一种通过一缓冲电池及一直流与交流转换器由多个太阳能板及/或多个风力涡轮机供电的多个闭路淡化(CCD)单元的系统，在所述缓冲电池的所述负载保持在一预选水平被提供时，通过来自上述多种自然能量来源的一通量变化作为所述功率可用性功能，来进行运作。所述发明专利技术的系统的所述可编程逻辑控制器连续跟踪所述电池负载；所述系统在负载下降(输出>输入)的情况下通过一通量下降或在负载增加(输出<输入)的情况下通过一通量增加来周期性响应，使得所述平均电池负载维持在所述预选水平附近。渗透物生产是通过所述系统继续作为所述CCD单元的所述NMEn配置(N为模块编号；n为元件编号)、所述多个太阳能板的面积及/或所述多个风力涡轮机的所述转子扫掠面积，及所述可再生能量来源的所述功率可用性功能。
Renewable solar / wind energy with variable power characteristics for closed-circuit desalination system
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变功率特性可再生太阳/风能源用于闭路淡化的系统
技术介绍
为了减轻“全球温室效应”，对来自免费可再生能量来源的清洁发电的需求不断增加，导致具有成本效益的太阳能板(solarpanels)及小型风力涡轮机(windturbines)的开发及商业化，这可以在地球上有需要的地方离网(offgrid)供应免费电力。将可再生能量来源用于淡化及水处理的应用应该能将低成本饮用水供应给在本地电网不存在或提供昂贵电力的岛屿、沿海地区及供水稀缺的内陆地区的不断增加的全球人口(约72亿)中的很大一部分。如果分别将25-50-100升/日/人的饮用水消耗量分别视为低-中-高标准，则以免费的太阳能/风能运作的5、10、25、50及100立方米/日(m3/day)容量的多个小型淡化单元应该能够分别供应200-100-50；400-200-100；1,000-500-259及2,000-1,00-500居民提供无污染的优质水。水消耗量大部分发生在白天，因此，仅由太阳能运作的多个淡化(desalination)单元应在日间有效照明6-8个小时期间满足所有日常用水需求；然而，通过风力运作的多个淡化单元不受限于日光，并且夜间产物被存储以在白天期间使用。
技术实现思路
在地球表面上的太阳能(PS)可由(1)表示，作为通过空间中的太阳常数(1.353千瓦/平方米，kW/m2)被定义，并考虑到在晴朗的天空中在大气中损失的太阳辐射部分(δ)约为50％，在多云及/或雾气的情况下更多。如果将多个太阳能板产生的直流(DC)电流的效率用表示，将DC→AC功率转换因子的效率用Ω表示，则从在地球上的太阳辐射产生的所述交流功率可以表示为(2)。在白天期间，在地球平坦表面上的太阳辐射会发生变化，并通过cos(α)被定义；其中，α是在入射辐射与对平坦表面的法线之间的夹角，这暗示在中午的最大功率沉积，在早晨及下午的低功率沉积以及每日有效功率沉积的一有限小时数量。在全球几个区域中，每表面积的年度太阳能沉积量(千瓦时/平方米/年，kWh/m2/year)以及将它们转换成假设的直流能量(用括号括起来)透露：中欧、亚洲及加拿大为1,000(200)；美国中部为1,500(330)；地中海地区为1,750(385)；在赤道非洲以及中东、澳大利亚、非洲和美洲的沙漠地区为2,200(484)。所述被引用的数字已经考虑到夏季/冬季的大量季节性变化，其值被估计比冬季中期的平均值低25％，并且比夏季中期的数值高25％。因此，在484千瓦时/平方米/年(kWh/m2/year)的年度平均直流能量沉积的沙漠地区，季节性变化应在363-605千瓦时/平方米/年的范围内，这被解读为每日平均范围为0.99→1.66千瓦时/平方米/日(kWh/m2/day)。假设在冬季和夏季，在沙漠地区的平均日有效太阳辐射分别为6-8小时，则以上被引用的数字转换为平均电流165→207瓦时/平方米(Wh/m2)或13.7→17.2安培小时/平方米(Ampere-hour/m2)输入每平方米12伏电池的一太阳能板(solarpanel)，被认为每30平方米(m2)的太阳能板分别在冬季和夏季期间转换成29.7→49.8千瓦时/日(kWh/day)。(1)PS(千瓦/平方米，kW/m2)＝1.353*(1-δ)风力涡轮机功率(PW)通过(3)表示；其中，η代表一功率系数的理论最大值的16/27(59.26％)，d代表空气密度，R代表转子半径，v代表风速。