[发明专利]一种集成海水淡化和不稳定可再生能源稳定发电的装置

说明书

本发明公开了一种集成海水淡化浓水零排放和不稳定可再生能源稳定发电的方法及装置，涉及不稳定可再生能源发电过程、电渗析海水淡化过程和反电渗析盐差能发电过程，通过反电渗析压差能发电模块与不稳定可再生发电模块耦合弥补不稳定可再生发电模块不足发电量的同时处理海水淡化过程中产生的浓缩水，通过存储或海水淡化模块消耗不稳定可再生能源多余的发电量，这个工艺设计思路巧妙，能源利用率高，实现全天候24小时稳定发电，具有极好的技术推广价值和社会效益。

技术领域

本发明公开了一种集成海水淡化浓水零排放和不稳定可再生能源稳定发电的方法及装置，具体涉及风能/太阳能发电过程、电渗析海水淡化过程和反电渗析盐差能发电过程。

背景技术

在全球性能源危机、环境危机与水资源危机的大背景下，可再生能源与海水淡化耦合技术将极大地解决目前海水淡化技术与可再生能源利用技术发展过程中各自存在的弊端：能量密集型的海水淡化技术如若使用常规能源(石油、煤炭、天然气等不可再生能源)尽管在一定程度上可有效缓解淡水资源短缺的问题，但不可避免地产生大量温室气体和有害气体(如NO_x，SO_x等腐蚀性气体)，从而引发额外的环境负担；可再生能源尽管普遍具有低污染、大储量(如全球可利用的太阳辐射能为17万亿千瓦、2014年全球风电累计装机容量3.7亿千瓦)等特点，但易受地域、气候和季节等环境因素影响，难以实现不间断、全天候的供电。目前，太阳能/风能与海水淡化的耦合可分为直接法与间接法(直接法与间接法的区别在于可再生能源利用部分与脱盐部分是否一体，一体为直接法，分置为间接法)。由于直接法占地面积大、能源利用率低，在早期的耦合工艺中多被采用，目前开发的可再生能源与海水淡化耦合技术多以间接法为主。

电渗析(ED)工艺原理简单、技术发展成熟，供电模式为直流电，从原理上完全适应波动性强、稳定性差的风能/太阳能等可再生能源。目前，ED与可再生能源的耦合普遍忽视了浓缩海水的循环利用。在我国当前高盐废水零排放的政策背景下，浓缩海水的高效利用将有效降低耦合工艺的运行成本以及缓解环境负担。反电渗析(RED)技术利用离子交换膜对阴阳离子的选择透过性，在浓淡室通入具有不同盐度的溶液(浓室为ED过程产生的浓缩海水，淡室为雨水/河水/生活污水等)，在膜两侧盐度差的驱使下使阴阳离子自发地发生定向迁移从而产生电势差，之后极室溶液在阴阳两极发生氧化还原反应，并通过回路将电势能最终转化成电能。RED技术的引入，不仅将缓解ED过程浓水直接排放造成的环境压力，而且将完成风电/太阳能与盐差能的切换，确保在任意时刻均能提供必要的电力供应，最终可实现全天候可再生能源供电及海水淡化零浓水排放。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集成海水淡化浓水零排放和不稳定可再生能源稳定发电的装置及其方法，是针对太阳能、风能等无法全天候稳定供电的可再生能源以及海水淡化浓水直接外排造成的环境危害的两大弊端，设计开发的基于海水淡化和反电渗析技术的可再生能源全天候供电与海水淡水浓水高效利用技术。在该技术中利用海水淡化技术与太阳能/风能无缝衔接，产生淡水同时浓缩海水，之后利用反电渗析技术将浓缩海水与低盐溶液之间的盐度梯度转化成电能，产生电能的同时稀释浓缩海水。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种集成海水淡化浓水零排放和不稳定可再生能源稳定发电的方法，具体包括以下步骤：

(1)测定不稳定可再生能源发电模块发电量，若测定发电量等于设定发电量则继续发电；

(2)若测定发电量小于设定发电量，通过反电渗析发电模块补充不足发电量，将存储在淡水储池中低盐度水和存储在浓缩海水储池中的海水淡化过程产生的浓水分别输送到反电渗析发电模块的淡水室和浓水室，将离子交换膜两侧的盐差能转化成电能，待反电渗析发电模块浓水室和淡水室出水盐度均小于等于海水含盐量时，将浓水排入海水中；