本發(fā)明涉及一種水電聯(lián)產裝置，屬于新能源利用技術領域。

背景技術：

風能、太陽能等可再生能源的規(guī)?；l(fā)展是我國實現(xiàn)能源結構優(yōu)化調整，實現(xiàn)低碳發(fā)展的重要途徑。然而，風電、光電等可再生能源固有的能量密度低、隨機性、間歇性特點，導致其規(guī)?；⒕W危及電網運行的安全穩(wěn)定，對電網調頻和備用容量規(guī)劃帶來很大挑戰(zhàn)，從而造成目前棄風棄光現(xiàn)象嚴重，影響經濟效益。針對這一問題，國內外陸續(xù)開始嘗試采用網架改造、風光電預測技術、備用容量和大規(guī)模儲能、風能太陽能供暖、風能太陽能海水淡化等手段來解決瓶頸問題。其中，海水淡化屬于高能耗產業(yè)，利用風能和太陽能進行海水淡化既可以生產生活和工業(yè)所需的淡水，又可以解決能源問題，減少環(huán)境污染，是一項很有前景的海水淡化技術，近年來為眾多專家學者所關注。

中國發(fā)明專利“風光互補的海水淡化系統(tǒng)”(申請?zhí)枺篊N201510822463.0；公開號：CN105461133A)提出了一種利用液化天然氣冷能的冷凍脫鹽-風光互補真空膜蒸餾混合的海水淡化系統(tǒng)。系統(tǒng)包括間接接觸式海水淡化系統(tǒng)、直接接觸式膜蒸餾海水淡化系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。其中，間接接觸式海水淡化系統(tǒng)與直接接觸式膜蒸餾海水淡化系統(tǒng)通過管道連接，冷卻系統(tǒng)向間接接觸式海水淡化系統(tǒng)與直接接觸式膜蒸餾海水淡化系統(tǒng)提供冷能。中國發(fā)明專利“海上風光互補海水淡化系統(tǒng)”(申請?zhí)枺篊N201410113281.1；公開號：CN104058473A)提出一種海上風光互補海水淡化系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機、光伏組件、蓄電池、風光控制器、蒸餾裝置，風力發(fā)電機、光伏組和蓄電池分別與風光控制器連接，風光控制器與蒸餾裝置連接，用來控制供給蒸餾裝置的電能。中國發(fā)明專利“風能、太陽能海水淡化系統(tǒng)”(申請?zhí)枺篊N201210467844.8；公開號：CN102923801A)提出了一種新型的蒸餾冷凝發(fā)海水淡化方法，利用太陽嫩直接為海水加熱的熱源，使海水產生水蒸氣，用集氣罩將水蒸氣收攏，由風機輸送到冷凝器中，在冷凝器中水蒸氣被冷凝成淡水，實現(xiàn)海水淡化；風機和冷凝器所需要的動力均來自風力動力源裝置，即利用風能做為動力來源。中國發(fā)明專利“風光互補供能的全直流負載反滲透海水淡化裝置及其方法”(申請?zhí)枺篊N201410711527.5，公開號：CN104445738A)提出了一種風光互補供能的全直流負載反滲透海水淡化裝置及其方法，裝置包括直流風力發(fā)電機、高效陷光膜光伏發(fā)電組件、風光互補控制器、電力緩沖均衡控制模塊、海水汲取泵、海水前處理模塊、反滲透高壓泵、反滲透海水淡化裝置、臭氧殺菌器、海水貯存裝置；高效陷光膜光伏發(fā)電組件和直流風力發(fā)電機產生的電能通過風光互補控制器和電力緩沖均衡控制模塊的互補整流、均衡控制，輸送給海水汲取泵、海水前處理模塊、反滲透高壓泵、反滲透海水淡化裝置、臭氧殺菌器等直流負載，產生的淡水儲存在淡水貯存裝置中。

