專利名稱：生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)的制作方法
每個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園單元都是一個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)。生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)是以充分利用太陽(yáng)能的電解煤漿水系統(tǒng)、微藻生產(chǎn)系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電-抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)為主產(chǎn)業(yè)的、以發(fā)展清結(jié)生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)為特征的綜合系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電解煤漿水系統(tǒng)制氫比電解水制氫的耗電量可減少一半以上，然而，電解煤漿水制氫的低耗電量是以排放CO2為代價(jià)的，違背了環(huán)保要求是其缺陷。
微藻生產(chǎn)系統(tǒng)是封閉的、透明的、全自動(dòng)化的充水和充CO2氣體的管道循環(huán)系統(tǒng)，是白天利用陽(yáng)光，夜間利用人工光源，通過(guò)微藻進(jìn)行光合作用，可晝夜24小時(shí)全天候運(yùn)轉(zhuǎn)的工廠化生產(chǎn)系統(tǒng)。這樣的微藻生產(chǎn)系統(tǒng)，每公頃年產(chǎn)微藻干粉(螺旋藻)50t，含蛋白質(zhì)32t，按蛋白質(zhì)含量折合，相當(dāng)于237t的小麥。微藻生產(chǎn)是知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)，在荒漠地區(qū)開(kāi)發(fā)微藻食物，具有多采光、少用水、高產(chǎn)出的良好發(fā)展前景。但由于荒漠地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、生存條件差、公用基礎(chǔ)設(shè)施(水、電、交通等)缺乏、人工光源耗電量大以及高投資等原因，在荒漠地區(qū)尚未得以大規(guī)模的發(fā)展[1]。
21世紀(jì)將是氫能和太陽(yáng)能的時(shí)代。
氫是綠色能源，具有可儲(chǔ)存性，可用于直接燃燒和作為燃料電池的燃料。儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能利用走向?qū)嵱没鸵?guī)模化的關(guān)鍵，車載氫源技術(shù)及氫能基礎(chǔ)設(shè)施的研究與建設(shè)已引起發(fā)達(dá)國(guó)家的廣泛關(guān)注[2]。目前影響氫能利用的問(wèn)題是電解水制氫成本高以及燃料電池車車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的技術(shù)尚未達(dá)到目標(biāo)要求(重量?jī)?chǔ)氫密度和體積儲(chǔ)氫密度偏低)。比較可行的氫能利用途徑是分兩步走第一步是定點(diǎn)集中向大、中型火電廠鍋爐系統(tǒng)供氫，直接燃燒發(fā)電和供熱(采用燃燒控制技術(shù)，例如在過(guò)量空氣系數(shù)為0.625的情況下，氫的理論燃燒溫度可控制在1607℃左右，可使NOX的排放濃度降至3×10-5以下)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)煙塵、CO2及SOX的排放、僅有NOX低排放的環(huán)境保護(hù)要求；或者是定點(diǎn)集中向大、中型燃料電池堆發(fā)電廠供氫發(fā)電(NOX的排放濃度遠(yuǎn)低于鍋爐燃燒控制的排放濃度)，可基本實(shí)現(xiàn)零排放。第二步是隨著車載氫源技術(shù)及氫能基礎(chǔ)設(shè)施的基本解決，逐步加大對(duì)交通業(yè)的供氫比重。
太陽(yáng)能是可再生能源，光伏發(fā)電是當(dāng)今世界利用太陽(yáng)能發(fā)電的主流趨勢(shì)。美、日、歐盟發(fā)展迅猛，世界光伏產(chǎn)業(yè)呈快速增速發(fā)展，1999年～2004年的產(chǎn)量年平均增長(zhǎng)率為43％，2004年比2003年增長(zhǎng)61.2％。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的可行性，主要取決于太陽(yáng)能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率、太陽(yáng)能光伏電池的峰瓦成本以及低密度太陽(yáng)能能流的高效連續(xù)供電。關(guān)于光電轉(zhuǎn)換效率與光伏電池成本由一個(gè)pn結(jié)形成的硅單晶太陽(yáng)能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率的理論極限是26％～28％；疊層4pn結(jié)太陽(yáng)能光伏電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率為52％以上；多次激發(fā)量子發(fā)電(MEG)、以量子點(diǎn)為基礎(chǔ)的量子點(diǎn)太陽(yáng)能光伏電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率為65％以上。