[01359347]利用风光互补清洁能源进行海岛海水淡化的技术研究及应用示范

1、课题来源 本课题来源于广东省科技计划工业攻关重点项目 2、研究背景、目的与意义 我国是一个水资源严重短缺的国家,全国660多个城市中,有400多个城市缺水,其中108个为严重缺水城市。因此如何解决淡水资源短缺乃至水危机将是我国经济社会可持续发展过程中的重大课题。广东省是海洋大省,辽阔的南海海域内分布着众多岛屿及岛礁,其中包括众多淡水资源匮乏但具有重要国防意义的岛屿（南澳等）。分析其资源,具有下列共性的特点： 1)淡水资源匮乏,淡水需求十分迫切; 2)无法纳入普通电网的覆盖范围,难以得到常规动力; 3)太阳能资源和风力资源丰富,且风、光资源具有良好的互补特性; 4)海水水质好,可提供用于淡化的优质水源。 本项目以技术集成研究为主,重点研究以风力发电和太阳能光伏发电互补为能量提供端、利用反渗透技术进行海水淡化的关键技术。其中风力发电和太阳能光伏发电向海水淡化装置提供稳定电能为核心关键技术,系统通过风、光互补和智能化储能技术实现稳定的电力输出,通过信息化生产管理与智能化控制,有效应对突发事件,在去除特殊的恶劣气候条件下,实现设备正常运作,达到稳定可靠地供应优质淡水的目标。充分利用风能、太阳能资源进行海水淡化,使反渗透法海水淡化能够在无商用电源或电力紧张的地区特别是海岛和沙漠地区淡化海水、苦咸水成为现实。广东省沿海岛屿众多,其中大部分是常规电网无法到达的,本项目的研究和示范,对我省社会和经济发展具有重要的现实意义。同时,充分利用现代信息科学技术,实现风能、太阳能和海水资源的综合利用也是以科技进步带动清洁能源利用,走绿色环保道路的重要途径之一。 3、主要创新点： 1)深入研究小型风力机的气动、结构及控制特性,改善离网型独立运行小型风力机的运行可靠性; 2)深入研究反渗透海水淡化装置的能耗特性,提高反渗透海水淡化装置的能量利用率; 3)开发风、光、水多目标优化调控软件,该软件将根据实际情况安排最优化工作方案,在保证整套设备的高效运行的同时,也可有效减少蓄电池的后期维护费用; 4)完成适合于广东省海域气候条件和资源条件的、稳定的小型独立可再生清洁能源供给系统; 5)为海岛等缺少电网电源地区实现海水淡化和饮用水供给的应用示范。 4、项目主要完成工作： 1)项目组综合调研了气象资料,建立了基本风、光资源数据库。研究利用遗传算法对风、光、水及蓄电池组进行多目标优化的理论模型;以海水淡化装置为主要负载、风光互补发电系统及蓄电池储能系统为能量提供端,建立了风、光、水综合优化模型。 2)通过研究离网型风力机的控制策略,使它们能达到最高效率运行,尽量提高风能利用率和风力机效率、降低发电成本。项目研究了根据负载的需求来控制风力机捕获所需要的风能和最大风能的捕获及其运用;此外,还研究小型风力机的空气动力学特性,提出适用于小型风力机叶片的优化设计方法。 3)通过前期的调研和分析项目实施地点资源及环境特点,结合项目实际要求,完成了风光互补海水淡化系统的研究与开发工作,该系统主要由太阳能和风能混合发电及蓄电池储能作为能源供给系统,以海水淡化装置作为主要负载,其中风光互补发电系统的发电量能满足海水淡化系统正常运行的能耗需求,海水淡化淡化装置的产水能力为 1m3/h,产水成本为 5.908 元/吨。 4)完成风光互补发电系统和海水淡化装置的接口耦合设计,完成项目的工程施工、全系统的安装与调试,系统正常稳定运行,各项指标达到预设的要求。 5)根据系统设计的配置及系统运行情况,利用前期建立的风、光、水综合优化模型,通过遗传算法分析系统的进行优化,为系统的示范运行及成果的运用推广提供理论指导。 5、项目主要成果： 本项目成果研制完成风光互补海水淡化设备一套,包括风光互补发电系统和海水淡化装置;申请专利 6 项,其中发明专利 2 项,实用新型专利 4 项;获得专利授权 5 项,其中发明专利 1 项,实用新型专利 4 项。在本学科核心期刊和重要学术会议上发表研究论文5篇;制定企业产品标准1项（HY3000L-110V离网型风力发电机组技术参数,编号：Q/HYNY 19-2010）;修订企业产品标准 1 项：《HY 系列离网型风力发电机组》（编号：Q/HYNY 1-2012）,代替原标准 Q/HYNY1-2009;起草国家标准初稿 1 份（风光互补反渗透海水淡化系统 技术要求）;培养从事风能应用、风光互补及海水淡化相关的硕士研究生 8 人。 6、社会经济效益： 为更多具有国防意义的东南沿海诸岛屿风光水综合利用系统积累宝贵的实践经验,节约为海岛铺设电缆和淡水管道的巨额费用,并且在一定程度上推动小型风力机和太阳能光伏产业的发展。作为新能源综合利用的示范项目,既能有效保护海岛的自然环境,又能提供电能及淡水,一举多得,对促进节能减排、新能源的综合高效利用具有良好的示范作用。 7、获奖情况： 获得第四届汕头市专利奖优秀奖（汕专奖-2012-3-07）