智能微電網(wǎng)直擊痛點 解決海水淡化高耗能問題

海南三沙市設市五周年之際，《新聞聯(lián)播》報道了三沙5年來的大變化。“(現(xiàn)在)用水也沒問題了，以前都是有點水吃，洗澡都很難的。”三沙市趙述島居民李珠玉接受采訪時說。

李珠玉喝到的水，是海水淡化出來的。“過去狠燒柴油淡化海水，水量也不太夠，現(xiàn)在利用風能、光能，就能根據(jù)島上需求產(chǎn)水，每天大約100噸左右，”江蘇豐海新能源工程技術公司技術研發(fā)部經(jīng)理王福家為能讓當?shù)厝擞盟渥愣牢浚弛w述島的海水淡化裝置，正是他們生產(chǎn)的集裝箱式“海淡”裝置，一套裝進集裝箱的智能微電網(wǎng)海水淡化成套系統(tǒng)，不依賴于電網(wǎng)，直接利用風能、太陽能等清潔能源發(fā)電生產(chǎn)出高品質生活和飲用水。

直飲海水，是向海洋要水的“人類解渴工程”的終極目標。既要淡化海水，還要解決孤島的耗能問題、摘下耗能的“大高帽”，怎么辦?技術創(chuàng)新的回答是，“魚與熊掌”可以兼得。

吃能大戶用上自己穩(wěn)定的“糧倉”

高能耗一直是海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“痛點”。資料顯示，傳統(tǒng)的淡化海水采用常規(guī)能源，每淡化1萬噸海水需耗電4.66萬度，折合標準煤18.8噸，排放二氧化碳46.4噸，是高能耗產(chǎn)業(yè)。

這個“吃能大戶”最好有自己的能源“糧倉”，王福家說，“它需要一個獨立的供能系統(tǒng)，這個糧倉還不能小了。”

為了讓海水淡化脫離大電網(wǎng)，吃上新能源的“獨食”，“我們試圖建立一個大容量的孤島微電網(wǎng)，為海水淡化裝置提供能源。”王福家說，微電網(wǎng)技術已經(jīng)發(fā)展多年，風能的不穩(wěn)定使得微電網(wǎng)一般采用“多臺千瓦級小容量發(fā)電機組+大容量儲能系統(tǒng)”的微電網(wǎng)模式。大容量的兆瓦級風機因沖擊過大、難于控制，容易造成‘烈馬拉小車’的翻車風險而少有在微電網(wǎng)中應用。

怎么既接入兆瓦級大風機又讓微電網(wǎng)穩(wěn)定運行?新的技術路線往往是“左右為難”時從中間趟出的一條路。

“為了達到既經(jīng)濟又運行穩(wěn)定的目標，我們和別人反著來，”王福家說，“用一臺兆瓦級大容量發(fā)電機組+小容量儲能系統(tǒng)+控制技術。這樣做是基于微電網(wǎng)環(huán)境中電能輸入與負荷用電是個整體，別人調(diào)節(jié)前者，我們調(diào)節(jié)后者。”2014年5月，豐海新能源公司在江蘇鹽城沿海建成國內(nèi)首個萬噸級非并網(wǎng)風電淡化海水示范工程，采用先進的能源管理系統(tǒng)、多臺儲能變流器并聯(lián)控制技術，平緩地調(diào)節(jié)負載的增加與減少，保證了微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，解決了海水淡化的新能源利用問題。

“我們的示范項目現(xiàn)在每天向大海要水1萬噸，其中船用水1000噸、城市用水8200噸、高端純凈水800噸。”王福家說。

模塊集裝箱自帶“行李”即插即用

2016年的最后一天，王福家是在三沙市一處島礁上度過的，他帶隊登島，檢查剛剛架起的新能源海水淡化設備，直到它成功涌出淡水。

"缺水缺電，最典型的地方是海島。”王福家回憶，島上的居民一直靠大船“接水”，每次接五六噸，島上150人吃飯、飲水都緊著用，洗澡要等天下雨。“后來他們燒柴油淡化海水，可是柴油也得運，受能源限制，水出得少，也不能敞開用。”

怎樣把萬噸非并網(wǎng)海水淡化工程的設計、運行經(jīng)驗“搬上”海島?“大型工程的建設不適用于海島，好在我們的微電網(wǎng)是完整而獨立的，我們要把它建成能即插即的‘微縮版’。”王福家說。

“微縮版”一定要方便運輸，有了這個目標，豐海公司把目光落在了貨運最方便的標準集裝箱上，一套裝進集裝箱的智能微電網(wǎng)海水淡化成套系統(tǒng)就能孤網(wǎng)運行，不依賴于電網(wǎng)，直接利用風能、太陽能等清潔能源發(fā)電生產(chǎn)出高品質生活和飲用水。

“箱子式”的構架確定了，接下來要完成系統(tǒng)的“行李打包”。“把集裝箱設備做得緊湊，能共用的管道，我們絕不會單獨鋪設一個，能共用的閥門，絕不會再增加一個，”王福家的兩個“絕不”道出了“集裝箱系統(tǒng)”的復雜性。“實現(xiàn)同樣的功能，壓縮了近一倍的體積。”

