本實用新型涉及一種海水淡化設備，尤其涉及一種風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置。

背景技術：

海水淡化的技術主要包括熱法驅動和膜法驅動兩種，其中熱法驅動的瓶頸在于能源消耗量大，利用太陽能這種清潔能源為海水淡化提供熱能是節(jié)能減排的重要舉措。由于太陽能和風力資源豐富，且具備較好的互補性。在淡水資源匱乏的海島，淡水需求迫切，且島嶼周邊的海水水質好，適合于海水淡化。因此，利用太陽能和風能等新能源為海水淡化的操作進行供電是綜合開發(fā)海島資源的重要研發(fā)方向之一。眾所周知，由于太陽能發(fā)電和風能發(fā)電存在不穩(wěn)定因素，而海水淡化裝置的正常運行是需要較穩(wěn)定的電源供給。如何充分利用好太陽能和風能資源，進行合理的匹配和調度，配合傳統(tǒng)的電網，實現(xiàn)新能源在海水淡化領域的優(yōu)化利用，是目前海水淡化技術研究的其中一重要課題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題為提供一種利用太陽能發(fā)電和風能發(fā)電向海水淡化設備供電，并配合傳統(tǒng)電網進行電能優(yōu)化利用，減少資源浪費。

為了解決上述技術問題，本實用新型中披露了一種風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置，本實用新型的技術方案是這樣實施的：

風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置，包括太陽能集熱器、海水淡化組件、儲能裝置；該海水淡化組件中包括海水淡化器件、輸運設備、介質儲存容器、電加熱器；該海水淡化器件包括筒體、內設于筒體的噴淋裝置以及降膜蒸發(fā)器；該輸運設備包括海水泵、真空泵、海水噴淋泵、濃鹽水泵、給水泵、循環(huán)泵、淡水泵；該介質儲存容器包括濃鹽水罐、淡水箱、原始還水箱；還包括：

電氣控制柜，所述電氣控制柜電性連接于外部的電網供電線路，該電氣控制柜通過多個電力輸出端向輸運設備以及電加熱器供電；

光伏發(fā)電組件，該光伏發(fā)電組件包括呈矩陣排列的多個太陽能光伏板，位于電氣控制柜與太陽能光伏板之間設置有第一逆變器，該第一逆變器交流電輸出端電性連接于電氣控制柜，該第一逆變器的直流電輸入端電性連接于太陽能光伏板；

風力發(fā)電組件，該風力發(fā)電組件包括多個由受風葉輪驅動的發(fā)電機，位于風力發(fā)電組件與電氣控制柜之間依次設置有風力發(fā)電控制器和第二逆變器，該風力發(fā)電控制器用于對發(fā)電機輸出電流進行整流濾波并向第二逆變器的直流電輸入端提供直流電，所述第二逆變器的交流電輸出端電性連接于電氣控制柜。

優(yōu)選地，所述光伏發(fā)電組件還包括直流匯流箱，所述直流匯流箱用于將所有太陽能光伏板并聯(lián)連接，所述直流匯流箱的正極接線端與直流電輸入端的正極接線端電性連接，所述直流匯流箱的負極接線端與直流電輸入端的負極接線端電性連接。

優(yōu)選地，所述風力發(fā)電控制器旁接有蓄電池組件，所述蓄電池組件用于 存儲風力發(fā)電機發(fā)出的電能。

優(yōu)選地，所述風力發(fā)電組件的數(shù)量為多個，每一風力發(fā)電組件與電氣控制柜所形成的每一回路中均設置有第二逆變器和風力發(fā)電控制器。

優(yōu)選地，所述風力發(fā)電控制器中包括二極管整流橋堆以及濾波電容。

優(yōu)選地，該風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置還包括光強度傳感器；所述電氣控制柜上設置有電控單元，所述光強度傳感器用于感知太陽光強度，該光強度傳感器與電控單元通訊連接；所述電氣控制柜與風力發(fā)電組件之間的供電回路中設置有電功率測量儀，所述電功率測量儀與電控單元通訊連接，所述電功率測量儀用于供電控單元獲得風力發(fā)電組件的實時發(fā)電功率數(shù)據(jù)。

一種風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置的供電控制方法，包括以下步驟：

S1：電控單元通過單位時間采樣所獲信號分別感知光伏發(fā)電組件的實時發(fā)電功率P_光，并且通過光強度傳感器感知實時的光輻射強度，設A和B分別為電控單元內設定的兩個臨界光輻射強度數(shù)值，且A＜B；