当d＝1.2*10-3公斤/立方米(kg/m3)时，所述风能方程式的形式为(4)，单位为千瓦(kW)，R以米(m)为单位，v以米/秒(m/s)为单位。应被指出的是，所述功率系数取决于由(4)表示的叶尖速度比(tip-speed-ratio)(λ)；其中，u代表所述转子的叶尖速度，而代表所述转子的转速(RPM)。风车转子经设计制造，可处于所述标称(nominal)风速频率的所述高功率系数范围(0.35-0.45)中运作，所述标称风速频率是能量含量最高的频段。(3)PW＝(1/2)*η*d*(π*R2)*v3(4)PW(千瓦，kW)＝1.884*10-3*η*R2*v3风态(windregines)可以根据垂直于所述转子的扫掠(sweep)的每单位面积的年度平均自然风能可用性(千瓦时/平方米/年，kWh/m2/year)进行评级，例如对于3,250±250(8.90±0.68)为优秀的(excellent)；2,750±250(7.53±0.68)为非常好的(very-good)；2,250±250(6.16±0.68)为好的(good)；1,750±250(4.79±0.68)为中间的(medium)；以及1,250(3.42)以下为贫乏的(poor)；其中，括号内的数据为日平均(千瓦时/平方米/日)。风力每天24小时都可以体验到，各个引用方案的平均功率输出被表示每平方转子扫掠(persquarerotorsweep)为370±28；313±28；257±28；199±28；142±28Wh/m2转换为30.7；26.1；21.4；16.5；及11.8安培小时/平方米(ampere-hour/m2)的电流输入到12伏电池。由于风速变化是常见的并且取决于频率，因此有效的风力涡轮机也应该能够在额定风速(即最高能量含量的频率)以上运作。上文提供的数据使我们能够根据太阳辐射区域和风态来估计固定电压电池中太阳能及/或风能的连续累加(continuousaccumulation)，下面将举例说明中等风态特征的典型沙漠地区，其中最大太阳辐射将以相当于一中等风态(16.5)的平均年度率为15.4(13.7→17.2)安培小时/平方米的速度对12伏电池充电，并且与面积为5％的一贫乏风态(11.8)相距不远前者与太阳能板有关，而后者与转子的扫掠有关-在上述条件下，太阳能和风能可变功率来源预计平均可提供的总平均功率为39.9(15.4+16.5)安培小时/平方米/或0.958千瓦时/平方米/日，在每一个平方米(peronesquare-meter)的收集区域(collectionarea)(CA)，或每10平方米CA为9.50千瓦时/日；每20平方米CA为19.20；每30平方米CA为28.7；每40平方米为38.2；每50平方米CA为49.9。通过在入口处采用固定压力流的普通直通反渗透技术将太阳能/风能应用于淡化需要电池具有足够大的能量存储容量以实现持久的性能。替代地，如果渗透物生产在可变通量作为功率可用性功能情况下进行，则可以使这种能量来源用于具备小的电池容量的连续淡化。本专利技术描述用于在可变通量条件下具有可变功率特性的可再生太阳/风能量来源的闭路淡化的系统，旨在用于对不存在本地电网或不提供昂贵电力的小型社区供水。本专利技术的利用可再生能量来源进行水淡化的系统描述一分批(batch)闭路淡化(CCD)单元的NMEn配置(N个模块，每个由n个元件制成)与通过可变功率输出的太阳能板及/或可变功率输出的风力涡轮机的集成，通过一小型容量缓冲电池还配备有一电池负载监视器(BLM)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于反渗透淡化的系统，由一清洁能量收获装置通过一能量存储装置自一可变功率可再生自然能量来源驱动，其特征在于：所述系统包括：/n一分批闭路淡化单元中进行一反渗透淡化，所述分批闭路淡化(CCD)单元包括一个或超过一个并联的模块，每个关于一个或多个膜元件；一闭路浓缩液再循环管线，具备从所述(多个)模块的(多个)出口到(多个)入口的一循环装置；一进料管线，具备对所述(多个)模块的(多个)入口的一加压装置；离开所述(多个)模块的一渗透物释放管线；及离开所述浓缩液再循环管线的一管线具备一致动阀装置(AV)及一止回阀装置(CV)，以使能在固定流量及由通量、模块回收率及序列回收率的多个运作设定点控制的多个可变压力条件下的每批淡化序列后，通过以低压进料短暂周期性替换盐水；/n一能量收获装置，用于将可变功率自然能量转换成直流(安培小