本發(fā)明涉及一種集風(fēng)能光能和海水蓄能于一體的反滲透海水淡化裝置，屬于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)、海水抽水蓄能技術(shù)、海水淡化技術(shù)、智能控制技術(shù)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國有很多偏離大陸的小型海島（面積在500m2～5km2，約占全國海島總數(shù)的98%），電網(wǎng)很難到達(dá)，大部分地區(qū)采用柴油機(jī)發(fā)電，隨著石油的短缺和油價的上漲，發(fā)電成本飛速上漲，電能的緊缺接制約了小型海島的經(jīng)濟(jì)開發(fā)和居民的日常生活。有些島嶼甚至逐漸被荒廢，大部分小型海島都面臨這種電力短缺及吃水困難等問題。而海島地區(qū)風(fēng)能資源豐富，為解決偏遠(yuǎn)地區(qū)用電提供了良好的先天條件。針對這些情況，現(xiàn)在的海島多采用風(fēng)能進(jìn)行供電。

目前的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)一般采用蓄電池蓄能，但蓄電池壽命短、成本高、有污染，且不能大量儲存電能。而海水抽水蓄能不僅像常規(guī)抽水蓄能可以大量儲存電能、調(diào)峰填谷，且啟動迅速、爬坡卸荷速度快、運(yùn)行靈活可靠，還具有不依賴淡水資源、建設(shè)成本低、能量生產(chǎn)可靠和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。其快速轉(zhuǎn)變的靈活性可彌補(bǔ)島上風(fēng)能太陽能的隨機(jī)性和不均勻性，為系統(tǒng)提供更多的調(diào)峰填谷容量和調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用電源等。因此，采用海水抽水蓄能對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行蓄能。由于抽水蓄能機(jī)組的啟動和停止需要一定的時間，且可逆式水泵水輪機(jī)存在‘s’不穩(wěn)定區(qū)，在這時間段內(nèi)，系統(tǒng)失電或者電能無法消耗，所以，系統(tǒng)配置一定量的蓄電池，既解決了上述問題，同時也可以平衡一定的系統(tǒng)能量。

將海水淡化與可再生能源系統(tǒng)結(jié)合，能夠有效解決島上的用能、用水問題，且海水淡化具有很好的適應(yīng)性和可調(diào)度性，能夠解決負(fù)荷與出力的匹配問題。海水淡化具有可變負(fù)荷、可調(diào)節(jié)、高耗能的特點(diǎn)。與可再生能源結(jié)合，當(dāng)出力大的時候，多產(chǎn)水；出力小的時候，少產(chǎn)水。能夠一定程度上適應(yīng)可再生能源的出力波動，在系統(tǒng)的能量平衡方面承擔(dān)重要的角色。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種集風(fēng)能光能和海水蓄能于一體的反滲透海水淡化裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種集風(fēng)能光能和海水蓄能于一體的反滲透海水淡化裝置，包括閥門、光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、逆變器、控制器、高位蓄水池、低位蓄水池、可逆式水泵水輪機(jī)組、蓄電池和負(fù)載；所述光伏陣列包括若干個等間距分布的光伏發(fā)電板，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)、所述光伏陣列均固定設(shè)置在地面上，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)、所述光伏陣列分別電連接所述逆變器；所述逆變器電連接所述控制器，所述高位蓄水池開設(shè)在高于所述低位蓄水池的地方，所述高位蓄水池開設(shè)連通所述低位蓄水池的通道，所述通道上安裝所述閥門，所述可逆式水泵水輪機(jī)組安裝在所述通道上；所述逆變器、所述可逆式水泵水輪機(jī)組、所述負(fù)載、所述蓄電池分別電連接所述控制器，所述負(fù)載電連接所述蓄電池。

優(yōu)先地，所述高位蓄水池的位置高于所述低位蓄水池100-200米。

優(yōu)先地，所述可逆式水泵水輪機(jī)組包括水泵工況和水輪機(jī)工況，所述水泵工況包括水泵、進(jìn)水管和出水管，所述水泵的進(jìn)水口通過所述進(jìn)水管連通所述低位蓄水池，所述水泵的出水口通過所述出水管連通所述高位蓄水池；所述水輪機(jī)工況包括水輪機(jī)，所述水輪機(jī)固定設(shè)置在所述通道上。

優(yōu)先地，包括反滲透海水淡化裝置，所述反滲透海水淡化裝置包括取水系統(tǒng)、預(yù)處理模塊、反滲透脫鹽模塊和后處理模塊，所述取水系統(tǒng)包括取水管、取水泵和取水箱，所述取水泵安置在所述取水管上，所述取水管的一端連通所述低位蓄水池，所述取水管的另一端連通所述取水箱，所述取水箱連通所述預(yù)處理模塊，所述預(yù)處理模塊連通所述反滲透脫鹽模塊，所述后處理模塊安裝在所述反滲透脫鹽模塊上。

