CN206901807U - 一种海岛微电网调峰及海水淡化相结合的海岛供水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海岛微电网调峰及海水淡化相结合的海岛供水系统，所述系统包括热泵系统、风系统、水系统以及微电网系统，水系统的是取储水罐中的海水进行预热和喷淋，引导预冷器中的水循环；风系统则是输送空气，并保证进风的设定参数；热泵系统对流过空气进行热湿处理，在蒸发器处降温减湿获得淡水；微电网系统是向压缩机、水泵以及风机供电。利用蒸发式冷凝器作为热源进行海水淡化，一方面不再需要外加热源，故可以独立使用，而且设备简单，易于操作管理：另一方面，该系统在较低的冷凝温度下(30～40℃)就能生产淡水，由于冷凝温度较常规蒸汽压缩式制冷机的低，从而使整机的COP有较大的提高。淡化后的海水与收集的雨水经过处理后可完成饮用水及生活用水的供给。

Description

一种海岛微电网调峰及海水淡化相结合的海岛供水系统

技术领域

本实用新型涉及一种海岛供水系统，特别涉及一种海岛微电网调峰及海水淡化相结合的海岛供水系统。

背景技术

我国领海内无人居住的岛屿众多，这些海岛区位特殊，在其周围有着丰富的生物、港口、油气、矿产、海洋能等海洋资源，在军事、科研以及旅游等方面有着很高的开发利用价值。在孤立的岛屿极端环境下工作和生活，电力供应、热湿环境控制、饮用淡水和生活用水的供应是最为重要的三个方面。海岛的资源特点是太阳能以及风能资源丰富，因此可使用风光柴蓄互补发电系统解决电力供应；并且海岛有着取之不尽的海水资源以及充足的雨水资源，可使用海水源热泵辅以雨水收集进行热湿环境的营造以及饮用淡水和生活用水的供应。

由于海岛用电负荷的不均匀性，在用电高峰时，会出现电网超负荷以及供电不足的情况。而风能、太阳能等可再生能源的日变化、季节变化较大，且随天气等随机因素会产生较大波动，使得电力系统的调峰难度较大。

目前广泛应用的海水淡化技术主要是包括多级闪蒸为代表的蒸馏法以及反渗透膜分离法，装置价格不菲，且需要额外较大的能源维持机组的运行，这些技术应用于孤立海岛上可行性较低。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种海岛微电网调峰及海水淡化相结合的海岛供水系统，克服现有技术中海水淡化技术成本高、电力系统的调峰难度较大的问题。

本实用新型的技术方案是：一种海岛微电网调峰及海水淡化相结合的海岛供水系统，所述系统包括热泵系统、风系统、水系统以及微电网系统四个部分；

所述热泵系统包括海水源热泵压缩机、海水源热泵节流阀、蒸发式冷凝器、蒸发器，由制冷剂管路进行连接，依次经过海水源热泵压缩机、蒸发式冷凝器、海水源热泵节流阀、蒸发器；

风系统包括蒸发式冷凝器、蒸发器、预冷器、离心风机、风阀，由风管进行连接，依次经过风阀、离心风机、蒸发式冷凝器、预冷器、蒸发器；

水系统包括预冷器、海水储水罐、雨水收集装置、中央蓄水池、水处理装置、水泵、水阀，由水管进行连接，可分为海水侧、雨水侧、生活用水侧、饮用水侧四个管路；海水依次经过水泵、水阀、水处理装置、海水储水罐、水阀后分为两路，一路经过水阀流入中央蓄水池的低品质用水侧，一路经过预冷器流入中央蓄水池的高品质用水侧，此外蒸发器产生的冷凝水亦流入中央蓄水池的高品质用水侧；雨水流入雨水收集装置后可直接泄出，也可经过水阀流入中央蓄水池的低品质用水侧；生活用水由中央蓄水池引出，经过水泵、水阀、水处理装置后进行供应；饮用水由中央蓄水池引出，经过水泵、水阀、水处理装置后进行供应；

所述微电网系统向海水源热泵压缩机、水泵以及风机供电。

所述微电网系统包括海水源热泵压缩机、水泵、风力发电机、光伏阵列、蓄电池组、柴油机、整流器、斩波器、电压控制器、逆变器、控制单元；在供电侧，风力发电机与整流器相连，光伏阵列与斩波器相连，蓄电池组与电压控制器相连，这三个部分均并联在直流供电线路上，而后经过逆变器转换为交流电，与柴油机并联在交流供电线路上；在用电侧，海水源热泵压缩机与水泵并联在交流用电线路上。

本实用新型的有益效果是：(1)该系统利用了海岛上丰富太阳能、风能以及雨水等资源，具有节能环保的特点。

(2)该系统各设备结构及管路连接简单，且造价低廉，使得成套系统的制造和运输便捷，一套系统集成饮用淡水、生活用水、空气调节、电力调峰等多个功能，大大节约了初投资。

(3)该系统通过中央蓄水池、海水储水罐以及水管路实现不同水质的梯级利用，充分利用水资源。

(4)该系统设置预冷器一方面有效利用海水的天然冷量提高机组运行的COP，另一方面对海水起到了预热作用，利于其在喷淋过程中的蒸发。

(5)该系统通过水泵的启停和水罐的储水实现了对于风光柴蓄系统的辅助调峰，通过将多余电量即时利用来减小储电设备的压力，减小了系统的调峰难度，防止电池的过充与过放，提高系统全寿命周期的经济性。