“你可以像接通電腦主機一樣，為它接上電纜、管道，就能喝上淡化后的海水。”王福家說，集裝箱式設備針對不同地區(qū)的海水特點采用不同的淡化工藝，海水在飲用前要經(jīng)過預處理、一級、二級、三級反滲透等處理。“在海水較純凈的地區(qū)，一級反滲透出水即可達到生活飲用水水質，如果再增加二級和三級反滲透，將進一步去除一些離子，達到飲用純凈水的水質。”

除了“可整體運輸，快速組裝，無需現(xiàn)場調(diào)試”等優(yōu)點，集裝箱式智能微網(wǎng)海水淡化系統(tǒng)還必須防腐蝕、防臺風、防高溫。“這套智能化設備能自動運行，即能蓄電，也能供水，”王福家說，“有了這套設備，任何一個孤島地區(qū)都可以讓人類生存下去。”

據(jù)介紹，100噸級該套系統(tǒng)已與印尼簽約，馬爾代夫也已采購了5套設備。

海水淡化可用“海陸空天”4D能源網(wǎng)

“荒島上的能源可多著呢，”在王福家看來，鳥不拉屎、沒水沒電的荒島是個當之無愧的能源“富礦”，“潮流能、潮汐能、風能、太陽能都比內(nèi)陸豐富，”這里環(huán)繞著“海陸空天”的4D能源網(wǎng)，關鍵是要有能力做個能源“好采手”。

“海水淡化設備都是需要晝夜穩(wěn)定運行的，但自然界的風能和光能都極不穩(wěn)定，怎么把這種不穩(wěn)定變成穩(wěn)定，確保設備能24小時運行?”最初，他們用柴油機作為備用電源，為了甩掉柴油機，研究人員開始把新能源家族全拉進來逐一嘗試。

白天時用太陽能把鹽熔化，達到幾百攝氏度，用熔鹽燒水，水蒸氣推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。“這就是光熱海淡項目，它不像光伏那樣占地兒，同時還可以利用熔鹽儲熱在夜間發(fā)電。”王福家說，系統(tǒng)中的鹽和水蒸汽都能循環(huán)使用。

“新能源家族中還有潮流能，看似平靜的海平面以下波濤洶涌、洋流涌動，我們把與垂直軸風機葉片相似的潮流能發(fā)電系統(tǒng)放在海里，讓潮流能發(fā)電。波浪能也可以發(fā)電，針對它往復式的運動特點，我們也在研究如何利用它。”王福家的概念里，這些自然界的能源都能夠被利用，關鍵是他們掌握了讓“能源穩(wěn)定輸出”的“采能術”。

由于“顛簸”的輸出，這些清潔能源一直游離在人類掌控之外，而今得益于儲能技術、微電網(wǎng)控制技術的誕生和發(fā)展，它們有潛力協(xié)力構成野外環(huán)境下，人類取之不盡的4D能源網(wǎng)。

集裝箱式微網(wǎng)海水淡化系統(tǒng)是小型風、電、水一體化的設備。由可再生能源輸入系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、微電網(wǎng)控制系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)等部分組成，系統(tǒng)可孤網(wǎng)運行，不依賴于電網(wǎng)，直接利用風能、太陽能等清潔能源發(fā)電生產(chǎn)出高品質的生活和飲用水，并供應穩(wěn)定的電源。

集裝箱不僅能供應淡水，還可以發(fā)電，解決了孤島生活的重大難題。為了讓它能方便地運到孤島、并扎根在那里，研發(fā)生產(chǎn)方江蘇豐海新能源工程技術公司在萬噸非并網(wǎng)海水淡化工程的設計、運行經(jīng)驗的基礎上，賦予了它便攜集裝箱的特性，具有可整體運輸，快速組裝，無需現(xiàn)場調(diào)試等優(yōu)點，適合為淡水資源匱乏和網(wǎng)電未覆蓋的內(nèi)陸、沿海地區(qū)和遠海孤島地區(qū)提供生活用水和電力供應。目前有日產(chǎn)50噸、100噸、500噸和1000噸等不同級別的集裝箱式海淡系統(tǒng)。

它的可再生能源輸入系統(tǒng)不局限于單一能源，可接入風力發(fā)電機組、光伏發(fā)電系統(tǒng)、光熱發(fā)電系統(tǒng)等，根據(jù)需求進行選擇。

為了值守海防，它必須防腐蝕、防臺風、防高溫;為了服務少人地區(qū)，它要高智能、免調(diào)試、免維護、具有無人值守功能;為了跨過高山汪洋，它緊湊前行，具有便于運輸、安裝，可以應用到任何缺水少電的沿海地區(qū)。

集裝箱式微網(wǎng)海水淡化系統(tǒng)中的海水淡化工藝采用一級、二級反滲透對海水進行脫鹽，達到生活飲用水水質;在此基礎上，采用三級反滲透進一步去除水中的離子，獲得瓶裝飲用純凈水。濃鹽水、濾池反沖洗水、過濾器反沖水收集后，一起集中排放至附近海域;對預沉池及澄清池排泥水進行污泥脫水處理;對化學清洗廢水經(jīng)中和進行無害化處理，達標后排入市政污水管道。