摘 要：海島的核心需求是用能、用水。通過風(fēng)-光-抽蓄-海水淡化復(fù)合系統(tǒng)能量管理方法，可以使可再生能源系統(tǒng)與海水淡化結(jié)合，降低海水淡化此高耗能產(chǎn)業(yè)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(tǒng)出力具有很好的適應(yīng)性，能夠在系統(tǒng)的能量平衡方面承擔(dān)重要的角色，還可以解決對煤炭等傳統(tǒng)能源的依賴，從而在一定程度上解決環(huán)境污染和能源緊缺等難題。

關(guān)鍵詞：風(fēng)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(jīng)濟(jì)開發(fā)和居民的日常生活。海島供電主要有兩種模式，一是聯(lián)網(wǎng)，一是離網(wǎng)。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(shè)海底海纜與大陸聯(lián)網(wǎng)。例如浙江舟山群島地區(qū)的舟山主網(wǎng)通過220kV 和110kV 海纜與大陸電網(wǎng)相連；而對于其他偏遠(yuǎn)小型島嶼而言，由于最大負(fù)荷有限、輸送距離較遠(yuǎn)、島嶼面積狹窄，敷設(shè)海纜在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面需要付出更大代價，而傳統(tǒng)上依賴于柴油發(fā)電，一直存在電價過高、供能有限、供電不穩(wěn)定等問題，嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此圍繞可再生能源為核心，利用海島豐富的風(fēng)能、太陽能，結(jié)合抽水蓄能技術(shù)進(jìn)行海水淡化，形成一體化自給自足式發(fā)電、供水系統(tǒng)，具有良好的發(fā)展前景。

可再生能源開發(fā)利用步伐日益加快的同時，穩(wěn)定發(fā)出電力波動、增強(qiáng)可調(diào)節(jié)性、改善電網(wǎng)消納能力等面臨巨大挑戰(zhàn)。其中，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的核心問題是解決發(fā)電出力與負(fù)荷的平衡問題，儲能技術(shù)是消除可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。抽水蓄能是目前唯一最成熟的大規(guī)模儲能技術(shù)，其削峰填谷之效在系統(tǒng)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(tǒng)與海水淡化結(jié)合，可以有效解決能源問題。

基于上述分析，針對風(fēng)-光-抽蓄-海水淡化復(fù)合系統(tǒng)的能量管理方法可以有效克服風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電的隨機(jī)性、波動性問題，可為解決海島及偏遠(yuǎn)地區(qū)的用能、用水問題提供一種有效途徑。

1 研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)

隨著風(fēng)能、太陽能等一批可再生能源利用技術(shù)的發(fā)展，一些發(fā)達(dá)國家、發(fā)展中國家以及一些相對落后的國家都認(rèn)為采用可再生能源是解決當(dāng)前能源危機(jī)、緩解環(huán)境污染、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一條極好的途徑。多種可再生能源的綜合利用已經(jīng)給部分島嶼以及偏遠(yuǎn)的山區(qū)帶來方便，有許多關(guān)于使用再生能源復(fù)合發(fā)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(yīng)用可再生能源綜合利用技術(shù)為海島提供能源，而其中研究的重點是可再生能源發(fā)電中的蓄能技術(shù)，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(fù)合發(fā)電為海島提供能源的工程在建設(shè)中。

與歐美、日本等發(fā)達(dá)地區(qū)和國家相比，我國抽水蓄能電站建設(shè)起步較晚。全國已開展前期工作且建設(shè)條件優(yōu)越的抽水蓄能電站規(guī)模約6000萬kW 。我國由目前還有許多大電網(wǎng)不能覆蓋的孤立地區(qū)。這些孤立地區(qū)的能源供給主要還是依靠柴油發(fā)電機(jī)，嚴(yán)重阻礙了這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。目前，國內(nèi)有多家發(fā)電集團(tuán)對孤立地區(qū)的多種可再生能源復(fù)合發(fā)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(fā)展。

海水淡化技術(shù)領(lǐng)域中，我國的電滲析技術(shù)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(shù)的優(yōu)點是：低能量，操作簡單，預(yù)處理簡單，具有較強(qiáng)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(xué)藥劑脫除有機(jī)物、膠體、細(xì)菌和懸浮物等，不適用于制備飲用水。

2 風(fēng)光抽蓄海水淡化復(fù)合系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)組成

2.2 復(fù)合系統(tǒng)分析

對能量的合理利用，使風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電與抽水蓄能相結(jié)合利用風(fēng)光的天然互補(bǔ)性有效減少峰谷差，從而降低對抽水蓄能機(jī)組的需求，降低投資，適應(yīng)市場；海水淡化系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)海水淡化負(fù)荷與可在生能源發(fā)電單元出力的匹配，在系統(tǒng)的能量平衡方面承擔(dān)重要角色，淡化的海水可用于農(nóng)田灌溉，經(jīng)過濾器等可實現(xiàn)直接飲用，從而一定程度上實現(xiàn)自給自足；能夠克服對柴油機(jī)等傳統(tǒng)能源方式的依賴，減少溫室氣體排放量，適用于海島及偏遠(yuǎn)地區(qū)，為海島及偏遠(yuǎn)地區(qū)的用能、用水問題提供一種有效途徑；由于海水淡化系統(tǒng)是可控負(fù)荷，因此可以很好的根據(jù)能源的多少來控制海水淡化機(jī)組的啟動數(shù)量，從而更好的實現(xiàn)系統(tǒng)出力與用戶用電、用水需求相匹配。

3 技術(shù)路線

數(shù)據(jù)采集：采集風(fēng)速數(shù)據(jù)，以小時平均風(fēng)速為單位；采集光照資源數(shù)據(jù)，以小時平均光照強(qiáng)度為單位；

計算可再生能源單元出力：根據(jù)風(fēng)速數(shù)據(jù)、光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)數(shù)量 、光伏組件數(shù)量 等計算風(fēng)力發(fā)電部分、光伏發(fā)電部分出力；

確定常規(guī)負(fù)荷大?。捍_定常規(guī)負(fù)荷 ，即t時刻其它負(fù)荷功率大小，以小時平均負(fù)荷為單位；

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

4 結(jié)語

目前在新能源研究的領(lǐng)域，風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電的隨機(jī)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(tǒng)中的能量分配與控制的數(shù)學(xué)模型來建立一套完善的風(fēng)-光-抽蓄-海水淡化復(fù)合系統(tǒng)的能量管理方法?；谠摲椒軌騾f(xié)調(diào)和平衡風(fēng)光發(fā)電、抽水蓄能發(fā)電和海水淡化過程中的能量運行中的隨機(jī)性和波動性的問題，能夠提高能源利用率，使復(fù)合系統(tǒng)的能量分配與控制更加可靠，有效解決孤立的海島及偏遠(yuǎn)地區(qū)的用能、用水的難題的同時，此復(fù)合系統(tǒng)可增強(qiáng)風(fēng)、光作為清潔能源帶來的環(huán)保效益，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，增加電力企業(yè)收益，助力風(fēng)電光電產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)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.