目前硅光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)10％～20％，光伏系統(tǒng)成本為4～8美元/wp；預(yù)計(jì)2010年～2030年，硅光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)15％～25％，光伏系統(tǒng)成本可降至1～1.5美元/wp[3][4]；又據(jù)歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)，2020年的光伏組件成本將為1美元/wp[5]；目前多結(jié)高倍聚能光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)37.2％；量子點(diǎn)太陽(yáng)能光伏電池于2004年在美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)所，已首次經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了多次激發(fā)量子發(fā)電(MEG)現(xiàn)象[6]，表明納米技術(shù)可大大提高量子點(diǎn)太陽(yáng)能光伏電池的電輸出，并可利用太陽(yáng)光譜中更大部分的能量。關(guān)于低密度太陽(yáng)能能流的高效連續(xù)供電目前，由于經(jīng)濟(jì)原因，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)廣泛采用閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)蓄能。目前，我國(guó)年產(chǎn)鉛酸蓄電池5000多萬(wàn)只，其中含鉛量達(dá)30萬(wàn)t。鉛酸蓄電池使用壽命一般僅3～5年，對(duì)于廢舊鉛酸蓄電池，如回收處理不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境和危害人類健康。由于鉛酸蓄電池蓄能容量有限(每只鉛酸蓄電池的蓄能容量，平均按24wh計(jì)，5000萬(wàn)只的總蓄能容量約為120萬(wàn)kwh)[7]，有其固有的局限性，不宜作為大規(guī)模工業(yè)供電的蓄能設(shè)施。在太陽(yáng)能發(fā)電量比重較小的的電網(wǎng)中，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)也可以不配備蓄電池，特別是城鎮(zhèn)建筑與光伏發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合，極大地推動(dòng)了并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，在供電緊缺的情況下，無(wú)蓄能設(shè)施的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)起到了電量補(bǔ)充的輔助作用。但是，必須指出，在未來(lái)，以太陽(yáng)能發(fā)電為主導(dǎo)的大電網(wǎng)中，如果沒(méi)有與之配套的蓄能設(shè)施，是不可能成為大規(guī)模的工業(yè)等用電戶的可靠電源的。這就是無(wú)蓄能設(shè)施的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的局限性及其不足。
本發(fā)明能夠消除上述三大系統(tǒng)的缺陷與不足，取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，以其充足的綠色食物(微藻干粉)、電能和氫能的產(chǎn)出、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)生態(tài)復(fù)蘇，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。本發(fā)明，至今在國(guó)內(nèi)外，尚未見(jiàn)報(bào)道，也無(wú)先例。
生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)的目的生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)旨在充分利用太陽(yáng)能，解決制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能源資源和環(huán)境的重大瓶頸問(wèn)題。立足荒漠地區(qū)的實(shí)際，面向國(guó)家戰(zhàn)略需求，以其充足的綠色食物儲(chǔ)備、電能和氫能支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，提高國(guó)家的安全保障能力。
