本發(fā)明公開了一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的方法及裝置，涉及不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電過程、電滲析海水淡化過程和反電滲析鹽差能發(fā)電過程，通過反電滲析壓差能發(fā)電模塊與不穩(wěn)定可再生發(fā)電模塊耦合彌補(bǔ)不穩(wěn)定可再生發(fā)電模塊不足發(fā)電量的同時(shí)處理海水淡化過程中產(chǎn)生的濃縮水，通過存儲(chǔ)或海水淡化模塊消耗不穩(wěn)定可再生能源多余的發(fā)電量，這個(gè)工藝設(shè)計(jì)思路巧妙，能源利用率高，實(shí)現(xiàn)全天候24小時(shí)穩(wěn)定發(fā)電，具有極好的技術(shù)推廣價(jià)值和社會(huì)效益。
權(quán)利要求書
1.一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)測定不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊發(fā)電量，若測定發(fā)電量等于設(shè)定發(fā)電量則繼續(xù)發(fā)電;
(2)若測定發(fā)電量小于設(shè)定發(fā)電量，通過反電滲析發(fā)電模塊補(bǔ)充不足發(fā)電量，將存儲(chǔ)在淡水儲(chǔ)池中低鹽度水和存儲(chǔ)在濃縮海水儲(chǔ)池中的海水淡化過程產(chǎn)生的濃水分別輸送到反電滲析發(fā)電模塊的淡水室和濃水室，將離子交換膜兩側(cè)的鹽差能轉(zhuǎn)化成電能，待反電滲析發(fā)電模塊濃水室和淡水室出水鹽度均小于等于海水含鹽量時(shí)，將濃水排入海水中;
(3)若測定發(fā)電量大于設(shè)定發(fā)電量，將多余電量存儲(chǔ)備用或應(yīng)用于海水淡化模塊，通過海水淡化模塊海水轉(zhuǎn)化成淡水和濃縮水，其中淡水繼續(xù)處理或直接使用，濃縮水輸送到濃縮海水儲(chǔ)池中;步驟(1)-(3)通過智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
2.一種權(quán)利要求1所述集成海水淡化濃水 零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，包括不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊、電網(wǎng)配電系統(tǒng)，海水淡化模塊、濃縮海水儲(chǔ)池、淡水儲(chǔ)池、反電滲析發(fā)電模塊和智能控制系統(tǒng);所述不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊采用現(xiàn)有的不穩(wěn)定可再生能源對(duì)應(yīng)的發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生電能;所述電網(wǎng)配電系統(tǒng)將產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換、輸出和/或分配，比較終供給用電用戶使用;所述海水淡化模塊實(shí)現(xiàn)海水的濃縮淡化，海水淡化模塊濃縮水出口與濃縮海水儲(chǔ)池連接;所述反電滲析發(fā)電模塊濃水室進(jìn)口與濃縮海水儲(chǔ)池出水口連接，反電滲析發(fā)電模塊淡水室進(jìn)口與淡水儲(chǔ)池連接，反電滲析發(fā)電模塊將離子交換膜兩側(cè)淡水室中低鹽度水和濃水室中濃水形成的鹽度差轉(zhuǎn)化成電能并將電能通過電網(wǎng)配電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、輸出和分配;所述智能控制系統(tǒng)通過對(duì)不穩(wěn)定可再生模塊發(fā)電量的測定判斷發(fā)電量不足或發(fā)電量過多，進(jìn)而控制反電滲析發(fā)電模塊發(fā)電補(bǔ)充不足發(fā)電量或/和控制海水淡化模塊運(yùn)行將多余發(fā)電量消耗，淡化海水的同時(shí)將多余電能以鹽差能的形式存儲(chǔ)，海水淡化模塊通過電網(wǎng)配電系統(tǒng)與不穩(wěn)定可再生能源模塊電連接，電網(wǎng)配電系統(tǒng)分別將不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊和反電滲析發(fā)電模塊與用電用戶電連接，智能控制系統(tǒng)與電網(wǎng)配電系統(tǒng)、反電滲析發(fā)電模塊和海水淡化模塊電信息連接。
3.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求2所述集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的裝置，其特征在于，所述不穩(wěn)定可再生能源為受外界條件變化供應(yīng)不穩(wěn)定的可再生能源。
