力发电提供给海水淡化装置与蓄电池，如：中国专利申请201210057050.4(公开号CN103086445A)公开了一种非并网风电海水淡化装置，在风机提供的电量无法满足海水淡化***运行时，风机与蓄电池同时向海水淡化装置供电。这种供电形势单一，电源的后备保障低，不能保证海水淡化***的持续运行，容易造成蓄电池的过放电，减少蓄电池的使用寿命。造成能源管理***效率低、运行和维修费用高。
现有海水淡化***固定在安装地点，***配置管路复杂，安装后不能随意调节移动，且海岛上不具备作业条件，无法顺利的安装海水淡化***。
海水淡化***运行复杂，***需要检测和监测的数据众多，如不及时发现数据波动，将会影响产水质量，甚至是***器件的损坏，对于现有移动式海水淡化装置，在无网络和通讯的环境中，很难及时的监测***的运行状况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可移动式风力太阳能海水淡化集成***及其使用方法，能够解决风力、太阳能发电***的能源管理、海水淡化***的优化运行、通过无线网络的远程监控，提高海水淡化***最优运行。
本发明的技术方案是：
一种可移动式风力太阳能海水淡化集成***，该集成***包括：风光发电***、能量管理***、反渗透海水淡化***和无线传输***，风光发电***的太阳能电池板、风力发电机、蓄电池分别与能量管理***连接，风光发电***的输出端与反渗透海水淡化***连接，反渗透海水淡化***的传感器与无线传输***通讯连接。
所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，风光发电***包括：安装在箱体外的风力发电机和太阳能电池板，以及整流器、风光发电控制器、蓄电池、逆变器，风力发电机的输出端经整流器连至风光发电控制器，太阳能电池板的输出端连至风光发电控制器，风光发电控制器分别与逆变器、蓄电池连接，逆变器将直流电转换成交流电供给海水淡化***。
所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，反渗透海水淡化***采用反渗透膜技术，分成干路和独立膜净化支路，每个独立膜净化支路包括：高压泵、反渗透膜组件、能量回收装置、循环增压泵和相应的传感器，高压泵、传感器和反渗透膜组件串联于管路上，能量回收装置、循环增压泵与反渗透膜组件并联于管路上。
所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，与独立膜净化支路连接的干路上，依次设置海水泵、水澄清池、水澄清池泵、水预处理池；海水泵的入口管路与海水连通，水预处理池出口与独立膜净化支路相通的管路与反冲洗泵的一端管路连接，反冲洗泵的另一端管路与反冲洗水箱连通。
所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，无线传输***采用Zigbee通讯技术，使反渗透海水淡化***的各种传感器与无线传感器节点通讯，无线传感器节点通过Zigbee通讯技术，与中央控制器连接；中央控制器通过GPRS通讯技术，与远程控制器连接。
所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，传感器为压力传感器、流速传感器、流量传感器、温度传感器、电压传感器或电流传感器。
所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，该集成***备有柴油发电机和燃料箱，作为风光发电***的补充或替代能源。
所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***的使用方法，具体如下：
(1)风光发电***产生的电力包括：风力发电机将风能转换成电能，太阳能电池板通过太阳光辐射到电池板上产生电能，将产生的电能通过风光发电控制器，风光发电控制器分别与逆变器、蓄电池连接，逆变器将直流电转换成交流电供给海水淡化***；
(2)反渗透海水淡化***由海水泵将源海水输送到水澄清池中进行处理，处理后的水再通过水澄清池泵输送给水预处理环节，通过水预处理池的预处理达到反渗透膜组件所需要条件的水质；各个独立膜净化支路设有能量回收装置，将通过反渗透膜组件的高压浓盐水输出为低压浓盐水，进而回收能量；同时，低压海水经过能量回收装置后，使用所回收的能量输出高压海水，通过循环增压泵，增压到与高压泵出水相同的压力，共同给反渗透膜组件提供高压海水；
(3)能量管理***监测风力发电机、太阳能电池板的发电情况，一部分风电能直接通过风光发电控制器与逆变器连接，给海水淡化***供电；