生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)的內(nèi)容生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園是由許多個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園單元組成的。每一個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園單元占地面積約44km2由2km2微藻生產(chǎn)系統(tǒng)、4km2微藻生產(chǎn)備用占地(為適應(yīng)將來(lái)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高，擴(kuò)大微藻生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模而預(yù)留)、22km2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、4.3km2場(chǎng)地防護(hù)林帶、2.2km2蔬菜瓜果連棟溫室、2.2km2道路網(wǎng)以及工業(yè)與民用建筑等其他用地7.3km2組成。生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園主要分布在靠近巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠的邊緣，西起吐魯番，東至臨河，長(zhǎng)達(dá)2000多公里的條形地帶的荒漠上(年降水深度小于250mm，屬于我國(guó)第II類太陽(yáng)能資源帶，全年日照時(shí)數(shù)為3000～3200小時(shí))以及在青海省柴達(dá)木盆地的東南部的荒漠上(年降水深度200mm～400mm；屬于I、II類太陽(yáng)能資源帶)。
每個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園單元都是一個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)。生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)是以緊密關(guān)聯(lián)的電解煤漿水系統(tǒng)、微藻生產(chǎn)系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)為主產(chǎn)業(yè)的、以發(fā)展清潔生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)為特征的綜合系統(tǒng)。
電解煤漿水系統(tǒng)由電解槽、輸氫管道、高壓壓縮機(jī)(12～25Mpa)、地下深部巖層鋼襯鋼筋混凝土隧洞儲(chǔ)氫裝置以及輸CO2管道、高壓壓縮機(jī)(6～12Mpa)、地下深部巖層鋼襯鋼筋混凝土隧洞儲(chǔ)CO2裝置等組成。電解煤漿水系統(tǒng)的輸入端為直流電、水和煤粉；輸出端電解槽陽(yáng)極為CO2(供微藻生產(chǎn)作原料)，電解槽陰極為氫(供火電廠鍋爐和燃料電池作燃料)；排放物為含有硫化物、磷化物、灰分等沉渣的廢液，經(jīng)處理、脫水成型后作為化工原料。
微藻生產(chǎn)系統(tǒng)是封閉的、透明的、全自動(dòng)化的充水和充CO2氣體的管道循環(huán)系統(tǒng)，是白天利用陽(yáng)光，夜間利用人工光源通過(guò)微藻進(jìn)行光合作用，可晝夜24小時(shí)全天候運(yùn)轉(zhuǎn)的工廠化生產(chǎn)系統(tǒng)。微藻的生命周期僅數(shù)小時(shí)，每天可采收微藻2～4次。經(jīng)脫水后的微藻糊的含水量，按微藻干粉重量的10～12倍計(jì)，每公頃微藻干粉年產(chǎn)量為50t的微藻糊含水量為500～600m3/hm2(即烘干微藻糊的水分不進(jìn)行回收時(shí)，微藻生產(chǎn)的年耗水量；如進(jìn)行同收，其年耗水量將小于100m3/hm2)，是西北干旱地區(qū)大田實(shí)際灌溉定額6000～15000m3/hm2的10％～3.3％。微藻生產(chǎn)系統(tǒng)的輸入端為微藻培養(yǎng)液、水、CO2、空氣和光；輸出端為微藻干粉；排放物為能夠清新空氣的氧氣。
并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)由并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和抽水蓄能電站組成，是每個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園單元的自備電廠。鑒于鉛酸蓄電池的蓄能容量有限，不宜作為大規(guī)模工業(yè)供電的蓄能設(shè)施。因此，對(duì)于大容量并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄能設(shè)施，本發(fā)明采取就地設(shè)置、與之配套的抽水蓄能電站(上水池為淺埋式蓄水廊道，下水池為深埋式蓄水隧洞(混流式兩機(jī)可逆式機(jī)組——有效水頭600～700m；沖擊式三機(jī)非可逆式機(jī)組——有效水頭700～1200m))[8][9][10]，抽水蓄能電站的上、下水池的容積，按電站日運(yùn)行最大需水量的兩倍及單元防護(hù)林年需水量的50％之和設(shè)置，通過(guò)設(shè)置在大口徑豎井內(nèi)的輸水鋼管，把上、下水池連接起來(lái)，形成封閉的水循環(huán)系統(tǒng)，使之構(gòu)成并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)的年發(fā)電量的65％為生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園單元的自用電，35％對(duì)外聯(lián)網(wǎng)供電。白天有三分之二的光伏發(fā)電電量，用于把抽水蓄能電站下水池的水抽到上水池，夜間再把上水池的水用于抽水蓄能電站發(fā)電，用上、下水池之間的水循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，確保電網(wǎng)的連續(xù)、安全、可靠地運(yùn)行。抽水蓄能電站的地下洞室開(kāi)挖石渣，用于生產(chǎn)混凝土人工骨料及地坪與路基的墊層。