專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電和海水淡化處理技術(shù)，特別是涉及一種利用風(fēng)力發(fā)電和反滲 透法技術(shù)實(shí)現(xiàn)海水淡化的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
淡水是人類(lèi)社會(huì)賴(lài)以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)之一，是一切生命之源。很多偏遠(yuǎn)地 區(qū)、海島淡水資源天然匱乏，只能利用苦咸水或海水經(jīng)過(guò)淡化處理獲取淡水。
多數(shù)成熟的淡化處理技術(shù)依賴(lài)電能驅(qū)動(dòng)。偏遠(yuǎn)地區(qū)或海島無(wú)法引入公共電網(wǎng)或引 入電網(wǎng)成本太高，而采用柴油發(fā)電不僅成本高，油料運(yùn)輸還非常困難，維護(hù)工作量大，可靠 性差，對(duì)環(huán)境并不友好。因此，風(fēng)力發(fā)電就成為替代常規(guī)能源發(fā)電的重要方式之一。隨著風(fēng) 力發(fā)電技術(shù)的逐漸成熟與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用方式也逐步拓寬，與其它 下游技術(shù)相結(jié)合的風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用將創(chuàng)造更大的價(jià)值。
風(fēng)能海水淡化技術(shù)的關(guān)鍵是選擇適合風(fēng)力發(fā)電的海水淡化方法，由海水淡化技術(shù) 的特性、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的特性和使用場(chǎng)地的環(huán)境條件等決定。反滲透法是最適合風(fēng)能海水 淡化技術(shù)的方法之一，目前應(yīng)用也非常廣泛。反滲透法單位能耗低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，適用于 各種規(guī)模。如前所述的偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島，淡水資源天然匱乏，又無(wú)法引入公共電網(wǎng)，而一般風(fēng) 能資源又較為豐富，因此將風(fēng)力發(fā)電與反滲透法海水淡化相結(jié)合生產(chǎn)淡水具有非常重要的 現(xiàn)實(shí)意義。
因此，確實(shí)需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠能夠高效利用風(fēng)能的反滲透法海水淡化系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種令系統(tǒng)負(fù)載功率與風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大輸出功率實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí) 匹配的風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，包括風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器、以及反滲透法海水淡化裝置。其中，該反滲透法海水淡化 裝置包含驅(qū)動(dòng)由第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的原水泵和由第二電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的增壓泵；該風(fēng)電海水淡化 驅(qū)動(dòng)器包括整流濾波模塊、電制動(dòng)能模塊、驅(qū)動(dòng)原水泵的第一變頻器、驅(qū)動(dòng)增壓泵的第二變 頻器以及一主控模塊。整流濾波模塊將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的交流電轉(zhuǎn)換為直流電并傳輸至第 一、二變頻器。電阻制動(dòng)模塊包括串聯(lián)的功率電阻和功率管，電阻制動(dòng)模塊由主控模塊控制 而可變地消耗直流電能，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊的直流電壓。第一和 第二變頻器均由主控模塊控制令風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以最大輸出功率運(yùn)行的方式而輸出變化的 頻率。主控模塊被設(shè)置為根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大功率曲線(xiàn)來(lái)計(jì)算變頻器的輸出頻率。其 中，最大輸出功率由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出交流電的頻率確定。
有利的是，本發(fā)明的風(fēng)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為三相永磁直接 驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)，通過(guò)測(cè)量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的交流電頻率可計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速， 因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大輸出功率可由交流電的頻率確定。
進(jìn)一步有利的是，本發(fā)明的風(fēng)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)的第一和第二變頻器的輸 入還連接市電或柴油發(fā)電機(jī)，并且由主控模塊控制令系統(tǒng)僅在風(fēng)力電能不滿(mǎn)足系統(tǒng)用電需 求的情況下由市電或柴電補(bǔ)充供電，否則優(yōu)先消耗風(fēng)電。