S2：若實時的光輻射強度≥B，則光伏發(fā)電組件與電網并網并且向該風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置供電；若否，執(zhí)行S3或S5；

S3：若實時的光輻射強度≥A而＜B，則將光伏發(fā)電組件與電網斷開，然后執(zhí)行S41或S42；

S41：若當前外部的熱量收集裝置內存儲熱量足夠，則電控單元發(fā)出指令，讓光伏發(fā)電組件依據(jù)輸出功率與電力負載的自匹配方法為輸運設備供電；

S42：若當前外部的熱量收集裝置內存儲熱量不足，則電控單元發(fā)出指令，讓光伏發(fā)電組件僅為外部的電加熱器供電；

S5：若實時的光照輻射強度＜B，則切斷光伏發(fā)電組件的所有對外供電。

優(yōu)選地，電控單元通過單位時間采樣所獲信號感知和風力發(fā)電組件的實時發(fā)電功率P_風，設P_(n)、P_(n-1)為相鄰的兩個時間節(jié)點所感知的風力發(fā)電組件發(fā)電功率數(shù)值，P_(n)為后一時間節(jié)點所測得的數(shù)值；設E1為電控單元內存儲的用于反映P_(n)、P_(n-1)之間數(shù)值差的第一級偏差閾值，設E2為電控單元內存儲的用于反映P_(n)、P_(n-1)之間數(shù)值差的第二級偏差閾值，E1＜E2，符合以下情形時：

若P_(n)-P_(n-1)的絕對值dp＝0，則電控單元對電氣控制柜內所具有的輸配電組件保持原PWM占空比波形信號；

若0＜dp＜E1，則電控單元將調整采樣時間節(jié)點改為3倍的單位時間，如果恢復至dp＝0，則恢復采樣時間節(jié)點為1倍單位時間；

若E1＜dp＜E2，則電控單元將調整采樣時間節(jié)點改為5倍的單位時間，如果恢復至dp＜E1，則恢復采樣時間節(jié)點為3倍的單位時間；

優(yōu)選地，所述輸出功率與電力負載的自匹配方法為先將該風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置的負載依照使用頻率分為以下三類：

Ⅰ.屬于連續(xù)使用的負載包括循環(huán)泵、給水泵；設P_c為該連續(xù)使用的負載功率總和；

Ⅱ.屬于間歇運行的負載包括首效凝水回水泵、產品水泵、蒸發(fā)器循環(huán)泵、冷卻水排水泵、原料水泵、濃鹽水排水泵、消除過熱泵、潛水泵；設P_i為該間歇運行的負載功率總和；

Ⅲ.屬于開機僅運行一次的負載包括水環(huán)真空泵；設P_o為該開機僅運行一次的負載功率總和；

Ⅳ.屬于隨時備用的負載包括電加熱器；設P_b為該隨時備用的負載功率總和；

所述風力發(fā)電組件的供電功率與光伏發(fā)電組件的供電功率之和P_和的數(shù)值是P_C+P_I+P_O的1.2-1.5倍，在各級負載依次地關閉和恢復工作的控制操作中，依照代數(shù)式P_和＝N*(P_C+P_I+P_O)進行約束，N為1.2～1.5區(qū)間內的任意實數(shù)。

優(yōu)選地，臨界光輻射強度數(shù)值A為200W/m²，臨界光輻射強度數(shù)值B為500W/m²，根據(jù)各負載的使用頻率情況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級別依次地進行卸載，相同級別中的多個負載，依次地進行卸載。

實施本實用新型的有益效果是：

1、利用風力發(fā)電和光伏發(fā)電為海水淡化過程中的輸運設備如海水泵、淡水泵、濃鹽水泵、給水泵等輸運設備進行實時供電，減少對外部電網的依賴；

2、當風能和太陽能未能達到海水淡化設備的運行條件時，通過風力發(fā)電控制器內具有的開關切換至讓蓄電池組件充電，待充電足夠時再此向前述輸運設備供電，充分地將過剩的清潔能源進行最大化、本地化的利用。

3、對實時供電輸出功率進行監(jiān)控和智能調節(jié)，實現(xiàn)電能供給智能化，避免干擾。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一種實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型所述風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置的結構示意圖；