抽水蓄能電站的水源年降水深度150～250mm及其以上的地區(qū)，來(lái)自并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)場(chǎng)地的混凝土地坪集雨蓄水；年降水深度小于150mm的地區(qū)，需要區(qū)外補(bǔ)充水源。由于封閉式上、下水池水循環(huán)系統(tǒng)的水蒸發(fā)量很小，因此，特別適合于在水資源極為匱乏的西北干旱地區(qū)，開(kāi)發(fā)并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)的發(fā)電產(chǎn)業(yè)。抽水蓄能電站的年耗水量，主要是由于地下廠房通風(fēng)，隨空氣帶走的飽和水蒸汽年排放量，抽水蓄能電站裝機(jī)容量為150萬(wàn)kw時(shí)，約為40萬(wàn)t/年，小于抽水蓄能電站上、下水池凈儲(chǔ)水量的7％。
并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)35％的年發(fā)電量對(duì)外聯(lián)網(wǎng)供電，而且必須確保連續(xù)、可靠和安全供電。這種保障是靠微藻生產(chǎn)系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)靈活的開(kāi)停調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于微藻的生命周期僅數(shù)小時(shí)，因此，遇連陰天或雨天等不利于光伏發(fā)電的天氣，微藻生產(chǎn)可隨時(shí)停產(chǎn)，安排設(shè)備檢修、管道循環(huán)系統(tǒng)清洗等其他生產(chǎn)作業(yè)，對(duì)微藻生產(chǎn)的年產(chǎn)量影響甚微。這樣上水池的儲(chǔ)水可用來(lái)連續(xù)4天，保障正常對(duì)外聯(lián)網(wǎng)供電(東西向長(zhǎng)達(dá)2000多公里的范圍內(nèi)，全線同時(shí)連陰雨)，或連續(xù)8天保障正常對(duì)外聯(lián)網(wǎng)供電(東西向長(zhǎng)達(dá)2000多公里的范圍內(nèi)，全線有50％的地區(qū)同時(shí)連陰雨)。我國(guó)西北干旱地區(qū)的連陰雨天，一般不超過(guò)3天，因此，全年連續(xù)正常對(duì)外聯(lián)網(wǎng)供電是有保障的。并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)的輸入端為低能流密度的太陽(yáng)光能(隨晝夜、晴雨、季節(jié)變化很大)；輸出端為高能流密度的水力發(fā)電電能(通過(guò)抽水蓄能電站把不連續(xù)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為能夠擔(dān)任跟蹤電網(wǎng)負(fù)荷、調(diào)頻、調(diào)峰、事故備用等任務(wù)的載能水體)。
以微藻生產(chǎn)為突破口、以并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)為主攻方向的生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)，是充分利用太陽(yáng)光能、節(jié)約資源、環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，它最有效地利用了資源和保護(hù)環(huán)境，以資源消耗減量化(使微藻生產(chǎn)系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)的耗水量減至最少)、污染排放最小化(以燃?xì)涮娲济汉腿加?，僅有微量NOx排放物)、廢物再生資源化(電解煤漿水，把廢氣CO2作為微藻生產(chǎn)原料)和無(wú)害化(電解煤漿水，在陽(yáng)極的硫化物、磷化物和灰分等沉渣的廢液，經(jīng)處理和脫水成型后作為化工原料)，實(shí)現(xiàn)資源—產(chǎn)品—再生資源的可持續(xù)循環(huán)增長(zhǎng)方式，從而獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益，生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)首先在綠色食物開(kāi)發(fā)(螺旋藻干粉是蛋白質(zhì)高含量食物，其生產(chǎn)不用化肥也不用農(nóng)藥)、能源開(kāi)發(fā)(充分利用太陽(yáng)能，使低能流密度的太陽(yáng)光能，通過(guò)抽水蓄能轉(zhuǎn)換為高能流密度的水力發(fā)電電能)、節(jié)能技術(shù)(電解煤漿水制氫，使耗電量減少一半以上)和清潔能源技術(shù)(電解煤漿水制氫，把煤和水轉(zhuǎn)換為氫氣和CO2，從而以燃?xì)涮娲济汉腿加?，把CO2作為微藻生產(chǎn)的原料，從根本上消除了燃煤和燃油的煙塵、溫室氣體、SOx等環(huán)境污染問(wèn)題)等方面取得突破，從而解決了制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能源資源和環(huán)境的重大瓶頸問(wèn)題。并以其充足的綠色食物儲(chǔ)備、電能和氫能支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而提高國(guó)家安全的保障能力。