(4)反渗透海水淡化***中的传感器对***运行进行在线监测，信号传输采用先进的Zigbee无线通讯和GPRS通讯技术；无线传输***采用Zigbee通讯技术，实现各种传感器与无线传感器节点通讯，无线传感器节点通过Zigbee通讯技术，与中央控制器连接，实现对***中数据和控制功能；中央控制器通过GPRS通讯技术，与远程控制器连接，***采用GPRS通讯技术使远程控制器实现对中央控制器的远程控制。
所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***的使用方法，当发电过剩时或蓄电池过放电时，能量管理***控制风光发电控制器给蓄电池供电，进行存储多余电能和保护蓄电池使用寿命；当风力发电机、太阳能电池板发的电无法满足反渗透海水淡化***运行电能时，能量管理***通过控制风光发电控制器将蓄电池中储存的电能释放出来，共同供电；当以风力发电、太阳能发电为主时，如果电量还是无法满足反渗透海水淡化***运行电能时，能量管理***会根据发电情况逐级将反渗透海水淡化***的独立膜净化支路停运，当电量能够满足时，会逐级并入独立膜净化支路。
所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***的使用方法，当***运行一段时间后，***产水量或产水质量下降时，需要通过反冲洗泵从反冲洗水箱中将水循环到各个独立膜净化支路中，对各支路中的反渗透膜组件进行清洗。
本发明的设计思想是：
本发明可移动式风力太阳能海水淡化集成***，将风力和太阳能发电***(风光发电***)、能量管理***、反渗透海水淡化***和无线传输***有机地结合，通过无线传输***的Zigbee无线通讯技术和GPRS无线通讯技术，可以完成风光发电***的箱体中管路中传感器信号与中央控制器相连。同时，能量控制管理***对风力发电、太阳能发电、蓄电池状态进行管理和控制，通过电量状态对每个独立膜净化支路进行启停控制。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明的能源采用风力发电机和太阳能电池板发电，太阳能和风能在时间上的互补性使发电***在资源上具有最佳的匹配性，***配备蓄电池，提高供电***连续性、稳定性和可靠性。通过能量管理***实现能源的利用管理，减少蓄电池的使用，降低了维护投资成本。
2、本发明的反渗透海水淡化***采用独立分组控制，保证了在电能满足的条件下，启动相应数量的独立膜净化支路，保证供水的稳定和保护了***中泵、阀等器件的安全。***采用能量回收装置，提高了能源的利用率。
3、本发明信号传输采用先进的Zigbee无线通讯和GPRS通讯技术，保证了***数据的可靠传输，实现了异地在线数据的实时监测。
附图说明
图1为本发明可移动式风力太阳能海水淡化集成***的外部结构示意图。
图2为图1中的箱体内部布置图。
图3为本发明可移动式风力太阳能海水淡化集成***的结构示意图。
图4为本发明基于ZigBee技术的数据无线传输***示意图。
图中，1-太阳能电池板；2-风力发电机；3-箱体；4-燃料箱；5-柴油发电机；6-能量管理***；7-蓄电池；8-反渗透海水淡化***；9-反冲洗水箱；10-海水泵；11-水澄清池泵；12-反冲洗泵；13-高压泵；14-循环增压泵；15-反渗透膜组件；16-能量回收装置；17-传感器；18-逆变器；19-风光发电控制器；20-整流器。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明可移动式风力太阳能海水淡化集成***，主要包括：风力和太阳能发电***(风光发电***)、能量管理***(EMS)、反渗透海水淡化***和无线传输***，风光发电***的太阳能电池板1、风力发电机2、柴油发电机5、蓄电池7分别与能量管理***6连接，风光发电***的输出端与反渗透海水淡化***8连接，反渗透海水淡化***8的传感器17与无线传输***通讯连接。
如图3所示，本发明可移动式风力太阳能海水淡化集成***的结构如下：
所述风光发电***包括：安装在箱体3外的风力发电机2和太阳能电池板1，以及整流器20、风光发电控制器19、蓄电池7、逆变器18和柴油发电机5等，风力发电机2的输出端经整流器20连至风光发电控制器19，太阳能电池板1的输出端连至风光发电控制器19。本发明产生的电力包括：风力发电机2将风能转换成电能，太阳能电池板1通过太阳光辐射到电池板上产生电能，将产生的电能通过风光发电控制器19，风光发电控制器19分别与逆变器18、蓄电池7连接，逆变器18将直流电转换成交流电供给海水淡化***。
