非并網型風光抽蓄

摘 要：海島的核心需求是用能、用水。通過風-光-抽蓄-海水淡化復合系統能量管理方法，可以使可再生能源系統與海水淡化結合，降低海水淡化此高耗能產業的成本，從而有效解決海島的用能、用水問題。同時，海水淡化對可再生能源系統出力具有很好的適應性，能夠在系統的能量平衡方面承擔重要的角色，還可以解決對煤炭等傳統能源的依賴，從而在一定程度上解決環境污染和能源緊缺等難題。

關鍵詞：風光抽蓄-海水淡化；海島；新能源；能量管理

0 引言

我國島嶼眾多，電能和淡水的供給影響著海島的經濟開發和居民的日常生活。海島供電主要有兩種模式，一是聯網，一是離網。對于中大型群島而言，由于對電力需求總量以及可靠性均有較高的要求，因此往往通過敷設海底海纜與大陸聯網。例如浙江舟山群島地區的舟山主網通過220kV 和110kV 海纜與大陸電網相連；而對于其他偏遠小型島嶼而言，由于最大負荷有限、輸送距離較遠、島嶼面積狹窄，敷設海纜在技術與經濟方面需要付出更大代價，而傳統上依賴于柴油發電，一直存在電價過高、供能有限、供電不穩定等問題，嚴重制約經濟發展。因此圍繞可再生能源為核心，利用海島豐富的風能、太陽能，結合抽水蓄能技術進行海水淡化，形成一體化自給自足式發電、供水系統，具有良好的發展前景。

可再生能源開發利用步伐日益加快的同時，穩定發出電力波動、增強可調節性、改善電網消納能力等面臨巨大挑戰。其中，可再生能源發電系統的核心問題是解決發電出力與負荷的平衡問題，儲能技術是消除可再生能源大規模開發利用瓶頸的關鍵技術。抽水蓄能是目前唯一最成熟的大規模儲能技術，其削峰填谷之效在系統中起重要作用。世界各國海島供電的核心需求是用能、用水，可再生能源系統與海水淡化結合，可以有效解決能源問題。

基于上述分析，針對風-光-抽蓄-海水淡化復合系統的能量管理方法可以有效克服風力發電、光伏發電的隨機性、波動性問題，可為解決海島及偏遠地區的用能、用水問題提供一種有效途徑。

1 研究現狀與發展動態

隨著風能、太陽能等一批可再生能源利用技術的發展，一些發達國家、發展中國家以及一些相對落后的國家都認為采用可再生能源是解決當前能源危機、緩解環境污染、實現可持續發展的一條極好的途徑。多種可再生能源的綜合利用已經給部分島嶼以及偏遠的山區帶來方便，有許多關于使用再生能源復合發電成功的報道。其中最引人注目的是歐共體組織的，包括希臘、法國、英國、德國等有多國參加的“RenewIslands”計劃，目的是研究在海島中應用可再生能源綜合利用技術為海島提供能源，而其中研究的重點是可再生能源發電中的蓄能技術，提出的蓄能手段有燃料電池、氫能和抽水蓄能等。歐洲也有許多國家利用可再生能源復合發電為海島提供能源的工程在建設中。

與歐美、日本等發達地區和國家相比，我國抽水蓄能電站建設起步較晚。全國已開展前期工作且建設條件優越的抽水蓄能電站規模約6000萬kW 。我國由目前還有許多大電網不能覆蓋的孤立地區。這些孤立地區的能源供給主要還是依靠柴油發電機，嚴重阻礙了這些地區經濟和社會的發展。目前，國內有多家發電集團對孤立地區的多種可再生能源復合發電非常感興趣，使我國在可再生能源綜合利用方面取得了較大發展。

海水淡化技術領域中，我國的電滲析技術已成功的用于海水淡化、苦咸水淡化和各種純水的制備。電滲析技術的優點是：低能量，操作簡單，預處理簡單，具有較強的抗污染能力，水的利用率高。缺點是需要在海水淡化室中加入化學藥劑脫除有機物、膠體、細菌和懸浮物等，不適用于制備飲用水。

2 風光抽蓄海水淡化復合系統

2.1系統組成

2.2 復合系統分析

對能量的合理利用，使風力發電、光伏發電與抽水蓄能相結合利用風光的天然互補性有效減少峰谷差，從而降低對抽水蓄能機組的需求，降低投資，適應市場；海水淡化系統參與調節，能夠實現海水淡化負荷與可在生能源發電單元出力的匹配，在系統的能量平衡方面承擔重要角色，淡化的海水可用于農田灌溉，經過濾器等可實現直接飲用，從而一定程度上實現自給自足；能夠克服對柴油機等傳統能源方式的依賴，減少溫室氣體排放量，適用于海島及偏遠地區，為海島及偏遠地區的用能、用水問題提供一種有效途徑；由于海水淡化系統是可控負荷，因此可以很好的根據能源的多少來控制海水淡化機組的啟動數量，從而更好的實現系統出力與用戶用電、用水需求相匹配。

3 技術路線

數據采集：采集風速數據，以小時平均風速為單位；采集光照資源數據，以小時平均光照強度為單位；

計算可再生能源單元出力：根據風速數據、光照強度數據、風機數量 、光伏組件數量 等計算風力發電部分、光伏發電部分出力；

確定常規負荷大小：確定常規負荷 ，即t時刻其它負荷功率大小，以小時平均負荷為單位；

確定海水淡化需求及海水淡化機組運行數量，計算剩余功率，判斷抽水蓄能機組運行狀態及工況：具體可分：當前蓄水量充足；當前蓄水量不足，且在滿足用戶用水需求前提下，全部機組開啟，在一小時內無法超過蓄水池上限。當前蓄水量較低，且在滿足用戶用水需求前提下，全部機組開啟，在一小時內必定超過蓄水池上限。

4 結語

目前在新能源研究的領域，風能發電、光伏發電的隨機性和波動性都難以解決，孤立的海島用水用電也是一大難題。本文通過分析上述系統中的能量分配與控制的數學模型來建立一套完善的風-光-抽蓄-海水淡化復合系統的能量管理方法。基于該方法能夠協調和平衡風光發電、抽水蓄能發電和海水淡化過程中的能量運行中的隨機性和波動性的問題，能夠提高能源利用率，使復合系統的能量分配與控制更加可靠，有效解決孤立的海島及偏遠地區的用能、用水的難題的同時，此復合系統可增強風、光作為清潔能源帶來的環保效益，改善電網電能質量，增加電力企業收益，助力風電光電產業綠色可持續發展。

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作者簡介：

陳萍（1996.06.13-）女，漢族，河南省商丘市，身份證號：411423199606130067，本科生，研究方向：電氣工程.