4.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求3所述集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的裝置，其特征在于，不穩(wěn)定可再生能源為為風(fēng)能、太陽能、潮汐能中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求4所述集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的裝置，其特征在于，所述海水淡化模塊為反滲透海水淡化裝置、電滲析海水淡化裝置中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求5所述集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的裝置，其特征在于，所述低鹽度水為雨水、河水和經(jīng)過生化處理后的生活污水中的一種或多種。
說明書
一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明公開了一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的方法及裝置，具體涉及風(fēng)能/太陽能發(fā)電過程、電滲析海水淡化過程和反電滲析鹽差能發(fā)電過程。
背景技術(shù)
在全球性能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)與水資源危機(jī)的大背景下，可再生能源與海水淡化耦合技術(shù)將極大地解決目前海水淡化技術(shù)與可再生能源利用技術(shù)發(fā)展過程中各自存在的弊端：能量密集型的海水淡化技術(shù)如若使用常規(guī)能源(石油、煤炭、天然氣等不可再生能源)盡管在一定程度上可有效緩解淡水資源短缺的問題，但不可避免地產(chǎn)生大量溫室氣體和有害氣體(如NOx，SOx等腐蝕性氣體)，從而引發(fā)額外的環(huán)境負(fù)擔(dān);可再生能源盡管普遍具有低污染、大儲(chǔ)量(如全球可利用的太陽輻射能為17萬億千瓦、2014年全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量3.7億千瓦)等特點(diǎn)，但易受地域、氣候和季節(jié)等環(huán)境因素影響，難以實(shí)現(xiàn)不間斷、全天候的供電。目前，太陽能/風(fēng)能與海水淡化的耦合可分為直接法與間接法(直接法與間接法的區(qū)別在于可再生能源利用部分與脫鹽部分是否一體，一體為直接法，分置為間接法)。由于直接法占地面積大、能源利用率低，在早期的耦合工藝中多被采用，目前開發(fā)的可再生能源與海水淡化耦合技術(shù)多以間接法為主。
電滲析(ED)工藝原理簡單、技術(shù)發(fā)展成熟，供電模式為直流電，從原理上完全適應(yīng)波動(dòng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性差的風(fēng)能/太陽能等可再生能源。目前，ED與可再生能源的耦合普遍忽視了濃縮海水的循環(huán)利用。在我國當(dāng)前高鹽廢水零排放的政策背景下，濃縮海水的高效利用將有效降低耦合工藝的運(yùn)行成本以及緩解環(huán)境負(fù)擔(dān)。反電滲析(RED)技術(shù)利用離子交換膜對(duì)陰陽離子的選擇透過性，在濃淡室通入具有不同鹽度的溶液(濃室為ED過程產(chǎn)生的濃縮海水，淡室為雨水/河水/生活污水等)，在膜兩側(cè)鹽度差的驅(qū)使下使陰陽離子自發(fā)地發(fā)生定向遷移從而產(chǎn)生電勢差，之后極室溶液在陰陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并通過回路將電勢能比較終轉(zhuǎn)化成電能。RED技術(shù)的引入，不僅將緩解ED過程濃水直接排放造成的環(huán)境壓力，而且將完成風(fēng)電/太陽能與鹽差能的切換，確保在任意時(shí)刻均能提供必要的電力供應(yīng)，比較終可實(shí)現(xiàn)全天候可再生能源供電及海水淡化零濃水排放。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的裝置及其方法，是針對(duì)太陽能、風(fēng)能等無法全天候穩(wěn)定供電的可再生能源以及海水淡化濃水直接外排造成的環(huán)境危害的兩大弊端，設(shè)計(jì)開發(fā)的基于海水淡化和反電滲析技術(shù)的可再生能源全天候供電與海水淡水濃水高效利用技術(shù)。在該技術(shù)中利用海水淡化技術(shù)與太陽能/風(fēng)能無縫銜接，產(chǎn)生淡水同時(shí)濃縮海水，之后利用反電滲析技術(shù)將濃縮海水與低鹽溶液之間的鹽度梯度轉(zhuǎn)化成電能，產(chǎn)生電能的同時(shí)稀釋濃縮海水。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的方法，具體包括以下步驟：
(1)測定不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊發(fā)電量，若測定發(fā)電量等于設(shè)定發(fā)電量則繼續(xù)發(fā)電;
(2)若測定發(fā)電量小于設(shè)定發(fā)電量，通過反電滲析發(fā)電模塊補(bǔ)充不足發(fā)電量，將存儲(chǔ)在淡水儲(chǔ)池中低鹽度水和存儲(chǔ)在濃縮海水儲(chǔ)池中的海水淡化過程產(chǎn)生的濃水分別輸送到反電滲析發(fā)電模塊的淡水室和濃水室，將離子交換膜兩側(cè)的鹽差能轉(zhuǎn)化成電能，待反電滲析發(fā)電模塊濃水室和淡水室出水鹽度均小于等于海水含鹽量時(shí)，將濃水排入海水中;