时)作为功率可用性功能；/n一能量存储装置，包括一限定最大(安培小时)容量的一固定电压电池，其中所述直流(安培小时)能量被收集作为所述自然能量来源的功率可用性功能，并且从其而来的能量通过一直流与交流转换器被传送到所述闭路淡化单元作为它的运作通量设定点功能，所述电池还配备有一电池负载监测器，所述电池负载监测器还示出它的剩余能量容量，所述剩余能量容量由输入与输出平衡变化所导致；其中/n所述系统被定制以连续地运作，有待来自所述自然能量来源的一足够功率可用性，通过具备通量、模块回收率及序列回收率的多个运作设定点的所述闭路淡化单元中的一可编程逻辑控制器(plc)还从所述电池负载监测器接收在线数据并且以一下降的电池负载监测器的容量信号及一增加的电池负载监测器的容量信号来影响一定期性通量变化，所述下降的电池负载监测器的容量信号由于通过一下降通量被响应的输出>输入所导致，所述下降通量为所述闭路淡化单元使得所述电池的输出<输入，所述增加的电池负载监测器的容量信号由于通过一增加通量被响应的输出<输入所导致，所述增加通量为所述闭路淡化单元使得所述电池的输出>输入，并且所述定期性通量变化程序用于在所述闭路淡化单元运作时将电池负载监测器的容量回收处于一期望预定水平(譬如50％)，以及，当所述闭路淡化单元运作在它的一最大定义通量范围中而所述电池负载监测器的容量超过一最大定义水平(譬如≤90％)时，暂时断开从所述能量收获装置到所述电池的所述线路，以避免对所述电池过度充电的损坏，或当所述闭路淡化单元运作在它的一最小定义通量范围中而所述电池负载监测器的容量下降低于一定义最小值(譬如10％)时，由于缺乏足够功率而停止所述闭路淡化单元。/n...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170925 IL 2547251.一种用于反渗透淡化的系统，由一清洁能量收获装置通过一能量存储装置自一可变功率可再生自然能量来源驱动，其特征在于：所述系统包括：
一分批闭路淡化单元中进行一反渗透淡化，所述分批闭路淡化(CCD)单元包括一个或超过一个并联的模块，每个关于一个或多个膜元件；一闭路浓缩液再循环管线，具备从所述(多个)模块的(多个)出口到(多个)入口的一循环装置；一进料管线，具备对所述(多个)模块的(多个)入口的一加压装置；离开所述(多个)模块的一渗透物释放管线；及离开所述浓缩液再循环管线的一管线具备一致动阀装置(AV)及一止回阀装置(CV)，以使能在固定流量及由通量、模块回收率及序列回收率的多个运作设定点控制的多个可变压力条件下的每批淡化序列后，通过以低压进料短暂周期性替换盐水；
一能量收获装置，用于将可变功率自然能量转换成直流(安培小时)作为功率可用性功能；
一能量存储装置，包括一限定最大(安培小时)容量的一固定电压电池，其中所述直流(安培小时)能量被收集作为所述自然能量来源的功率可用性功能，并且从其而来的能量通过一直流与交流转换器被传送到所述闭路淡化单元作为它的运作通量设定点功能，所述电池还配备有一电池负载监测器，所述电池负载监测器还示出它的剩余能量容量，所述剩余能量容量由输入与输出平衡变化所导致；其中
所述系统被定制以连续地运作，有待来自所述自然能量来源的一足够功率可用性，通过具备通量、模块回收率及序列回收率的多个运作设定点的所述闭路淡化单元中的一可编程逻辑控制器(plc)还从所述电池负载监测器接收在线数据并且以一下降的电池负载监测器的容量信号及一增加的电池负载监测器的容量信号来影响一定期性通量变化，所述下降的电池负载监测器的容量信号由于通过一下降通量被响应的输出>输入所导致，所述下降通量为所述闭路淡化单元使得所述电池的输出<输入，所述增加的电池负载监测器的容量信号由于通过一增加通量被响应的输出<输入所导致，所述增加通量为所述闭路淡化单元使得所述电池的输出>输入，并且所述定期性通量变化程序用于在所述闭路淡化单元运作时将电池负载监测器的容量回收处于一期望预定水平(譬如50％)，以及，当所述闭路淡化单元运作在它的一最大定义通量范围中而所述电池负载监测器的容量超过一最大定义水平(譬如≤90％)时，暂时断开从所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿维·埃夫拉蒂，
申请(专利权)人：淡化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL
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