通過(guò)上述技術(shù)方案使本發(fā)明取得的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于，適應(yīng)性強(qiáng)，效率高，風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組始終工作于最大輸出功率狀態(tài)，從而海水淡化效率最高；節(jié)約成本，無(wú)中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，即 不需要配置蓄電池組。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)原理框圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的反滲透法海水淡化裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明所提供的一種風(fēng)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組1、風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2和反滲透法海水淡化裝置3。其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的三 相輸出接風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2三相輸入，風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2變頻驅(qū)動(dòng)輸出接反滲透 法海水淡化裝置3驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸入，風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2的控制輸出接反滲透法海水淡 化裝置3的控制輸入，風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2信號(hào)輸入接反滲透法海水淡化裝置3的信號(hào) 輸出。
根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1為三相永磁直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，整 機(jī)采用防腐蝕處理，能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境條件。三相永磁直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量選擇 靈活，發(fā)電效率高，可靠性高，維護(hù)量低。
根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2包括整流濾波模塊21、耦接整流 濾波模塊21的電阻耗能模塊22、耦接整流濾波模塊21用于驅(qū)動(dòng)原水泵電機(jī)的第一變頻器 23、耦接整流濾波模塊21用于驅(qū)動(dòng)增壓泵電機(jī)的第二變頻器24、以及主控模塊25。其中， 整流濾波模塊21整流濾波模塊21包含整流橋211和濾波電容212，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的 交流電轉(zhuǎn)換為直流電并傳輸至第一變頻器23和第二變頻器M。電阻制動(dòng)模塊22包含串 聯(lián)的功率電阻221和功率管222，用于消耗直流電能，其驅(qū)動(dòng)極連接主控模塊25，因而，功率 管222由主控模塊25控制而令電阻制動(dòng)模塊22可變地消耗直流電能，從而控制風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組1的轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊21輸出的直流電壓。
圖1中示例的反滲透法海水淡化裝置3采用典型的反滲透法海水淡化工藝，主要 包括原水泵301、驅(qū)動(dòng)原水泵的第一電動(dòng)機(jī)302、增壓泵303和驅(qū)動(dòng)增壓泵303的第二電動(dòng) 機(jī)304。第一電動(dòng)機(jī)302和第二電動(dòng)機(jī)304分別連接風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2的第一變頻器 23和第二變頻器24。
更具體地，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1三相輸出接整流濾波模塊21的三相輸入，整流濾波模 塊21的直流輸出接第一變頻器23和第二變頻器M的直流輸入；市電或柴油發(fā)電的三相輸 入接第一變頻器23和第二變頻器M的三相輸入。同時(shí)，第一變頻器23和第二變頻器M 的三相輸出分別接反滲透法海水淡化裝置3的第一電動(dòng)機(jī)302和第二電動(dòng)機(jī)306的三相輸 入。主控模塊25的功率管驅(qū)動(dòng)輸出接電阻耗能模塊22的功率管驅(qū)動(dòng)極；主控模塊25的模擬量輸出接第一和第二變頻器23J4的頻率設(shè)定輸入；主控模塊25的啟停控制輸出接第一 變頻器23和第二變頻器M的啟?？刂戚斎耄刂圃?01和增壓泵的啟停。驅(qū)動(dòng)原水 泵的第一變頻器23和驅(qū)動(dòng)增壓泵的第二變頻器M為市售通用變頻器，可通過(guò)模擬量設(shè)定 輸出頻率。
根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的反滲透法海水淡化裝置3采用典型的反滲透法海水淡化工藝， 如圖2所示，其主要構(gòu)成除了原水泵301和驅(qū)動(dòng)原水泵的第一電動(dòng)機(jī)302，增壓泵303和驅(qū) 動(dòng)增加泵的第二電動(dòng)機(jī)304之外，還包括石英砂過(guò)濾器305、精密過(guò)濾器306、反滲透膜組件 307、產(chǎn)水電磁閥308、排水電磁閥309、原水泵進(jìn)水壓力控制器310、高壓泵進(jìn)水壓力控制器 311和濃水出水壓力控制器312。其中，石英砂過(guò)濾器305連接在原水泵301之后，石英砂 過(guò)濾器305的下游連接精密過(guò)濾器306，精密過(guò)濾器306的下游連接增壓泵303，增壓泵303 再連接反滲透膜組件307，反滲透膜組件307的產(chǎn)水側(cè)通過(guò)產(chǎn)水電磁閥308連接產(chǎn)水池，其 排水側(cè)通過(guò)排水電磁閥309連接排水池，而反滲透膜組件307的濃水側(cè)連接濃水池。原水 泵301和石英砂過(guò)濾器305之間、精密過(guò)濾器306和增壓泵303之間、反滲透膜組件307和 濃水池之間分別裝設(shè)有壓力控制器310、311、312。