所述反渗透海水淡化***采用反渗透膜技术，分成一个干路和若干个独立膜净化支路(支路至少一个)，每个独立膜净化支路包括：高压泵13、反渗透膜组件15、能量回收装置16、循环增压泵14和相应的传感器17等，高压泵13、传感器17和反渗透膜组件15串联于管路上，能量回收装置16、循环增压泵14与反渗透膜组件15并联于管路上。与独立膜净化支路连接的干路上，依次设置海水泵10、水澄清池、水澄清池泵11、水预处理池。海水泵10的入口管路与海水连通，水预处理池出口与独立膜净化支路相通的管路与反冲洗泵12的一端管路连接，反冲洗泵12的另一端管路与反冲洗水箱9连通。
反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而，在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。本发明中，反渗透海水淡化***主要由海水泵10将源海水输送到水澄清池中进行处理，处理后的水再通过水澄清池泵11输送给水预处理环节，通过水预处理池的预处理达到反渗透膜组件15所需要条件的水质。各个独立膜净化支路设有能量回收装置16，将通过反渗透膜组件15的高压浓盐水(4～7MPa左右)输出为低压浓盐水(1～2MPa左右)，进而回收能量；同时，低压海水(1～2MPa左右)经过能量回收装置16后，能量回收装置16将所回收的能量传递给低压海水，使用所回收的能量输出高压海水(4～7MPa左右)，通过循环增压泵14，增压到与高压泵13出水相同的压力，共同给反渗透膜组件15提供高压海水，节约了能源。当***运行一段时间后，***产水量或产水质量下降时，需要通过反冲洗泵12从反冲洗水箱9中将水循环到各个独立膜净化支路中，对各支路中的反渗透膜组件15进行清洗，提高产水量和产水品质。
所述能量管理***6分别与太阳能电池板1、风力发电机2、柴油发电机5、蓄电池7连接，能量管理***6监测风力发电机2、太阳能电池板1的发电情况，一部分风电能直接通过风光发电控制器19与逆变器18连接，给海水淡化***供电。蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。当发电过剩时或蓄电池7过放电时，能量管理***6控制风光发电控制器19给蓄电池7供电，进行存储多余电能和保护蓄电池7使用寿命。当风力发电机2、太阳能电池板1发的电无法满足反渗透海水淡化***运行电能时，能量管理***6通过控制风光发电控制器19将蓄电池7中储存的电能释放出来，共同供电。当以风力发电、太阳能发电为主时，如果电量还是无法满足反渗透海水淡化***运行电能时，能量管理***6会根据发电情况逐级将反渗透海水淡化***的独立膜净化支路停运，当电量能够满足时，会逐级并入独立膜净化支路。
***备有柴油发电机5和燃料箱4，保证在风电、光电无法提供电能，又急需用水时，提供充足的电能。
如图2所示，燃料箱4、柴油发电机5、能量管理***6、蓄电池7、反渗透海水淡化***8、反冲洗水箱9等设置于箱体3内。
如图4所示，反渗透海水淡化***中有大量的传感器17(如：压力传感器、流速传感器、流量传感器、温度传感器、电压传感器、电流传感器等)对***运行进行在线监测，信号传输采用先进的Zigbee无线通讯和GPRS通讯技术。无线通讯网络(无线传输***)采用Zigbee通讯技术，实现各种传感器17与无线传感器节点通讯，无线传感器节点通过Zigbee通讯技术，与中央控制器连接，实现对***中数据和控制功能。中央控制器通过GPRS通讯技术，与远程控制器连接，***采用GPRS通讯技术使远程控制器实现对中央控制器的远程控制。
本发明中，能量管理***、中央控制器、远程控制器采用常规技术，风光发电控制器采用常规的发电控制器，能量回收装置为海水淡化常用的能量回收装置。

Claims (10)

1.一种可移动式风力太阳能海水淡化集成***，其特征在于，该集成***包括：风光发电***、能量管理***、反渗透海水淡化***和无线传输***，风光发电***的太阳能电池板、风力发电机、蓄电池分别与能量管理***连接，风光发电***的输出端与反渗透海水淡化***连接，反渗透海水淡化***的传感器与无线传输***通讯连接。
2.按照权利要求1所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，其特征在于，所述风光发电***包括：安装在箱体外的风力发电机和太阳能电池板，以及整流器、风光发电控制器、蓄电池、逆变器，风力发电机的输出端经整流器连至风光发电控制器，太阳能电池板的输出端连至风光发电控制器，风光发电控制器分别与逆变器、蓄电池连接，逆变器将直流电转换成交流电供给海水淡化***。
