[發(fā)明專利]一種集成海水淡化和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710134245.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106877742B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高學(xué)理;楊洋;王群;王小娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N3/00
• 分類號(hào): H02N3/00;H02J3/38;C02F1/44;C02F1/469;C02F103/08
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發(fā)明公開(kāi)了一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的方法及裝置，涉及不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電過(guò)程、電滲析海水淡化過(guò)程和反電滲析鹽差能發(fā)電過(guò)程，通過(guò)反電滲析壓差能發(fā)電模塊與不穩(wěn)定可再生發(fā)電模塊耦合彌補(bǔ)不穩(wěn)定可再生發(fā)電模塊不足發(fā)電量的同時(shí)處理海水淡化過(guò)程中產(chǎn)生的濃縮水，通過(guò)存儲(chǔ)或海水淡化模塊消耗不穩(wěn)定可再生能源多余的發(fā)電量，這個(gè)工藝設(shè)計(jì)思路巧妙，能源利用率高，實(shí)現(xiàn)全天候24小時(shí)穩(wěn)定發(fā)電，具有極好的技術(shù)推廣價(jià)值和社會(huì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開(kāi)了一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的方法及裝置，具體涉及風(fēng)能/太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程、電滲析海水淡化過(guò)程和反電滲析鹽差能發(fā)電過(guò)程。

背景技術(shù)

在全球性能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)與水資源危機(jī)的大背景下，可再生能源與海水淡化耦合技術(shù)將極大地解決目前海水淡化技術(shù)與可再生能源利用技術(shù)發(fā)展過(guò)程中各自存在的弊端：能量密集型的海水淡化技術(shù)如若使用常規(guī)能源(石油、煤炭、天然氣等不可再生能源)盡管在一定程度上可有效緩解淡水資源短缺的問(wèn)題，但不可避免地產(chǎn)生大量溫室氣體和有害氣體(如NO_x，SO_x等腐蝕性氣體)，從而引發(fā)額外的環(huán)境負(fù)擔(dān)；可再生能源盡管普遍具有低污染、大儲(chǔ)量(如全球可利用的太陽(yáng)輻射能為17萬(wàn)億千瓦、2014年全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量3.7億千瓦)等特點(diǎn)，但易受地域、氣候和季節(jié)等環(huán)境因素影響，難以實(shí)現(xiàn)不間斷、全天候的供電。目前，太陽(yáng)能/風(fēng)能與海水淡化的耦合可分為直接法與間接法(直接法與間接法的區(qū)別在于可再生能源利用部分與脫鹽部分是否一體，一體為直接法，分置為間接法)。由于直接法占地面積大、能源利用率低，在早期的耦合工藝中多被采用，目前開(kāi)發(fā)的可再生能源與海水淡化耦合技術(shù)多以間接法為主。

電滲析(ED)工藝原理簡(jiǎn)單、技術(shù)發(fā)展成熟，供電模式為直流電，從原理上完全適應(yīng)波動(dòng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性差的風(fēng)能/太陽(yáng)能等可再生能源。目前，ED與可再生能源的耦合普遍忽視了濃縮海水的循環(huán)利用。在我國(guó)當(dāng)前高鹽廢水零排放的政策背景下，濃縮海水的高效利用將有效降低耦合工藝的運(yùn)行成本以及緩解環(huán)境負(fù)擔(dān)。反電滲析(RED)技術(shù)利用離子交換膜對(duì)陰陽(yáng)離子的選擇透過(guò)性，在濃淡室通入具有不同鹽度的溶液(濃室為ED過(guò)程產(chǎn)生的濃縮海水，淡室為雨水/河水/生活污水等)，在膜兩側(cè)鹽度差的驅(qū)使下使陰陽(yáng)離子自發(fā)地發(fā)生定向遷移從而產(chǎn)生電勢(shì)差，之后極室溶液在陰陽(yáng)兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并通過(guò)回路將電勢(shì)能最終轉(zhuǎn)化成電能。RED技術(shù)的引入，不僅將緩解ED過(guò)程濃水直接排放造成的環(huán)境壓力，而且將完成風(fēng)電/太陽(yáng)能與鹽差能的切換，確保在任意時(shí)刻均能提供必要的電力供應(yīng)，最終可實(shí)現(xiàn)全天候可再生能源供電及海水淡化零濃水排放。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的裝置及其方法，是針對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等無(wú)法全天候穩(wěn)定供電的可再生能源以及海水淡化濃水直接外排造成的環(huán)境危害的兩大弊端，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的基于海水淡化和反電滲析技術(shù)的可再生能源全天候供電與海水淡水濃水高效利用技術(shù)。在該技術(shù)中利用海水淡化技術(shù)與太陽(yáng)能/風(fēng)能無(wú)縫銜接，產(chǎn)生淡水同時(shí)濃縮海水，之后利用反電滲析技術(shù)將濃縮海水與低鹽溶液之間的鹽度梯度轉(zhuǎn)化成電能，產(chǎn)生電能的同時(shí)稀釋濃縮海水。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種集成海水淡化濃水零排放和不穩(wěn)定可再生能源穩(wěn)定發(fā)電的方法，具體包括以下步驟：

(1)測(cè)定不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電模塊發(fā)電量，若測(cè)定發(fā)電量等于設(shè)定發(fā)電量則繼續(xù)發(fā)電；

(2)若測(cè)定發(fā)電量小于設(shè)定發(fā)電量，通過(guò)反電滲析發(fā)電模塊補(bǔ)充不足發(fā)電量，將存儲(chǔ)在淡水儲(chǔ)池中低鹽度水和存儲(chǔ)在濃縮海水儲(chǔ)池中的海水淡化過(guò)程產(chǎn)生的濃水分別輸送到反電滲析發(fā)電模塊的淡水室和濃水室，將離子交換膜兩側(cè)的鹽差能轉(zhuǎn)化成電能，待反電滲析發(fā)電模塊濃水室和淡水室出水鹽度均小于等于海水含鹽量時(shí)，將濃水排入海水中；