一种用于离岸海岛的综合能源利用系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及分布式能源应用技术领域，具体是涉及一种用于离岸海岛的综合能源利用系统及其运行方法，为离岸海岛提供综合能源供给。

背景技术

近年来，随着我国经济的迅速发展和海洋战略的不断推进，离岸海岛在油、气、矿等资源开发、海上交通以及海疆防卫等方面的战略支点作用越加突出，成为我国获取新资源、扩大生存空间、推动经济社会发展的战略重点。然而，离岸海岛环境特殊，淡水、电能等物资能量紧缺，日趋严重的电能短缺问题已成为制约离岸海岛发展的瓶颈。目前传统离岸海岛电网以柴油机发电为主，电网规模小，独立封闭，并未形成成套装备，缺乏外来能量支持，在设计建造、后期管理维护及安全稳定等方面存在很大的弊端，发展模式可持续性差。但同时离岸海岛所在海域风、光、波浪能等可再生能源资源丰富，周边暗礁、沙洲等无人岛礁密布，浅水礁盘宽阔，若能协调开发海岛可再生能源，提升能源保障能力，将为离岸海岛发展提供强大助力。

例如授权公告号为CN211958782U的专利中公开了一种适用于海上风电场和有人海岛的综合能源系统，其实现了风电就近利用，减少电能损耗，减少环境污染，但是系统还不够完善，存在可再生能源发电间歇性和不稳定性等缺点。因此，有必要设计一种系统完善的用于离岸海岛的综合能源利用系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种用于离岸海岛的综合能源利用系统及其运行方法，将离岸海岛丰富的风力、光伏、波浪能、潮流能等可再生能源与天然气、柴油等化石能源有机结合，满足离岸海岛用电、用热、用水、供暖、空调制冷等需求，并确保用能稳定性与安全性。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于离岸海岛的综合能源利用系统，其特征在于：包括风力发电机、太阳能光伏组件、波浪能发电平台、潮流能发电机、海水淡化装置、蓄水池、蓄电池储能装置、燃气轮机、余热锅炉、溴化锂机组、太阳能集热器和储热罐；所述风力发电机、太阳能光伏组件、波浪能发电平台和潮流能发电机均与海水淡化装置、蓄电池储能装置连接，为海水淡化装置提供电能，以及将过剩电能存储在蓄电池储能装置中；所述蓄水池和海水淡化装置连接，蓄水池用于储备海水淡化装置制备的淡水，为岛内提供用水；所述蓄电池储能装置为岛内提供用电；所述燃气轮机分别与海水淡化装置、蓄电池储能装置连接，其作为补充电源进行发电；所述燃气轮机、余热锅炉和溴化锂机组依次连接，溴化锂机组为岛内供冷和供热；所述太阳能集热器和储热罐连接，储热罐为岛内供热以及为溴化锂机组提供热源；所述蓄水池分别与储热罐、余热锅炉连接，为储热罐和余热锅炉补水。

优选的，所述燃气轮机配置一个储气罐。

优选的，本综合能源利用系统还配置一个柴油发电机作为应急电源进行发电，柴油发电机配置一个储油罐；所述柴油发电机分别与海水淡化装置、蓄电池储能装置连接。

本发明还提供一种用于离岸海岛的综合能源利用系统的运行方法：风力发电机、太阳能光伏组件、波浪能发电平台和潮流能发电机组合形成可再生能源发电单元，蓄电池储能装置作为蓄电单元；首先根据不同季节、不同时段可再生能源特点，组合利用风力发电机、太阳能光伏组件、波浪能发电平台和潮流能发电机产生清洁电能，用于海水淡化装置运转电力及提供岛屿日常用电；海水淡化装置产生的淡水储存于蓄水池中，为余热锅炉、储热罐提供补水及岛内生活用水；在风能、太阳能、波浪能、潮流能丰富时将产生的过剩电能存储在蓄电池储能装置中，从而在可再生能源电源出力不足时放电为岛屿提供日常用电；在可再生能源发电单元与蓄电单元耦合运行不足以提供稳定电力输出时，启动燃气轮机，带动发电机运行作为补充电源满足岛屿用电需求，燃气轮机运行产生的高温烟气进入余热锅炉，为溴化锂机组提供热源，通过溴化锂机组提供岛内供热与空调制冷；在溴化锂机组停运时，余热锅炉也可以直接供热；太阳能集热器收集的热量被储存在储热罐中，储热罐为岛内供热以及为溴化锂机组提供热源，当溴化锂机组停运时，储热罐仍然可以直接为岛内供热；在可再生能源发电单元、蓄电单元、燃气轮机发电出现故障或发生极端情况时，启动柴油发电机，作为应急电源保障数据中心、军事设施等重要用户负荷。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本系统充分利用离岸海岛富集的风力、光伏、波浪能、潮流能等可再生能源，产生的清洁电能满足海岛自身用电；