上述的發(fā)明裝置或方法均采用風能和太陽能實現(xiàn)海水淡化或電、熱、水聯(lián)產，但所用的方法為太陽能直接加熱蒸餾海水、風能輔助系統(tǒng)運行的海水淡化技術，或風能和太陽能均轉化為電能后利用反滲透方法的海水淡化系統(tǒng)。太能能直接加熱蒸餾海水需要用到太陽能真空管換熱器，這種換熱器在大功率輸入時占地面積大，系統(tǒng)連接復雜，另外，海水蒸餾在真空管換熱器中很容易結垢，且不容易清洗，系統(tǒng)運行可靠性差。反滲透技術幾乎是目前所有利用新能源進行海水淡化所采用的技術，這種技術解決了太陽能真空管的缺點，以純電能驅動，系統(tǒng)運行可靠，但反滲透海水淡化需要的前處理要求高，對于像海島以及近海受污染的海域，這種方法并不實用。此外，由于風能和太陽能的間隙性和隨機性的特點，風光電反滲透海水淡水需要按模塊化思想設計，在變功率輸入時關閉或開啟一組或幾組海水淡化裝置以匹配間歇變化的功率，這將增加設備成本，而且海水淡化系統(tǒng)的平均利用率不高，與功率的匹配只能是階梯形的形式進行，不能實現(xiàn)與風電功率的連續(xù)匹配，系統(tǒng)的運行和控制策略也較為復雜。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種利用風能和太陽能的水電聯(lián)產系統(tǒng)，用于平滑間歇性和隨機性波動的風電輸出功率，在提高電網對風電接納能力的同時生產有用的淡水。該系統(tǒng)提高風能的利用效率，使用的方法有效且應用成本較低，能減少在近海和離島等風能豐富的區(qū)域由于無法并網導致的能源浪費并生產居民日常生活所需的淡水。

本發(fā)明的技術方案是：一種利用風能和太陽能的水電聯(lián)產系統(tǒng)，包括連接于連接總線上的風力發(fā)電機、電池儲能裝置、能量分配與控制系統(tǒng)、海水淡化裝置以及供電系統(tǒng)控制器，所述海水淡化裝置連接電池儲能裝置，能量分配與控制系統(tǒng)連接控制電池儲能裝置和供電系統(tǒng)控制器；

所述海水淡化裝置包括蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內頂部設有海水噴淋裝置，所述海水噴淋裝置底部設有兩端分別連接蒸汽進口封頭和凝結淡水出水封頭的換熱管束，所述換熱管束底部濃海水管道，濃海水管道連接濃海水泵、經海水換熱器A連接濃海水排出口；海水噴淋裝置連接海水供水管，海水供水管經海水換熱器A和海水換熱器B連接海水進水泵，所述蒸發(fā)器通過蒸汽管路連接蒸汽壓縮機，所述凝結淡水出水封頭連接淡水輸出管路，淡水輸出管路連接蒸汽進口封頭，淡水輸出管路上設有淡水泵、并經海水換熱器B連接至淡水出口，所述淡水輸出管路還通過補水管路連接太陽能集熱器，所述太陽能集熱器連接補水混合器，補水混合器連接蒸汽進口封頭和蒸汽壓縮機，蒸汽壓縮機連接電池儲能裝置和連接總線。

