基于微電網(wǎng)技術(shù)的風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐守志

摘 要：我國(guó)海岸線綿長(zhǎng)，這種地理狀況使得我國(guó)擁有豐富的海洋資源。在這樣的背景下，為了進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)水資源的高效利用，滿足社會(huì)生產(chǎn)、生活的用水需求，相關(guān)部門要加強(qiáng)對(duì)微電網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，繼而以此為基礎(chǔ)構(gòu)建風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)。該系統(tǒng)是借助風(fēng)能生產(chǎn)淡水的，所以，它的應(yīng)用能進(jìn)一步促進(jìn)相關(guān)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的提高。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)技術(shù)；風(fēng)電；海水淡化；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.116

盡管我國(guó)幅員遼闊，但淡水資源較為稀缺。在這樣的背景下，需要相關(guān)部門加大海洋水源的利用率，借助高新技術(shù)進(jìn)行海水淡化作業(yè)，以此滿足社會(huì)生產(chǎn)、生活對(duì)于水資源的需求。目前，技術(shù)人員加強(qiáng)了對(duì)微電網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的運(yùn)用，促進(jìn)淡水資源的生產(chǎn)?；诖?，筆者簡(jiǎn)要分析和探討了基于微電網(wǎng)技術(shù)的風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)的構(gòu)造，并論述了該系統(tǒng)所發(fā)揮的作用。

1 風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)構(gòu)成

在設(shè)計(jì)和構(gòu)建風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)的過程中，相關(guān)技術(shù)人員使用的設(shè)備主要有直驅(qū)永磁式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和儲(chǔ)能裝置。事實(shí)上，通過對(duì)諸類設(shè)備的運(yùn)用和連接，能夠進(jìn)一步促進(jìn)微電網(wǎng)供電系統(tǒng)的構(gòu)建，繼而以此為基礎(chǔ)向海水淡化裝置供電。據(jù)悉，在該系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，每日能夠生產(chǎn)淡水資源100 t，而柴油發(fā)電機(jī)組的額定功率為70 kW。此外，在該系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，主要是借助能量管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，確保系統(tǒng)能夠在無人值守的狀態(tài)下運(yùn)行，以獲得相應(yīng)的效益。風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

目前，微電網(wǎng)風(fēng)能海水淡化系統(tǒng)主要有3種運(yùn)行模式，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組+儲(chǔ)模裝置模式、儲(chǔ)能裝置單獨(dú)供電模式和柴油機(jī)單獨(dú)供電模式。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組+儲(chǔ)模裝置模式下運(yùn)行微電網(wǎng)風(fēng)能海水淡化系統(tǒng)，需要啟動(dòng)儲(chǔ)能裝置，以此建立電壓，隨后借助風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)處理，最后啟動(dòng)海水淡化負(fù)荷。在這種模式下，整個(gè)系統(tǒng)主要利用以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為主的電源進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

此外，在儲(chǔ)能裝置單獨(dú)供電模式下運(yùn)行系統(tǒng)，由儲(chǔ)能裝置單獨(dú)保障海水淡化負(fù)荷供電系統(tǒng)的運(yùn)行。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，采用這種模式，確保儲(chǔ)能裝置電池組電量低于設(shè)定值時(shí)，能夠使系統(tǒng)停機(jī)。在借助柴油機(jī)單獨(dú)供電模式進(jìn)行相關(guān)作業(yè)的過程中，由柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)為儲(chǔ)能裝置的電池充電，當(dāng)電池電量達(dá)到要求后，即切出此模式。

1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

依據(jù)實(shí)際工程建設(shè)需要，相關(guān)部門使用了機(jī)艙中心高度為35 m的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組執(zhí)行相關(guān)工作。通過測(cè)量、統(tǒng)計(jì)墊底的風(fēng)速可知，35 m處的年平均風(fēng)速為2～7 m/s，風(fēng)能的年利用小時(shí)數(shù)高達(dá)6 089 h。此外，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率曲線可知，當(dāng)風(fēng)速為5～10 m/s時(shí)，單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率為5～60 kW?；诖?，工作人員可以知道，在實(shí)際操作過程中，采用2臺(tái)風(fēng)機(jī)作業(yè)能夠進(jìn)一步滿足系統(tǒng)功率的要求。