圖2為本實用新型一較優(yōu)實施例的電氣原理圖；

圖3為本實用新型另一較優(yōu)實施例的電氣原理圖；

圖4為本實用新型所述供電控制方法的流程圖；

其中，1、噴淋蒸發(fā)器；11、海水泵；12、真空泵；13、海水噴淋泵；14、濃鹽水泵；2、反射聚焦太陽能光熱裝置；21、反射鏡；22、自動跟蹤太陽裝置；23、熱量收集裝置；24、循環(huán)泵；25、蒸汽發(fā)生器；31、入射太陽光；4、主蒸汽管；41、光伏發(fā)電組件；42、風力發(fā)電組件；43、第一逆變器；44、第二逆變器；45、電氣控制柜；46、風力發(fā)電控制器；5、給水泵；6、淡水儲存罐；7、淡水泵。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1-圖4所示，本實用新型所述的風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置，包括：風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置，包括太陽能集熱器、海水淡化組件、儲能裝置；該海水淡化組件中包括海水淡化器件、輸運設備、介質儲存容器、電加熱器；該海水淡化器件包括筒體、內設于筒體的噴淋裝置以及降膜蒸發(fā)器；該輸運設備包括海水泵11、真空泵12、海水噴淋泵13、濃鹽水泵14、給水泵5、循環(huán)泵24、淡水泵7；該介質儲存容器包括濃鹽水罐、淡水箱、原始還水箱；還包括：電氣控制柜45、光伏發(fā)電組件41、風力發(fā)電組件42。

如圖2所示，所述電氣控制柜45通過導線電性連接于外部的電網供電線路，所述電網為400V的交流電源，該電氣控制柜45通過多個電力輸出端向海水泵11、 真空泵12、海水噴淋泵13、濃鹽水泵14、給水泵5、循環(huán)泵24、淡水泵7等輸運設備以及電加熱器供電；

特別地，如下表所示，本實用新型所述輸運設備的種類也可以不局限于上述所列，可根據(jù)實際情況添加和減少；另一方面，下表依次地列出所述各負載設備對應的單個功率以及數(shù)量。

以下為海水淡化系統(tǒng)中負載設備屬性分類統(tǒng)計表

本實用新型所述光伏發(fā)電組件41包括呈矩陣排列的多個太陽能光伏板，位于電氣控制柜45與太陽能光伏板之間設置有第一逆變器43，該第一逆變器43交流電輸出端電性連接于電氣控制柜45，該第一逆變器43的直流電輸入端電性連接于太陽能光伏板。

本實用新型所述風力發(fā)電組件42包括多個由受風葉輪驅動的發(fā)電機，位于風 力發(fā)電組件42與電氣控制柜45之間依次設置有風力發(fā)電控制器46和第二逆變器44，該風力發(fā)電控制器46用于對發(fā)電機輸出電流進行整流濾波并向第二逆變器44的直流電輸入端提供直流電，所述第二逆變器44的交流電輸出端電性連接于電氣控制柜45。

為了使光伏發(fā)電的電能更穩(wěn)定以及在輸出電能未達到維持海水淡化裝置運行條件時可被臨時存儲，作為一種優(yōu)選的方案，所述光伏發(fā)電組件41還包括直流匯流箱，所述直流匯流箱用于將所有太陽能光伏板并聯(lián)連接，所述直流匯流箱的正極接線端與直流電輸入端的正極接線端電性連接，所述直流匯流箱的負極接線端與直流電輸入端的負極接線端電性連接。

為了讓風力發(fā)電組件所輸出電能在未達到維持海水淡化裝置運行條件時可將被臨時地存儲起來，作為一種優(yōu)選的方案，所述風力發(fā)電控制器旁接有蓄電池組件，所述蓄電池組件用于存儲風力發(fā)電組件42所具有的風力發(fā)電機所發(fā)出的電能。

作為一種優(yōu)選的方案，所述風力發(fā)電組件42的數(shù)量為多個，每一風力發(fā)電組件42與電氣控制柜45所形成的回路中均設置有第二逆變器44和風力發(fā)電控制器46。

為了使得風力發(fā)電組件提供的直流電更穩(wěn)定，作為一種優(yōu)選的方案，所述風力發(fā)電控制器46中包括二極管整流橋堆以及濾波電容。

作為一種優(yōu)選的方案，該風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置還包括光強度傳感器；所述電氣控制柜45上設置有電控單元，該光強度傳感器與電控單元通訊連接；所述電氣控制柜45與風力發(fā)電組件42之間的供電回路中設置有電功率測量儀，所述電功率測量儀與電控單元通訊連接，所述電功率測量儀用于供電控 單元獲得風力發(fā)電組件42的實時發(fā)電功率數(shù)據(jù)。