優(yōu)先地，所述預(yù)處理模塊包括抽水管、給水泵、多介質(zhì)過濾器和保安過濾器，所述取水箱通過所述抽水管連通所述多介質(zhì)過濾器，所述給水泵安裝在所述抽水管上，所述多介質(zhì)過濾器連通所述保安過濾器，所述保安過濾器連通所述反滲透脫鹽模塊。

優(yōu)先地，所述多介質(zhì)過濾器型號為hky-dzl08；所述保安過濾器為袋式過濾器。

優(yōu)先地，所述反滲透脫鹽模塊包括進(jìn)水管、高壓泵、反滲透膜組件和產(chǎn)水水箱，所述保安過濾器通過所述進(jìn)水管連通所述反滲透膜組件,所述高壓泵安裝在所述進(jìn)水管上，所述反滲透膜組件連通所述產(chǎn)水水箱。

優(yōu)先地，所述后處理模塊包括能量回收裝置，所述能量回收裝置為px-45s正位移式壓力交換器，所述保安過濾器出水口、所述反滲透膜組件出水口分別連通所述能量回收裝置進(jìn)水口，所述能量回收裝置出水口連通所述反滲透膜組件進(jìn)水口。

優(yōu)先地，所述反滲透膜組件采用八個陶氏海水膜元件分裝在四個壓力膜殼內(nèi)，四個壓力膜殼依次從上向下疊加排列，所述高壓泵連通四個所述壓力膜殼的左端，四個所述壓力膜殼的右端連通所述產(chǎn)水水箱。

優(yōu)先地，所述陶氏海水膜元件為sw30hrle-400型號；所述壓力膜殼采用r8040c100s-4w,1000psi,4芯。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

（1）本發(fā)明中抽水蓄能裝置能夠大量儲存電能，利用海水作為低位蓄水池，節(jié)約建設(shè)成本，且與常規(guī)抽水蓄能裝置一樣，可以調(diào)峰填谷、機(jī)組啟停迅速、運(yùn)行靈敏可靠，其迅速轉(zhuǎn)變的特性可彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定性，為系統(tǒng)提供更多的調(diào)峰填谷容量和調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用電源等，同時具有能量生產(chǎn)可靠和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明巧妙地將抽水蓄能與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合，一方面可以代替蓄電池對整個系統(tǒng)進(jìn)行儲能，另一方面也提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性；系統(tǒng)中仍配備了蓄電池，用來承擔(dān)瞬時峰荷，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；針對海島中缺乏淡水的問題，該系統(tǒng)結(jié)合了海水淡化裝置，有效地解決了海島用淡水的問題。

（2）本發(fā)明裝置針對小型海島上的常規(guī)能源匱乏、缺乏電能和淡水等問題，不僅能有效利用當(dāng)?shù)刎S富的風(fēng)能、太陽能資源和海水資源，利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，海水抽水蓄能電站與蓄電池結(jié)合儲能，供給海水淡化裝置產(chǎn)生淡水。在系統(tǒng)中風(fēng)能和太陽能供給負(fù)荷有多余電能時，利用可逆式水泵水輪機(jī)的水泵工況進(jìn)行抽水，將低位蓄水池的海水抽到高位蓄水池，將多余的電能變成水能儲存起來；在風(fēng)能和太陽能供給負(fù)荷電能不足時，利用可逆式水泵水輪機(jī)的水輪機(jī)工況進(jìn)行發(fā)電，將水能變成電能，連接海水淡化裝置供給負(fù)載。既解決當(dāng)?shù)仉娔芫o缺的問題，也能夠為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┑?。本系統(tǒng)穩(wěn)定、環(huán)保，運(yùn)行成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的剖視圖；