(6)该系统依托于海水源热泵系统，通过直接蒸发冷却方式使得冷凝温度较常规蒸汽压缩式制冷机要低，从而使整机的COP有较大的提高，实现了能源的高效利用。

(7)该系统采用清洁能源，利于节能减排且不产生污染物，对海岛原有生态环境影响较低。

(8)该系统进行了各项参数与性能的匹配。按照50平米空间以及2人的单元化标准，耦合制冷量和淡水产量之间的关系，提高了系统的可靠性。

本实用新型将风光柴互补发电技术与海水源热泵技术相结合，可通过将多余电量及时利用来减小储电设备的压力，减小了系统的调峰难度，防止电池的过充与过放，实现对其他分布式电源的优化调度，保证微电网的长期稳定、经济运行。

利用蒸发式冷凝器作为热源进行海水淡化，一方面不再需要外加热源，故可以独立使用，而且设备简单，易于操作管理：另一方面，该系统在较低的冷凝温度下(30～40℃)就能生产淡水，由于冷凝温度较常规蒸汽压缩式制冷机的低，从而使整机的COP有较大的提高。淡化后的海水与收集的雨水经过处理后可完成饮用水及生活用水的供给。

附图说明

图1热泵系统、风系统及水系统组合图；

图2微电网系统图；

图3微电网调峰策略图；

其中：1—海水源热泵压缩机；2—海水源热泵节流阀；3—蒸发式冷凝器；4—蒸发器；5—预冷器；6—海水储水罐；7—雨水收集装置；8—中央蓄水池；9—离心风机；10—风阀；11—水处理装置；12—水泵；13—水阀；14—风力发电机；15—光伏阵列；16—蓄电池组；17—柴油机；18—整流器；19—斩波器；20—电压控制器；21—逆变器；22—控制单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，本实用新型系统可划分为热泵系统、风系统、水系统以及微电网系统四个部分。水系统的任务是取储水罐中的海水进行预热和喷淋，引导预冷器中的水循环；风系统的任务则是输送空气，控制空气量，并保证进风的设定参数；热泵系统对流过空气进行热湿处理，蒸发式冷凝器对空气加热加湿，产生高温饱和湿空气，在蒸发器处降温减湿获得淡水；微电网系统是向压缩机、水泵以及风机供电。

热泵系统包括海水源热泵压缩机1、海水源热泵节流阀2、蒸发式冷凝器3、蒸发器4，由制冷剂管路进行连接，依次经过海水源热泵压缩机1、蒸发式冷凝器3、海水源热泵节流阀2、蒸发器4。

风系统包括蒸发式冷凝器3、蒸发器4、预冷器5、离心风机9、风阀10，由风管进行连接，依次经过风阀10、离心风机9、蒸发式冷凝器3、预冷器5、蒸发器4。

水系统包括预冷器5、海水储水罐6、雨水收集装置7、中央蓄水池8、水处理装置11、水泵12、水阀13，由水管进行连接，可分为海水侧、雨水侧、生活用水侧、饮用水侧四个管路。海水依次经过水泵12-1、水阀13-1、水处理装置11-1、海水储水罐6、水阀13-5后分为两路，一路经过水阀13-4流入中央蓄水池8的低品质用水侧，一路经过预冷器5流入中央蓄水池的高品质用水侧，此外蒸发器4产生的冷凝水亦流入中央蓄水池的高品质用水侧。雨水流入雨水收集装置7后可直接泄出，也可经过水阀13-2流入中央蓄水池8的低品质用水侧。生活用水由中央蓄水池8引出，经过水泵12-2、水阀13-3、水处理装置11-2后进行供应。饮用水由中央蓄水池8引出，经过水泵12-3、水阀13-6、水处理装置11-3后进行供应。

如图2所示，微电网系统包括海水源热泵压缩机1、水泵12-1、风力发电机14、光伏阵列15、蓄电池组16、柴油机17、整流器18、斩波器19、电压控制器20、逆变器21、控制单元22。在供电侧，风力发电机14与整流器18相连，光伏阵列15与斩波器19相连，蓄电池组16与电压控制器20相连，这三个部分均并联在直流供电线路上，而后经过逆变器转换为交流电，与柴油机并联在交流供电线路上。在用电侧，海水源热泵压缩机1与水泵12-1并联在交流用电线路上。

在供能端，风力发电机、太阳能电板以及柴油机发出的电能通过控制单元储存在蓄电池中，经过逆变器将直流电转换为交流电输送到负载端。在负载端，海水抽水泵作为可控调峰负载亦受控制单元控制。