生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和效果與已有技術(shù)相比，生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果(1)電解煤漿水制氫的低電耗是以排放溫室氣體CO2為代價(jià)的，污染了環(huán)境。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是把CO2氣體作為微藻生產(chǎn)的原料，起到了消除污染、保護(hù)環(huán)境的作用。(2)本發(fā)明開(kāi)創(chuàng)了在荒漠地區(qū)得以大規(guī)模發(fā)展微藻生產(chǎn)的條件，同時(shí)也利用微藻生產(chǎn)系統(tǒng)所具有的機(jī)動(dòng)和靈活的開(kāi)停調(diào)節(jié)性能，延長(zhǎng)了并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)對(duì)外聯(lián)網(wǎng)供電的持續(xù)時(shí)間(在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電量的35％對(duì)外聯(lián)網(wǎng)供電的情況下，使持續(xù)時(shí)間提高1.74倍)，從而促使并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)能夠成為大規(guī)模的工業(yè)能源。(3)本發(fā)明使低能流密度的太陽(yáng)光能可轉(zhuǎn)換為高能流密度的水力發(fā)電電能。從而并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)解決了向大規(guī)模的工業(yè)等用戶連續(xù)、可靠、安全地供電的任務(wù)。(4)抽水蓄能電站(特別是沖擊式三機(jī)非可逆式機(jī)組)能夠充分發(fā)揮水電站開(kāi)停機(jī)快、運(yùn)行靈活、跟蹤負(fù)荷能力強(qiáng)、調(diào)峰、調(diào)頻、系統(tǒng)事故備用等水電容量的優(yōu)勢(shì)和確保電網(wǎng)安全運(yùn)行質(zhì)量的主力作用(鉛酸蓄電池由于過(guò)充電和過(guò)放電，都會(huì)極大地?fù)p傷鉛酸蓄電池及其壽命，加之蓄能容量小，從而不具備上述優(yōu)勢(shì)和作用；無(wú)蓄能設(shè)施的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在大電網(wǎng)中，也沒(méi)有保障持續(xù)供電的主力作用)。(5)以并網(wǎng)光伏發(fā)電峰值容量245萬(wàn)kwp、日平均發(fā)電量1225萬(wàn)kwh、日平均蓄能電量817萬(wàn)kwh為例，進(jìn)行比較避免了耗用鉛200余萬(wàn)噸以及與之配套的大量的硫酸、塑料制品等物資。(6)從根本上消除了廢舊鉛酸蓄電池的回收處理及其引起的環(huán)境污染。(7)并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)是資源節(jié)約型(不用鉛、硫酸和塑料制品等)、節(jié)水型、清潔的可再生能源，以每個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園單元的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量245萬(wàn)kwp為例，與之配套的抽水蓄能電站的裝機(jī)容量為150萬(wàn)kw(考慮擔(dān)任電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù))，因地下廠房通風(fēng)，隨空氣帶走的飽和水蒸汽年排放量，約為40萬(wàn)t/年，小于抽水蓄能電站上、下水池凈儲(chǔ)水量的7％。而裝機(jī)容量為100萬(wàn)kw的火電廠，其年耗水量約為2523萬(wàn)m3～3154萬(wàn)m3。
說(shuō)明書(shū)附圖見(jiàn)

圖1、圖2。
生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)的實(shí)施生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)主要是由電解煤漿水系統(tǒng)、微藻生產(chǎn)系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)組成(見(jiàn)圖1)。電解煤漿水系統(tǒng)由電解槽、氣體壓縮機(jī)、輸氣管路、地下深部巖層鋼襯隧洞儲(chǔ)氣裝置、供水系統(tǒng)、供煤粉系統(tǒng)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀表以及安全保護(hù)設(shè)施等構(gòu)成。電解槽由并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電源供電。CO2送往微藻生產(chǎn)封閉式管道循環(huán)系統(tǒng)。氫氣定點(diǎn)集中送往火電廠鍋爐系統(tǒng)或燃料電池作燃料。微藻生產(chǎn)系統(tǒng)由封閉式管道循環(huán)系統(tǒng)、淺埋式儲(chǔ)水廊道及供水系統(tǒng)、CO2供氣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、微藻糊離心脫水機(jī)、烘干機(jī)、微藻干粉包裝生產(chǎn)線等構(gòu)成。