圖2是本發(fā)明中反滲透海水淡化裝置的原理框圖；

圖3是本發(fā)明中風(fēng)能、光能和海水抽蓄一體化的示意圖。

圖中，1-光伏陣列，2-風(fēng)力發(fā)電機(jī)，3-逆變器，4-控制器，5-高位蓄水池，6-可逆式水泵水輪機(jī)組，7-低位蓄水池，8-蓄電池，9-負(fù)載，10-水泵工況，11-水輪機(jī)工況，12-高山，13-取水系統(tǒng)，14-給水泵，15-多介質(zhì)過濾器，16-保安過濾器，17-高壓泵，18-反滲透膜組件，19-產(chǎn)水水箱，20-能量回收裝置，21-取水箱，22-預(yù)處理模塊，23-反滲透脫鹽模塊，24-后處理模塊，25-控制模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種集風(fēng)能光能和海水蓄能于一體的反滲透海水淡化裝置，包括閥門、光伏陣列1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)2、逆變器3、控制器5、高位蓄水池5、低位蓄水池7、可逆式水泵水輪機(jī)組6、蓄電池8和負(fù)載9；光伏陣列1包括若干個等間距分布的光伏發(fā)電板，風(fēng)力發(fā)電機(jī)2、光伏陣列1均固定設(shè)置在地面上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)2、光伏陣列1分別電連接逆變器3；逆變器3電連接控制器5，高位蓄水池5開設(shè)在高于低位蓄水池7的地方，高位蓄水池5開設(shè)連通低位蓄水池7的通道，通道上安裝閥門，可逆式水泵水輪機(jī)組6安裝在通道上；逆變器3、可逆式水泵水輪機(jī)組6、負(fù)載9、蓄電池8分別電連接控制器4，負(fù)載9電連接蓄電池8。

進(jìn)一步地，高位蓄水池5的位置高于低位蓄水池7達(dá)100-200米。

進(jìn)一步地，可逆式水泵水輪機(jī)組6包括水泵工況10和水輪機(jī)工況11，水泵工況10包括水泵、進(jìn)水管和出水管，所述水泵的進(jìn)水口通過所述進(jìn)水管連通所述低位蓄水池7，所述水泵的出水口通過所述出水管連通所述高位蓄水池5；所述水輪機(jī)工況11包括水輪機(jī)，所述水輪機(jī)固定設(shè)置在所述通道上。

進(jìn)一步地，負(fù)載9包括反滲透海水淡化裝置，反滲透海水淡化裝置包括取水系統(tǒng)13、預(yù)處理模塊22、反滲透脫鹽模塊23和后處理模塊24，取水系統(tǒng)13包括取水管、取水泵和取水箱21，取水泵安置在取水管上，取水管的一端連通低位蓄水池7，取水管的另一端連通取水箱21，取水箱21連通預(yù)處理模塊22，預(yù)處理模塊22連通反滲透脫鹽模塊23，后處理模塊24安裝在反滲透脫鹽模塊23上。

海水淡化采用反滲透膜法，并采用模塊化裝置，如附圖2所示。取水模塊21：利用取水系統(tǒng)提取海水；預(yù)處理模塊22：利用給水泵14將海水經(jīng)多介質(zhì)過濾器15和保安過濾器16過濾；反滲透脫鹽模塊23：利用高壓泵7增加海水側(cè)的壓力，把海水中的水分子壓到反滲透膜組件18中滲透膜的另一側(cè)，產(chǎn)生淡水，送至產(chǎn)水水箱19；后處理模塊24：利用能量回收裝置有效回收海水淡化過程中的能量，達(dá)到節(jié)能效果；控制模塊25：控制整個流程的進(jìn)行；利用本裝置可將海水變成淡水，用于生活用水。

進(jìn)一步地，預(yù)處理模塊22包括抽水管、給水泵14、多介質(zhì)過濾器15和保安過濾器16，取水箱21通過抽水管連通多介質(zhì)過濾器15，給水泵14安裝在抽水管上，多介質(zhì)過濾器15連通保安過濾器16，保安過濾器16連通反滲透脫鹽模塊23。

進(jìn)一步地，多介質(zhì)過濾器15型號為hky-dzl08；保安過濾器16為袋式過濾器。

進(jìn)一步地，反滲透脫鹽模塊包括進(jìn)水管、高壓泵17、反滲透膜組件18和產(chǎn)水水箱19，保安過濾器16通過進(jìn)水管連通反滲透膜組件18,高壓泵安裝在進(jìn)水管上，反滲透膜組件18連通產(chǎn)水水箱19。

進(jìn)一步地，后處理模塊24包括能量回收裝置20，所述能量回收裝置20為px-45s正位移式壓力交換器，所述保安過濾器16出水口、所述反滲透膜組件18出水口分別連通所述能量回收裝置20進(jìn)水口，所述能量回收裝置20出水口連通所述反滲透膜組件18進(jìn)水口。

所述保安過濾器16的出水管道流出的低壓海水從一端進(jìn)入所述能量回收裝置20，所述反滲透膜組件18出口的高壓濃鹽水從另一端進(jìn)入所述能量回收裝置20，壓力能量在所述能量回收裝置20內(nèi)進(jìn)行交換后，低壓海水轉(zhuǎn)變成高壓海水流出到所述高壓泵17與所述反滲透膜組件18之間的進(jìn)水管中。

進(jìn)一步地，反滲透膜組件18采用八個八英寸陶氏海水膜元件分裝在四個壓力膜殼內(nèi)，四個壓力膜殼依次從上向下疊加排列，高壓泵17連通四個壓力膜殼的左端，四個壓力膜殼的右端連通產(chǎn)水水箱19。