原水泵301由第二電動(dòng)機(jī)302驅(qū)動(dòng)，增壓泵303由第二電動(dòng)機(jī)304驅(qū)動(dòng)。第一電 動(dòng)機(jī)302和第二電動(dòng)機(jī)304由風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2變頻驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)水電磁閥308和排水電 磁閥309控制輸入接風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2控制輸出，控制原水泵進(jìn)水的第一壓力控制器 310、控制高壓泵進(jìn)水的第二壓力控制器311和控制濃水出水壓力的第三控制器312分別接 風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2信號(hào)輸入。
電阻制動(dòng)模塊22在主控模塊25的控制下工作于脈沖寬度調(diào)制模式，通過(guò)主控模 塊25輸出的模擬信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)制功率管222的占空比即脈沖寬度，從而令電阻制動(dòng)模塊22 可變地消耗直流電能，以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊的直流電壓，繼而實(shí)時(shí)控 制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的線(xiàn)性調(diào)節(jié)。風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器2能夠快速響應(yīng)風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組1的運(yùn)行控制需求，即使反滲透法海水淡化裝置3突然退出運(yùn)行，風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器 2也能夠獨(dú)立控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1減速直至停機(jī)，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的安全運(yùn)行。
主控模塊25還包含一信號(hào)輸入端口，通過(guò)該端口輸入檢測(cè)到的整流濾波模塊21 的電流輸入和輸出。主控模塊25根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1輸出的交流電頻率可計(jì)算出風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組1的轉(zhuǎn)速，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的最大輸出功率可以由交流電的頻率來(lái)確定。主控 模塊M被設(shè)置為根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的最大輸出功率曲線(xiàn)來(lái)計(jì)算變頻器23的輸出頻率， 而變頻器23則在主控模塊M的控制下令風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1以最大輸出功率運(yùn)行的方式而輸 出變化的頻率。
根據(jù)本發(fā)明所提供的這種風(fēng)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)的第一和第二變頻器23和 24的輸出頻率為，比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的對(duì)應(yīng)于整流濾波模塊21輸入交流電頻率的轉(zhuǎn)速 (/ )與對(duì)應(yīng)于風(fēng)速的最佳轉(zhuǎn)速(/^)，若《 < /V，則根據(jù)原水泵301、增壓泵303的轉(zhuǎn)速流量 特性來(lái)同步減小驅(qū)動(dòng)原水泵的第一變頻器23和驅(qū)動(dòng)增壓泵的第二變頻器M的輸出頻率， 使得原水泵301、增壓泵303的流量等比例減??；若η > /7#，則根據(jù)原水泵301、增壓泵303 的轉(zhuǎn)速流量特性來(lái)同步增大驅(qū)動(dòng)原水泵的第一變頻器23和驅(qū)動(dòng)增壓泵的第二變頻器M的 輸出頻率，使得原水泵301、增壓泵303的流量等比例增大；若= /^，則第一變頻器23和 第二變頻器M的輸出頻率保持不變。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于1)采用風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大機(jī)械功率，進(jìn)而確定變頻 器的最佳輸出頻率，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組始終工作于最大輸出功率狀態(tài)。一方面能夠滿(mǎn)足反 滲透法海水淡化裝置的驅(qū)動(dòng)控制需求，同時(shí)可以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大功率跟蹤和安全運(yùn) 行；2)風(fēng)力發(fā)電變頻驅(qū)動(dòng)淡化裝置，無(wú)需蓄電池組，無(wú)中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，即不需要配置蓄電池 組，節(jié)約成本；3)系統(tǒng)容量可根據(jù)實(shí)際需要靈活選擇，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可并聯(lián)，適用于各種規(guī)模；4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可直接接入市電或柴油發(fā)電，無(wú)需額外增加設(shè)備，系統(tǒng)具有很好 的擴(kuò)展性；5)配置一定容量的蓄電池組和充電設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)供電。