1.2 儲(chǔ)能裝置

據(jù)悉，該儲(chǔ)能裝置主要由電池組、雙向變流器和電池管理系統(tǒng)3個(gè)部分組成。其中，雙向變流器的運(yùn)行主要有2種模式，即并網(wǎng)運(yùn)行模式和離網(wǎng)運(yùn)行模式。在作業(yè)過程中，并網(wǎng)運(yùn)行模式能夠有效進(jìn)行系統(tǒng)的并網(wǎng)充電和放電狀態(tài)的開展，而離網(wǎng)運(yùn)行模式則能夠呈現(xiàn)獨(dú)立逆變狀態(tài)。此外，作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要儲(chǔ)能原件，電池組在運(yùn)行的過程中能夠有效調(diào)節(jié)雙向變流器，繼而將微電網(wǎng)中多余的電能存儲(chǔ)在電池組內(nèi)，也可以將電池組內(nèi)的電能釋放到微電網(wǎng)中。在電池管理系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，則可以通過對(duì)電池溫度等信息的采集和計(jì)算，確保主控制系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

1.3 海水淡化裝置

海水淡化裝置的工藝流程如圖2所示。

為了確保海水淡化作業(yè)的有效開展，需要技術(shù)人員在實(shí)際 流程。

1.4 能量管理系統(tǒng)

作為基于微電網(wǎng)技術(shù)的風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心，能量管理系統(tǒng)的運(yùn)行能夠進(jìn)一步促進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。據(jù)悉，在構(gòu)建該系統(tǒng)的過程中，硬件主要采用3層架構(gòu)進(jìn)行相關(guān)作業(yè)，其分別是就地設(shè)備控制器層、通訊層和能量管理層。一般情況下，在就地設(shè)備控制器層運(yùn)行的過程中，它能夠管理和操作系統(tǒng)子設(shè)備的主控制系統(tǒng)；而在通訊層運(yùn)行的過程中，它主要負(fù)責(zé)各子設(shè)備的主控制；系統(tǒng)與能量管理層則能夠?qū)崿F(xiàn)各類數(shù)據(jù)的傳輸以及分析、處理作業(yè)。

2 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果分析

在進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果分析作業(yè)的過程中，技術(shù)人員選取電網(wǎng)風(fēng)能海水淡化系統(tǒng)開展具體的作業(yè)。為了確保分析的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，技術(shù)人員需要在系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行5 h的過程中，以3 min的時(shí)間間隔采集和分析數(shù)據(jù)。

通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析可知，在能量管理系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)與PCS的相互作用下，能夠使系統(tǒng)發(fā)電與用電功率相互匹配，進(jìn)而穩(wěn)定海水淡化系統(tǒng)的產(chǎn)水量。

3 結(jié)束語

本文主要設(shè)計(jì)基于微電網(wǎng)技術(shù)的風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)。在構(gòu)建該系統(tǒng)的過程中，借助風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為系統(tǒng)提供主電源，而PCS、BMS和電池組在運(yùn)行的過程中則能夠?yàn)橄到y(tǒng)儲(chǔ)能，為海水淡化裝置供電。本文主要分析了風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)的構(gòu)成（風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能裝置、海水淡化裝置、能量管理系統(tǒng)），并分析了系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果。筆者認(rèn)為，隨著相關(guān)措施的落實(shí)，我國(guó)的風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)必將取得長(zhǎng)足的發(fā)展，并以此為基礎(chǔ)促進(jìn)整套系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而創(chuàng)造更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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〔編輯：白潔〕