所述凝結淡水出水封頭連接抽氣真空泵。

旁路管路與所述太陽能集熱器并聯(lián)于補水管路上。

所述蒸汽壓縮機通過電源連接器連接電池儲能裝置和連接總線。

所述蒸發(fā)器內頂部設有除沫器，除沫器通過蒸汽管路連接蒸汽壓縮機。

所述蒸汽壓縮機為變頻機械蒸汽壓縮機。

所述變頻機械蒸汽壓縮機為離心式壓縮機或羅茨式壓縮機。

所述蒸發(fā)器為單效蒸發(fā)器或多效蒸發(fā)器。

本發(fā)明的有益效果是：解決了海島及沿海地區(qū)棄風電問題以及淡水不足的問題，充分利用了不穩(wěn)定的風能生產淡水以及供給電能；利用太陽能補充海水淡化的能量輸入，利用清潔能源提高產水量，降低單位淡水產量的能耗；采用太陽能加熱純淡水補水，利用了太陽能并解決了太陽能海水淡化直接蒸餾海水的結垢問題；系統(tǒng)采用封閉式運行模式，海水淡化系統(tǒng)中泵所需的少量電力能源也由系統(tǒng)供給，除潔凈的風能和太陽能，無需消耗其他能源，綠色環(huán)保；采用變頻的機械式蒸汽壓縮海水淡化系統(tǒng)，對功率變化相應迅速，實現(xiàn)對功率輸入要求的無階梯式連續(xù)調節(jié)，實現(xiàn)對隨機性和間隙性風能的有效利用。

附圖說明

本發(fā)明共有附圖2幅。

圖1為本發(fā)結構明示意圖；

圖2為機械蒸汽壓縮海水淡化系統(tǒng)示意圖。

圖中附圖標記如下：1.風力發(fā)電機；2.能量分配與控制系統(tǒng)；3.連接總線；4.電池儲能裝置；5.海水淡化裝置；6.供電系統(tǒng)控制器；7.太陽能集熱器；8.電源連接器；9.蒸汽壓縮機；10.補水混合器；11.蒸發(fā)器；12.蒸汽進口封頭；13.換熱管束；14.除沫器；15.凝結淡水出水封頭；16.濃海水泵；17.淡水泵；18.海水換熱器A，19.海水換熱器B；20.海水進水泵；21.海水噴淋裝置；22.抽氣真空泵；23.補水管路；24.旁路管路。

具體實施方式

下面結合附圖1和2對本發(fā)明做進一步說明：

一種利用風能和太陽能的水電聯(lián)產系統(tǒng)，包括連接于連接總線3上的風力發(fā)電機1、電池儲能裝置4、能量分配與控制系統(tǒng)2、海水淡化裝置5以及供電系統(tǒng)控制器6，所述海水淡化裝置5連接電池儲能裝置4，能量分配與控制系統(tǒng)2連接控制電池儲能裝置4和供電系統(tǒng)控制器6；

所述海水淡化裝置5包括蒸發(fā)器11，蒸發(fā)器11內頂部設有海水噴淋裝置21，所述海水噴淋裝置21底部設有兩端分別連接蒸汽進口封頭12和凝結淡水出水封頭15的換熱管束13，所述換熱管束13底部濃海水管道，濃海水管道連接濃海水泵16、經海水換熱器A18連接濃海水排出口；海水噴淋裝置21連接海水供水管，海水供水管經海水換熱器A18和海水換熱器B19連接海水進水泵20，所述蒸發(fā)器11通過蒸汽管路連接蒸汽壓縮機9，所述凝結淡水出水封頭15連接淡水輸出管路，淡水輸出管路連接蒸汽進口封頭12，淡水輸出管路上設有淡水泵17、并經海水換熱器B19連接至淡水出口，所述淡水輸出管路還通過補水管路23連接太陽能集熱器7，所述太陽能集熱器7連接補水混合器10，補水混合器10連接蒸汽進口封頭12和蒸汽壓縮機9，蒸汽壓縮機9連接電池儲能裝置4和連接總線3。