進(jìn)一步地，陶氏海水膜元件為sw30hrle-400型號；壓力膜殼采用r8040c100s-4w,1000psi,4芯。

本發(fā)明的工作過程：

在小型海島上距海邊一定距離的高山上建一個蓄水池作為系統(tǒng)的高位蓄水池5，在山頂蓄水池周邊風(fēng)流條件較好處設(shè)置風(fēng)力發(fā)電機(jī)2，在山坡向陽處鋪設(shè)光伏電池板組成的光伏陣列1，利用海洋作為低位蓄水池7，在高位蓄水池5和低位蓄水池7之間連接通道上設(shè)置可逆式水泵水輪機(jī)組6，該可逆式水泵水輪機(jī)組6具有將所述的低位蓄水池7的水抽取到所述的高位蓄水池5中的水泵工況10以及將所述高位蓄水池的水下流到低位蓄水池7用于發(fā)電的水輪機(jī)工況11，形成的風(fēng)能-光能-海水抽蓄一體化的發(fā)電系統(tǒng)，流程見附圖3，再通過控制器4連接反滲透海水淡化裝置。

①風(fēng)力發(fā)電部分是利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，太陽能發(fā)電部分是利用光伏電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經(jīng)過逆變器對負(fù)載供電；

②海水抽水蓄能部分由可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組、高水位蓄水池、低位蓄水池和通道組成，當(dāng)運(yùn)行在水泵工況時可進(jìn)行抽水，將低位蓄水池的海水抽到高位蓄水池，將電能變成水能蓄起來；運(yùn)行在水輪機(jī)工況時，可利用高低水位海水蓄水池的水位差進(jìn)行發(fā)電，將水能變成電能；在負(fù)荷低谷期，可逆式水泵水輪機(jī)運(yùn)行在水泵工況，利用多余的電能將低位蓄水池的水抽到高位蓄水池，將電能變成水能儲存起來；在負(fù)荷高峰期，可逆式水泵水輪機(jī)運(yùn)行在水輪機(jī)工況，利用高低水位蓄水池的水位差發(fā)電，將水能變成電能。

③逆變器把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的220v交流電，保證交流電負(fù)載設(shè)備的正常使用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量；

④控制器4根據(jù)日照強(qiáng)度、風(fēng)力大小及負(fù)載的變化，不斷地對蓄電池8的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)。首先是把風(fēng)能、光能轉(zhuǎn)化而來的電能送給負(fù)載，然后多余的風(fēng)能、光能轉(zhuǎn)化而來的電能送往蓄電池存儲，蓄電池電量存滿后將剩余的風(fēng)能、光能轉(zhuǎn)化而來的電能用于可逆式水泵水輪機(jī)組運(yùn)行抽水工況將電能變成水能儲存起來。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，當(dāng)蓄電池也不能滿足負(fù)載時，控制器將可逆式水泵水輪機(jī)組的運(yùn)行工況調(diào)整為水輪機(jī)工況進(jìn)行發(fā)電供給負(fù)載，保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。⑤蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統(tǒng)中起到能量調(diào)節(jié)、平衡負(fù)載和承擔(dān)瞬時負(fù)荷的作用。它將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，以備供電不足時使用。

本發(fā)明采用海水抽水蓄能裝置的四大優(yōu)勢：一是以海洋作為低位蓄水池，不需要額外建設(shè)低位蓄水池，也不依賴淡水資源，節(jié)約建設(shè)成本和淡水；二是儲能，即將風(fēng)力發(fā)電的多余電能儲存起來；三是調(diào)峰，即根據(jù)負(fù)荷變化情況，調(diào)整機(jī)組頻率，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰；四是調(diào)頻，即依據(jù)系統(tǒng)頻率的變化，當(dāng)系統(tǒng)頻率超出規(guī)定的正常范圍時，增大或減小機(jī)組的出力，來達(dá)到新的平衡，在一定的范圍內(nèi)將控制系統(tǒng)的頻率變化，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。以海洋作為低位蓄水池能夠充分的利用海水資源；儲能的功能可以充分利用風(fēng)能和太陽能資源；調(diào)峰和調(diào)頻利用了水電機(jī)組啟停迅速的特點(diǎn)。

本發(fā)明在傳統(tǒng)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，用海水抽水蓄能電站代替部分蓄電池，一方面增加了蓄電能力，另一方面也增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在系統(tǒng)中配置模塊化海水淡化裝置，使系統(tǒng)不僅能滿足小型海島居民用電，而且能夠提供淡水；同時，本發(fā)明能夠利用海島豐富的風(fēng)能和海水資源，不僅節(jié)約了化石能源，而且更解決了常規(guī)抽水蓄能電站對淡水資源的依賴問題。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。