微藻生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)力與照明由并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)供電。并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)由并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與抽水蓄能電站構(gòu)成(見(jiàn)圖2)。日出時(shí)，斷路器6閉合，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)投入運(yùn)行，將其日發(fā)電量的1/3，分別通過(guò)出線13向電網(wǎng)供電和通過(guò)直流母線2向電解煤漿水系統(tǒng)的電解槽供電；將其日發(fā)電量的2/3，通過(guò)高落差充油電纜14向抽水蓄能電站供電，沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組18呈電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)(如果是混流式可逆水輪發(fā)電機(jī)組，則呈電動(dòng)機(jī)—水泵運(yùn)行狀態(tài))，啟動(dòng)同軸多級(jí)離心泵，將下水池的水抽送到上水池。日落時(shí)，斷路器6斷開(kāi)，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與電解槽同時(shí)退出運(yùn)行；抽水蓄能電站呈發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)高落差充油電纜14和出線13向電網(wǎng)供電。
關(guān)于說(shuō)明書(shū)附圖2中的字符和數(shù)碼含義的文字注釋A-光伏發(fā)電系統(tǒng)；B-抽水蓄能電站；1-太陽(yáng)能電池方陣；2-直流母線；3-逆變器；4-交流母線；5-變壓器；6-斷路器；7-隔離開(kāi)關(guān)；8-高壓雙母線；9-隔離開(kāi)關(guān)；10-斷路器；11-隔離開(kāi)關(guān)；12-阻波器；13-出線(聯(lián)入電網(wǎng))；14-高落差充油電纜；15-隔離開(kāi)關(guān)；16-斷路器；17-隔離開(kāi)關(guān)；18-沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組；19-發(fā)電機(jī)機(jī)端母線；20-變壓器；21-斷路器；22-隔離開(kāi)關(guān)；23-高壓雙母線；24-隔離開(kāi)關(guān)；25-斷路器；26與沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組同軸的多級(jí)離心泵。
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1.以微藻生產(chǎn)為突破口、以并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)為主攻方向的電解煤漿水系統(tǒng)、微藻生產(chǎn)統(tǒng)系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)為主產(chǎn)業(yè)而組成的生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)，是充分利用太陽(yáng)光能、節(jié)約資源、環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，它最有效地利用了資源和保護(hù)環(huán)境，以資源消耗減量化(使微藻生產(chǎn)和并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)的耗水量減至最少)、污染排放最小化(以燃?xì)涮娲济汉腿加?，僅有微量NOx排放物)、廢物再生資源化(電解煤漿水，把廢氣CO2作為微藻生產(chǎn)原料)和無(wú)害化(電解煤漿水，在電解槽陽(yáng)極的硫化物、磷化物和灰分等沉渣廢液，經(jīng)處理和脫水成型后作為化工原料)，實(shí)現(xiàn)資源—產(chǎn)品—再生資源的可持續(xù)循環(huán)增長(zhǎng)方式，從而獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益，生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)首先在綠色食物開(kāi)發(fā)(螺旋藻干粉是蛋白質(zhì)高含量食物，其生產(chǎn)不用化肥也不用農(nóng)藥)、能源開(kāi)發(fā)(充分利用太陽(yáng)光能，使低能流密度的太陽(yáng)光能，通過(guò)抽水蓄能轉(zhuǎn)換為高能流密度的水力發(fā)電電能)、節(jié)能技術(shù)(電解煤漿水制氫，使耗電量減少一半以上)和清潔能源技術(shù)(電解煤漿水制氫，把煤和水轉(zhuǎn)換為氫氣和CO2，從而以燃?xì)涮娲济汉腿加?，把CO2作為微藻生產(chǎn)的原料，從根本上消除了燃煤和燃油的煙塵、溫室氣體、SOx環(huán)境污染問(wèn)題)等方面取得突破，從而解決了制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能源資源和環(huán)境的重大瓶頸問(wèn)題，并以其充足的綠色食物儲(chǔ)備、電能和氫能支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而提高國(guó)家安全的保障能力。