2、配置蓄电池储能装置，在风能、太阳能、波浪能、潮流能丰富时存储产生的过剩电能，在可再生能源电源出力不足时放电，有效平抑可再生能源出力和负荷的波动；

3、配置储气罐，用于燃气轮机发电系统，在蓄电池储能装置不足以满足用电负荷需求时，进行补充供能；

4、配置储油罐，用于柴油发电机发电系统，在海岛发生极端情况下确保重要负荷不失电，充分保障海岛数据中心、军事设施等重要负荷安全性与可靠性；

5、配置余热利用系统，对燃气轮机烟气进行梯级利用，还可以用溴化锂产生生活用冷、用热，使海岛实现自给自足，节能环保，提高系统综合利用效率；

6、配置太阳能集热器及储热罐，不仅利用了可再生能源，提高系统环保性能，且为系统供能实现热源的多重保障，提高系统安全性；

7、配置海水淡化装置，有效解决离岸海岛水资源短缺问题，并利用与海水淡化的协同作用，通过制水机组调节淡水以平衡可再生能源系统，抑制可再生能源不确定性并同时满足系统内储热罐、余热锅炉补水及岛内生活用水需求，达到削峰和降低淡水生产成本作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的结构示意图。

附图标记说明：风力发电机1、太阳能光伏组件2、波浪能发电平台3、潮流能发电机4、海水淡化装置5、蓄水池6、蓄电池储能装置7、储气罐8、燃气轮机9、余热锅炉10、溴化锂机组11、太阳能集热器12、储热罐13、储油罐14、柴油发电机15。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例

参见图1。

本实施例公开了一种用于离岸海岛的综合能源利用系统，其包括风力发电机1、太阳能光伏组件2、波浪能发电平台3、潮流能发电机4、海水淡化装置5、蓄水池6、蓄电池储能装置7、储气罐8、燃气轮机9、余热锅炉10、溴化锂机组11、太阳能集热器12、储热罐13、储油罐14和柴油发电机15。

本实施例中，风力发电机1、太阳能光伏组件2、波浪能发电平台3和潮流能发电机4均与海水淡化装置5、蓄电池储能装置7连接，为海水淡化装置5提供电能，以及将过剩电能存储在蓄电池储能装置7中。蓄水池6和海水淡化装置5连接，蓄水池6用于储备海水淡化装置5制备的淡水，为岛内提供用水。蓄电池储能装置7为岛内提供用电。

本实施例中，燃气轮机9分别与海水淡化装置5、蓄电池储能装置7连接，其作为补充电源进行发电；燃气轮机9、余热锅炉10和溴化锂机组11依次连接，溴化锂机组11为岛内供冷和供热。储气罐8为燃气轮机9提供燃料，燃气轮机9发电过程中产生的余热废气进入到余热锅炉10中，为溴化锂机组11提供热源，为离岸岛屿提供采暖、热水及空调制冷，对能量进行梯级利用，提高系统综合能源效率。

本实施例中，太阳能集热器12和储热罐13连接，储热罐13为岛内供热以及为溴化锂机组11提供热源；蓄水池6分别与储热罐13、余热锅炉10连接，为储热罐13和余热锅炉10补水。在系统正常运行时，储热罐13主要用于保障溴化锂机组11热源，通过溴化锂机组提供岛内供热与空调制冷；当溴化锂机组11停运时，储热罐13仍然可以直接为岛内供热。

本实施例中，柴油发电机15作为应急电源进行发电，柴油发电机15配置一个储油罐14；柴油发电机15分别与海水淡化装置5、蓄电池储能装置7连接。在岛内可再生能源电源、储能装置、燃气轮机发电系统出现故障或发生极端情况，均不能满足需求时启动，作为应急电源保障数据中心、军事设施等重要用户负荷。

本实施例中，用于离岸海岛的综合能源利用系统的运行方法是：风力发电机1、太阳能光伏组件2、波浪能发电平台3和潮流能发电机4组合形成可再生能源发电单元，蓄电池储能装置7作为蓄电单元；首先根据不同季节、不同时段可再生能源特点，组合利用风力发电机1、太阳能光伏组件2、波浪能发电平台3和潮流能发电机4产生清洁电能，用于海水淡化装置5运转电力及提供岛屿日常用电；海水淡化装置5产生的淡水储存于蓄水池6中，作为储备水源，为余热锅炉10、储热罐13提供补水及岛内生活用水，并利用与海水淡化的协同作用，通过制水机组调节淡水以平衡可再生能源系统，抑制可再生能源不确定性；在风能、太阳能、波浪能、潮流能丰富时将产生的过剩电能存储在蓄电池储能装置7中，从而在可再生能源电源出力不足时，蓄电池储能装置7放电为岛屿提供日常用电；在可再生能源发电单元与蓄电单元耦合运行不足以提供稳定电力输出时，启动燃气轮机9，带动发电机运行作为补充电源满足岛屿用电需求，燃气轮机9运行产生的高温烟气进入余热锅炉10，为溴化锂机组11提供热源，通过溴化锂机组11提供岛内供热与空调制冷，实现能量梯级利用，提高系统综合能源效率；在溴化锂机组11停运时，余热锅炉10也可以直接供热；太阳能集热器12收集的热量被储存在储热罐13中，储热罐13为岛内供热以及为溴化锂机组11提供热源，当溴化锂机组11停运时，储热罐13仍然可以直接为岛内供热，太阳能集热器12和储热罐13不仅利用了可再生能源，提高系统环保性能，且为系统供能实现热源的多重保障，提高系统安全性；在可再生能源发电单元、蓄电单元、燃气轮机9发电出现故障或发生极端情况，均不能满足需求时，启动柴油发电机15，作为应急电源保障数据中心、军事设施等重要用户负荷，极大提高系统安全性。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。