3.按照权利要求1所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，其特征在于，所述反渗透海水淡化***采用反渗透膜技术，分成干路和独立膜净化支路，每个独立膜净化支路包括：高压泵、反渗透膜组件、能量回收装置、循环增压泵和相应的传感器，高压泵、传感器和反渗透膜组件串联于管路上，能量回收装置、循环增压泵与反渗透膜组件并联于管路上。
4.按照权利要求3所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，其特征在于，与独立膜净化支路连接的干路上，依次设置海水泵、水澄清池、水澄清池泵、水预处理池；海水泵的入口管路与海水连通，水预处理池出口与独立膜净化支路相通的管路与反冲洗泵的一端管路连接，反冲洗泵的另一端管路与反冲洗水箱连通。
5.按照权利要求1所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，其特征在于，无线传输***采用Zigbee通讯技术，使反渗透海水淡化***的各种传感器与无线传感器节点通讯，无线传感器节点通过Zigbee通讯技术，与中央控制器连接；中央控制器通过GPRS通讯技术，与远程控制器连接。
6.按照权利要求1、3或5所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，其特征在于，传感器为压力传感器、流速传感器、流量传感器、温度传感器、电压传感器或电流传感器。
7.按照权利要求3所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***，其特征在于，该集成***备有柴油发电机和燃料箱，作为风光发电***的补充或替代能源。
8.一种权利要求1所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***的使用方法，其特征在于：
(1)风光发电***产生的电力包括：风力发电机将风能转换成电能，太阳能电池板通过太阳光辐射到电池板上产生电能，将产生的电能通过风光发电控制器，风光发电控制器分别与逆变器、蓄电池连接，逆变器将直流电转换成交流电供给海水淡化***；
(2)反渗透海水淡化***由海水泵将源海水输送到水澄清池中进行处理，处理后的水再通过水澄清池泵输送给水预处理环节，通过水预处理池的预处理达到反渗透膜组件所需要条件的水质；各个独立膜净化支路设有能量回收装置，将通过反渗透膜组件的高压浓盐水输出为低压浓盐水，进而回收能量；同时，低压海水经过能量回收装置后，使用所回收的能量输出高压海水，通过循环增压泵，增压到与高压泵出水相同的压力，共同给反渗透膜组件提供高压海水；
(3)能量管理***监测风力发电机、太阳能电池板的发电情况，一部分风电能直接通过风光发电控制器与逆变器连接，给海水淡化***供电；
(4)反渗透海水淡化***中的传感器对***运行进行在线监测，信号传输采用先进的Zigbee无线通讯和GPRS通讯技术；无线传输***采用Zigbee通讯技术，实现各种传感器与无线传感器节点通讯，无线传感器节点通过Zigbee通讯技术，与中央控制器连接，实现对***中数据和控制功能；中央控制器通过GPRS通讯技术，与远程控制器连接，***采用GPRS通讯技术使远程控制器实现对中央控制器的远程控制。
9.按照权利要求8所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***的使用方法，其特征在于，当发电过剩时或蓄电池过放电时，能量管理***控制风光发电控制器给蓄电池供电，进行存储多余电能和保护蓄电池使用寿命；当风力发电机、太阳能电池板发的电无法满足反渗透海水淡化***运行电能时，能量管理***通过控制风光发电控制器将蓄电池中储存的电能释放出来，共同供电；当以风力发电、太阳能发电为主时，如果电量还是无法满足反渗透海水淡化***运行电能时，能量管理***会根据发电情况逐级将反渗透海水淡化***的独立膜净化支路停运，当电量能够满足时，会逐级并入独立膜净化支路。
10.按照权利要求8所述的可移动式风力太阳能海水淡化集成***的使用方法，其特征在于，当***运行一段时间后，***产水量或产水质量下降时，需要通过反冲洗泵从反冲洗水箱中将水循环到各个独立膜净化支路中，对各支路中的反渗透膜组件进行清洗。
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