2.并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)是一項(xiàng)把太陽(yáng)能光伏發(fā)電與抽水蓄能電站結(jié)合起來(lái)聯(lián)入電網(wǎng)運(yùn)行的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，它每日用2/3的光伏發(fā)電的日發(fā)電量，把抽水蓄能電站的下水池的水，抽送到上水池貯蓄起來(lái)，日落后，再利用上水池的蓄能水體發(fā)電，以確保連續(xù)、可靠、安全地向大規(guī)模的工業(yè)等用戶供電，它充分利用太陽(yáng)能，使低能流密度的太陽(yáng)能，通過(guò)抽水蓄能的能量轉(zhuǎn)換形式，集聚為強(qiáng)大的、高能流密度的水力發(fā)電電能，即以抽水蓄能電站的蓄能與發(fā)電，克服了鉛酸蓄電池蓄能容量小、過(guò)充電與過(guò)放電會(huì)損傷蓄電池及其壽命等，不宜向大規(guī)模工業(yè)供電的缺陷及其局限性，也克服了無(wú)蓄能設(shè)施的并網(wǎng)光伏發(fā)電系在大電網(wǎng)中不能起主力作用的局限性，從而解決了確保向大規(guī)模工業(yè)等用戶連續(xù)、可靠、安全地供電的關(guān)鍵，它特別適合于水資源極為匱乏的西北干旱地區(qū)，在封閉式上、下水池循環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行的水體，可以重復(fù)使用，年耗水量很小，由于地下廠房通風(fēng)，被空氣所帶走的飽和水蒸汽年排放量，小于上、下水池凈儲(chǔ)水量的7％，并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)是資源節(jié)約型(不用鉛、硫酸和塑料制品等)、節(jié)水型、清潔的可再生能源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解煤漿水系統(tǒng)，其特征是把煤和水轉(zhuǎn)換為氫氣和CO2氣體，從而把CO2氣體作為微藻生產(chǎn)的原料，以燃燒氫替代燃燒煤和燃燒油，從根本上消除了燃煤和燃油的煙塵、溫室氣體、SOx等環(huán)境污染問(wèn)題。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻生產(chǎn)統(tǒng)系統(tǒng)，其特征是利用微藻生命周期短(僅數(shù)小時(shí))所具有的機(jī)動(dòng)的、靈活的開(kāi)停特性，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)微藻生產(chǎn)，來(lái)延續(xù)并網(wǎng)光伏發(fā)電—抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)連續(xù)、安全、可靠地對(duì)外聯(lián)網(wǎng)供電的時(shí)間。以并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的35％，保障對(duì)外聯(lián)網(wǎng)連續(xù)、安全、可靠地供電為例，可使上水池的儲(chǔ)水使用時(shí)間，延續(xù)1.74倍，即由1.67天，延續(xù)到4.57天，在西北干旱地區(qū)，基本可以滿足對(duì)外聯(lián)網(wǎng)連續(xù)、安全、可靠地供電的要求。
全文摘要
每個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園單元都是一個(gè)生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)。生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)園綜合系統(tǒng)是以電解煤漿水系統(tǒng)、微藻生產(chǎn)系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電－抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)為主業(yè)的、以發(fā)展清結(jié)生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)為特征的綜合系統(tǒng)。以微藻生產(chǎn)為突破口、以并網(wǎng)光伏發(fā)電－抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)為主攻方向，充分利用太陽(yáng)光能、節(jié)約資源、最有效地利用資源和保護(hù)環(huán)境。首先在綠色食物開(kāi)發(fā)、能源開(kāi)發(fā)、節(jié)能技術(shù)和清潔能源技術(shù)等方面取得突破，從而解決制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能源資源和環(huán)境的重大瓶頸問(wèn)題。并以其充足的綠色食物儲(chǔ)備、電能和氫能支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而提高國(guó)家安全的保障能力。
文檔編號(hào)F03B15/00GK1899025SQ200610100498
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者丁國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:丁國(guó)強(qiáng)