盡管上面通過(guò)舉例說(shuō)明，已經(jīng)描述了本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的保護(hù) 范圍并不僅限于上述說(shuō)明，而是由所附的權(quán)利要求給出的所有技術(shù)特征及其等同技術(shù)特征 來(lái)定義。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以理解的是，在不背離本發(fā)明所教導(dǎo)的實(shí)質(zhì)和精髓前提下， 任何修改和變化可能仍落在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，包括一風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)、以及一反滲透法 海水淡化裝置(3)，所述反滲透法海水淡化裝置(3)包含原水泵(301)和驅(qū)動(dòng)原水泵的第一 電動(dòng)機(jī)(302 )、增壓泵(303 )和驅(qū)動(dòng)增壓泵(303 )的第二電動(dòng)機(jī)(304)，其特征在于還包括一 風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器(2)，所述風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器(2)包括一整流濾波模塊(21)、一耦接于整流濾波模塊(21) 電阻耗能模塊(22)、一耦接于整流濾波模塊(21)用于驅(qū)動(dòng)原水泵的第一變頻器(23)、一耦 接于整流濾波模塊(21)用于驅(qū)動(dòng)增壓泵的第二變頻器(24)、以及一主控模塊(25)，其中所述整流濾波模塊(21)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電并傳輸至第一和 第二變頻器(23、24);所述電制動(dòng)能模塊(22)由主控模塊(25)控制而可變地消耗直流電能，從而控制風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊的直流電壓；所述變頻器(23、M)由主控模塊(25)控制令風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)以最大輸出功率運(yùn)行的 方式而輸出變化的頻率；所述主控模塊(25)被設(shè)置為根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)的最大功率曲線(xiàn)來(lái)計(jì)算變頻器 (23)的輸出頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述最大輸 出功率由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的交流電頻率確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述第一和 第二變頻器(23、M)的輸入還連接市電或柴油發(fā)電機(jī)(4)，并且由所述主控模塊(25)控制 令系統(tǒng)僅在風(fēng)力電能不滿(mǎn)足系統(tǒng)用電需求的情況下由市電或柴電供電，否則令系統(tǒng)優(yōu)先消 耗風(fēng)力電能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述整流濾 波模塊(21)包括一三相整流橋(211)和一濾波電容(212)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述電阻制 動(dòng)模塊(22)包括串聯(lián)的功率電阻(221)和功率管(222)，該功率管(222)的驅(qū)動(dòng)極由所述主 控模塊(25)控制工作于脈沖寬度調(diào)制方式，從而令電阻制動(dòng)模塊(22)可變地消耗直流電 能以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊直流電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組(1)為三相永磁直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
全文摘要
本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電反滲透法海水淡化系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器和包含第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的原水泵和第二電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的增壓泵的反滲透法海水淡化裝置。風(fēng)電海水淡化驅(qū)動(dòng)器包括將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的整流濾波模塊、用于控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與整流濾波模塊直流電壓的電阻制動(dòng)模塊、連接原水泵第一電機(jī)的第一變頻器、連接增壓泵第二電機(jī)的第二變頻器以及主控模塊。主控單元被設(shè)置為控制變頻器輸出頻率令風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以最大輸出功率運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)力電能不滿(mǎn)足系統(tǒng)用電需求時(shí)令市電或柴電補(bǔ)充供電，否則優(yōu)先消耗風(fēng)電，控制電阻制動(dòng)模塊可變消耗直流電能以限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊直流電壓，使系統(tǒng)效率高適應(yīng)強(qiáng)無(wú)需蓄電池而節(jié)約成本。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102030391SQ20101054308
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者何雪松, 俞衛(wèi), 葉余勝, 張中偉 申請(qǐng)人:上海致遠(yuǎn)綠色能源有限公司