特別地，所述的風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置的供電控制方法，包括以下步驟：

S1：電控單元通過單位時間采樣所獲信號分別感知光伏發(fā)電組件41的實時發(fā)電功率P_光，并且通過光強度傳感器感知實時的光輻射強度，設A和B分別為電控單元內設定的兩個臨界光輻射強度數(shù)值，且A＜B；

S2：若實時的光輻射強度≥B，則光伏發(fā)電組件41與電網并網并且向該風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置供電；若否，執(zhí)行S3或S5；

S3：若實時的光輻射強度≥A而＜B，則將光伏發(fā)電組件41與電網斷開，然后執(zhí)行S41或S42；

S41：若當前外部的熱量收集裝置內存儲熱量足夠，則電控單元發(fā)出指令，讓光伏發(fā)電組件41依據(jù)輸出功率與電力負載的自匹配方法為輸運設備供電；

S42：若當前外部的熱量收集裝置內存儲熱量不足，則電控單元發(fā)出指令，讓光伏發(fā)電組件41僅為外部的電加熱器供電；

S5：若實時的光照輻射強度＜B，則切斷光伏發(fā)電組件41的所有對外供電。

作為一種優(yōu)選的方案，電控單元通過單位時間采樣所獲信號感知和風力發(fā)電組件的實時發(fā)電功率P_風，設P_(n)、P_(n-1)為相鄰的兩個時間節(jié)點所感知的風力發(fā)電組件42發(fā)電功率數(shù)值，P_(n)為后一時間節(jié)點所測得的數(shù)值；設E1為電控單元內存儲的用于反映P_(n)、P_(n-1)之間數(shù)值差的第一級偏差閾值，設E2為電控單元內存儲的用于反映P_(n)、P_(n-1)之間數(shù)值差的第二級偏差閾值，E1＜E2，符合以下情形時：

若P_(n)-P_(n-1)的絕對值dp＝0，則電控單元對電氣控制柜45內所具有的輸配電組件保持原PWM占空比波形信號；

若0＜dp＜E1，則電控單元將調整采樣時間節(jié)點改為3倍的單位時間，如果恢復至dp＝0，則恢復采樣時間節(jié)點為1倍單位時間；

若E1＜dp＜E2，則電控單元將調整采樣時間節(jié)點改為5倍的單位時間，如果恢復至dp＜E1，則恢復采樣時間節(jié)點為3倍的單位時間；

若dp＞E2，則電控單元發(fā)出指令對電氣控制柜45內所具有的輸配電組件進行PWM占空比波形信號調節(jié)。

如此設計可以避免微小偏差或短暫偏差所引起的干擾，同時，電控單元也不會忽略實質性的、顯著的輸入功率數(shù)值變化，對各工作中的輸運設備及時地作出工作效率的調整。

特別地，本實用新型較優(yōu)實施例中應用到一種風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置的負載控制方法，該風能光能互補發(fā)電的節(jié)能型海水淡化裝置的負載依照使用頻率分為以下三類：

Ⅰ.屬于連續(xù)使用的負載包括循環(huán)泵、給水泵；設P_c為該連續(xù)使用的負載功率總和；

Ⅱ.屬于間歇運行的負載包括首效凝水回水泵、產品水泵、蒸發(fā)器循環(huán)泵、冷卻水排水泵、原料水泵、濃鹽水排水泵、消除過熱泵、潛水泵；設P_i為該間歇運行的負載功率總和；

Ⅲ.屬于開機僅運行一次的負載包括水環(huán)真空泵；設P_o為該開機僅運行一次的負載功率總和；

Ⅳ.屬于隨時備用的負載包括電加熱器；設P_b為該隨時備用的負載功率總和；所述風力發(fā)電組件的供電功率、光伏發(fā)電組件的供電功率之和數(shù)值是P_C+P_I+P_O的1.2-1.5倍。例如，風力發(fā)電組件及光伏發(fā)電組件的實時發(fā)電功率為P’，P’是一個變量，則當前所有輸運設備的負載功率P_C+P_I+P_O保持在(P’/1.5)～(P’/1.2)的數(shù)值之間。

如此設置的目的在于，既保持當前尚未關閉的輸運設備的正常運轉，又可以按照數(shù)值公式判斷繼續(xù)執(zhí)行依次關閉負載，還是執(zhí)行恢復負載工作。

作為一種優(yōu)選的方案，臨界光輻射強度數(shù)值A為200W/m²，臨界光輻射強度數(shù)值B為500W/m²。根據(jù)各負載的使用頻率情況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級別依次地進行卸載，相同級別中的多個負載，依次地進行卸載。

需要指出的是，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。