(3)若測定發(fā)電量大于設(shè)定發(fā)電量，將多余電量存儲(chǔ)備用或應(yīng)用于海水淡化模塊，通過海水淡化模塊海水轉(zhuǎn)化成淡水和濃縮水，其中淡水繼續(xù)處理或直接使用，濃縮水輸送到濃縮海水儲(chǔ)池中;步驟(1)-(3)通過智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的裝置，包括不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊、電網(wǎng)配電系統(tǒng)，海水淡化模塊、濃縮海水儲(chǔ)池、淡水儲(chǔ)池、反電滲析發(fā)電模塊和智能控制系統(tǒng);所述不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊采用現(xiàn)有的不穩(wěn)定可再生能源對(duì)應(yīng)的發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生電能;所述電網(wǎng)配電系統(tǒng)將產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換、輸出和/或分配，比較終供給用電用戶使用;所述海水淡化模塊實(shí)現(xiàn)海水的濃縮淡化，海水淡化模塊濃縮水出口與濃縮海水儲(chǔ)池連接;所述反電滲析發(fā)電模塊濃水室進(jìn)口與濃縮海水儲(chǔ)池出水口連接，反電滲析發(fā)電模塊淡水室進(jìn)口與淡水儲(chǔ)池連接，反電滲析發(fā)電模塊將離子交換膜兩側(cè)淡水室中低鹽度水和濃水室中濃水形成的鹽度差轉(zhuǎn)化成電能并將電能通過電網(wǎng)配電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、輸出和分配;所述智能控制系統(tǒng)通過對(duì)不穩(wěn)定可再生模塊發(fā)電量的測定判斷發(fā)電量不足或發(fā)電量過多，進(jìn)而控制反電滲析發(fā)電模塊發(fā)電補(bǔ)充不足發(fā)電量或/和控制海水淡化模塊運(yùn)行將多余發(fā)電量消耗，淡化海水的同時(shí)將多余電能以鹽差能的形式存儲(chǔ)，海水淡化模塊與不穩(wěn)定可再生能源模塊電連接，電網(wǎng)配電系統(tǒng)分別將不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊和反電滲析發(fā)電模塊與用電用戶電連接，智能控制系統(tǒng)與電網(wǎng)配電系統(tǒng)、反電滲析發(fā)電模塊和海水淡化模塊電信息連接。
進(jìn)一步地，所述不穩(wěn)定可再生能源為受外界條件(如光照、風(fēng)力)變化供應(yīng)不穩(wěn)定的可再生能源，優(yōu)選為風(fēng)能、太陽能、潮汐能中的一種或多種，由于不穩(wěn)定可再生能源供應(yīng)不穩(wěn)定直接影響其發(fā)電量不穩(wěn)定。
進(jìn)一步地，所述海水淡化模塊為反滲透海水淡化裝置、電滲析海水淡化裝置中的一種，以便于發(fā)電裝置與現(xiàn)有的海水淡化模塊耦合處理海水淡化模塊產(chǎn)生的濃水。
進(jìn)一步地，所述低鹽度水為雨水、河水和經(jīng)過生化處理后的生活污水中的一種或多種。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用模塊化設(shè)計(jì)，由于電滲析模塊與反電滲析模塊均采用模塊化設(shè)計(jì)，在理論設(shè)計(jì)和實(shí)際操作過程中，可根據(jù)不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊的發(fā)電功率變化，合理配置膜堆數(shù)量，在設(shè)計(jì)和操作中具有極好的靈活性;濃縮海水作為高鹽料液，反電滲析發(fā)電模塊采用來自于海水淡化過程中濃縮室的產(chǎn)水，其鹽含量是海水的幾倍甚至幾十倍，即儲(chǔ)存的鹽差能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于海水，大大提高了發(fā)電效率;以雨水、河水或生活污水為反電滲析發(fā)電模塊淡水室進(jìn)水，水資源來源廣泛，發(fā)電成本低;反電滲析發(fā)電模塊不但彌補(bǔ)不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊發(fā)電量的不足問題，而且實(shí)現(xiàn)了海水淡化濃水的零排放;可以與現(xiàn)有海水淡化裝置耦合，也可新建結(jié)構(gòu)簡單的電滲析海水淡化裝置，通過海水淡化裝置將多余的發(fā)電量以鹽差能的形式消耗并存儲(chǔ)在濃水中，之后將鹽差能以電力的形式重新釋放，具有極好的技術(shù)推廣價(jià)值和社會(huì)效益;整個(gè)裝置通過反電滲析系統(tǒng)補(bǔ)充不足發(fā)電量和海水淡化模塊消耗多余發(fā)電量實(shí)現(xiàn)全天候24小時(shí)穩(wěn)定發(fā)電。
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