海水源热泵机组在运行时，气流方向从左到右，首先经过蒸发式冷凝器3加热加湿，海水喷淋在蒸发式冷凝器3的表面，形成水膜，充分吸收管内制冷剂相变时放出的潜热，从而使海水温度升高；通过水膜与流动空气的热质交换，实现盐水分离，汽化过程要吸收大量的汽化潜热，这更进一步促进管内制冷剂的冷凝过程，释放凝结潜热；两方面综合结果是降低了冷凝温度、使流过蒸发式冷凝器的气流温度和湿度都得到了提高，接近饱和湿空气。

而后气流先经过预冷器5进行一定程度的预冷以减轻蒸发器负担，凝结下来的淡水导入中央蓄水池8中。储水罐6中较低温度的海水流入预冷器5，得到一定程度的预热，而后进入喷淋装置，方便其在冷凝器表面的蒸发过程；另外，蓄水池5中导入的淡水也可分担一部分预冷任务。而后海水再经过海水源热泵蒸发器4降温减湿，高温饱和湿空气中的水蒸汽在蒸发器4表面凝结获得淡水导入蓄水池8。经喷淋后落入蒸发式冷凝器3下方接水盘中的水可直接排出或作为低品质要求的生活用水补充。

水泵12抽取海水经过预处理后进入海水储水罐6，经过海水源热泵机组后排出温度较高的浓海水。雨水收集装置7将海岛降雨收集汇入中央蓄水池8进行存储。蓄水池中的水一方面可作为饮用水和生活用水的水源，另一方面也可辅助海水源热泵的运行。中央蓄水池8中的雨水和淡化水进行分隔处理，淡化水经过水处理装置11-3后供应生活空间内的饮用水，雨水以及剩余的淡化水经水处理装置11-2后可作为生活用水进行供应。

如图3所示，在微电网系统中，电力来源为三个部分，风力发电机14、光伏阵列15以及柴油机17，风力发电机14发出的交流电要经过整流器18转换为直流电，光伏阵列15发出的直流电要经过斩波器19调整电压，这两部分直流电经过逆变器21转换为交流电，在用电低谷时可将富余电量存储至蓄电池组16中，富余电能也可驱动水泵12抽取海水源热泵所需海水，所抽海水用于输送至海水源热泵机组进行即时制冷和海水淡化，或储存至储水罐6中。用电高峰时，海水源热泵可利用储水罐6中存水进行制冷，而不需即时抽水，缓解高峰时段用电压力。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种海岛微电网调峰及海水淡化相结合的海岛供水系统，其特征在于，所述系统包括热泵系统、风系统、水系统以及微电网系统四个部分；

所述热泵系统包括海水源热泵压缩机(1)、海水源热泵节流阀(2)、蒸发式冷凝器(3)、蒸发器(4)，由制冷剂管路进行连接，依次经过海水源热泵压缩机(1)、蒸发式冷凝器(3)、海水源热泵节流阀(2)、蒸发器(4)；

风系统包括蒸发式冷凝器(3)、蒸发器(4)、预冷器(5)、离心风机(9)、风阀(10)，由风管进行连接，依次经过风阀(10)、离心风机(9)、蒸发式冷凝器(3)、预冷器(5)、蒸发器(4)；

水系统包括预冷器(5)、海水储水罐(6)、雨水收集装置(7)、中央蓄水池(8)、水处理装置(11)、水泵(12)、水阀(13)，由水管进行连接，可分为海水侧、雨水侧、生活用水侧、饮用水侧四个管路；海水依次经过水泵(12-1)、水阀(13-1)、水处理装置(11-1)、海水储水罐(6)、水阀(13-5)后分为两路，一路经过水阀(13-4)流入中央蓄水池(8)的低品质用水侧，一路经过预冷器(5)流入中央蓄水池的高品质用水侧，此外蒸发器(4)产生的冷凝水亦流入中央蓄水池的高品质用水侧；雨水流入雨水收集装置(7)后可直接泄出，也可经过水阀(13-2)流入中央蓄水池(8)的低品质用水侧；生活用水由中央蓄水池(8)引出，经过水泵(12-2)、水阀(13-3)、水处理装置(11-2)后进行供应；饮用水由中央蓄水池(8)引出，经过水泵(12-3)、水阀(13-6)、水处理装置(11-3)后进行供应；

所述微电网系统向海水源热泵压缩机、水泵以及风机供电。

2.根据权利要求1所述海岛微电网调峰及海水淡化相结合的海岛供水系统，其特征在于，所述微电网系统包括海水源热泵压缩机(1)、水泵(12-1)、风力发电机(14)、光伏阵列(15)、蓄电池组(16)、柴油机(17)、整流器(18)、斩波器(19)、电压控制器(20)、逆变器(21)、控制单元(22)；在供电侧，风力发电机(14)与整流器(18)相连，光伏阵列(15)与斩波器(19)相连，蓄电池组(16)与电压控制器(20)相连，这三个部分均并联在直流供电线路上，而后经过逆变器转换为交流电，与柴油机并联在交流供电线路上；在用电侧，海水源热泵压缩机(1)与水泵(12-1)并联在交流用电线路上。