所述凝結淡水出水封頭15連接抽氣真空泵22。

旁路管路24與所述太陽能集熱器7并聯(lián)于補水管路23上。

所述蒸汽壓縮機9通過電源連接器8連接電池儲能裝置4和連接總線3。

所述蒸發(fā)器11內頂部設有除沫器14，除沫器14通過蒸汽管路連接蒸汽壓縮機9。

所述蒸汽壓縮機9為變頻機械蒸汽壓縮機。

所述變頻機械蒸汽壓縮機為離心式壓縮機或羅茨式壓縮機。

所述蒸發(fā)器11為單效蒸發(fā)器或多效蒸發(fā)器。

所述電池儲能裝置4采用鋰離子電池或鉛酸電池或液流電池。

所述太陽能集熱器7為真空管式集熱器或平板式太陽能集熱器。

本發(fā)明以風能利用為主，太陽能利用為輔，利用機械蒸汽壓縮海水淡化裝置作為利用和調節(jié)不穩(wěn)定風電的主要手段，實現(xiàn)風能的有效利用。系統(tǒng)根據風速的大小和穩(wěn)定與否，靈活轉換工作模式，減少風能的利用，將不穩(wěn)定的無法利用的風能轉化為淡水存儲。系統(tǒng)可以獨立運行，非常適用于風能資源豐富的海島和海域。太陽能通過加熱純淡水引入而不是直接加熱海水，因此避免了太陽能集熱管的結垢問題，在提高淡水產量的同時，對系統(tǒng)的運行可靠性幾乎沒有影響。

如圖1所示的利用風能和太陽能的水電聯(lián)產系統(tǒng)示意圖，風力發(fā)電機1發(fā)出的電能通過連接總線3輸出，能量分配與控制系統(tǒng)2負責風力發(fā)電機輸出能量的管理：判斷及預測電池儲能裝置4的SOC(剩余電量)，控制電池的SOC在30％-90％范圍內工作；控制及管理海水淡化裝置5的能量輸入，在風速較大且穩(wěn)定時段，開啟供水和供電雙模式工作，調節(jié)供應給海水淡化裝置5的輸入功率，在滿足供水條件下，平滑供電輸出，在風速較小或風速波動較大時，通過供電系統(tǒng)控制器6關閉供電模式，風力發(fā)電機1所發(fā)出的能量除部分補充給電池儲能系統(tǒng)外，均供應給海水淡化裝置5，盡可能多的產生淡水，將無法利用的不穩(wěn)定風能轉化為淡水。海水淡化裝置5中所有的泵所需電力能源由電池儲能裝置4供給。太陽能集熱器7通過加熱補水，提高蒸發(fā)器入口蒸汽的焓值，增強海水淡化裝置5的產水能力。

如圖2所示的機械蒸汽壓縮海水淡化系統(tǒng)示意圖，補水通過補水管路23由海水淡化裝置5的淡水出口至太陽能集熱器7。特殊情況下，如集熱器檢修，補水可以通過旁路管路24不經過太陽能集熱器7。補水進入補水混合器10與蒸汽壓縮機9出口的過熱蒸汽混合后進入蒸發(fā)器11的蒸汽進口封頭12內，流量經封頭的分配，進入蒸發(fā)器11的換熱管束13內。蒸汽在換熱管束13內加熱從海水噴淋裝置21噴淋到換熱管外的海水，蒸汽放熱冷凝成為淡水，進入凝結淡水出水封頭15，而管外海水被加熱蒸發(fā)，生成二次蒸汽。二次蒸汽通過除沫器14過濾掉夾帶的液滴后進入蒸汽壓縮機9。壓縮機通過電源連接器8接入系統(tǒng)的連接總線3，并由系統(tǒng)的能量分配與控制系統(tǒng)2控制功率輸入。蒸發(fā)器11換熱管內的凝結淡水，通過淡水泵17引出蒸發(fā)器11，而蒸發(fā)后的濃海水通過濃海水泵16引出蒸發(fā)器11，并分別通過海水換熱器A18和海水換熱器B19與由海水進水泵20引入的新鮮海水進行熱交換，預熱新鮮海水，提高進入蒸發(fā)器11的海水焓值。預熱后的海水由蒸發(fā)器11頂端引入蒸發(fā)器11中的海水噴淋裝置21。蒸發(fā)器11的凝結淡水出口封頭16上部連接真空抽氣管路并與抽氣真空泵22相連，抽氣真空泵22抽取海水中的不凝結氣體，并產生一定的負壓，控制蒸發(fā)器11中的蒸發(fā)溫度。蒸發(fā)器11可以為單效蒸發(fā)器，也可以為多效蒸發(fā)器。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。