1.本发明涉及一种海上风电利用技术，尤其涉及一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法。


背景技术：

2.海上风电凭借其丰富的资源蕴藏量、较高的利用小时数获得了大量投资者的青睐。近年来，我国海上风电发展势头迅猛，诸多海上风电示范项目陆续投产，尽管海上施工技术逐渐成熟，但是海上风电输送至大陆的运维、防腐等问题仍然是发展的重点和难点。
3.目前，一般通过海底电缆传输海上风能产生的大功率电能，而海底电缆是工程是世界各国公认的复杂困难的大型工程，无论从海洋物理调查、环境探测方面，还是从电缆的设计、制造和安装等方面，应用技术等十分复杂。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法，通过建立起与海上风电场相匹配的海水淡化厂，可就地利用风电场产生的电能，将其转化为海水反向渗透过滤的动能获得淡水，再将淡水输送至城市输水管网中直接利用即可,相当于间接将风电输送出去，避免了海底电缆的铺设，降低了施工难度。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法，包括以下步骤：
6.s1、根据海上风电场的发电功率计算其对应的每日额定产水量，并根据每日额定产水量在靠近海上风电场的位置建立对应规模的海水淡化厂；
7.s2、计算海底输水管道的直径和管道承压，并根据计算获得的海底输水管道的直径和管道承压选择对应的海底输水管道，而后将其铺设于海水淡化厂与海岸之间的海底并与城市输水管网连通；
8.s3、借助海上风电场发出的电能，海水淡化厂即可将利用反渗透海水淡化技术淡化的海水经海底输水管道输送至城市输水管网中。
9.优选的，步骤s1具体包括以下步骤：
10.s11、根据海上风电场的安装容量以及风速，计算其发电功率：
[0011][0012]
式中：p(t)为t时刻海上风电场实际发出功率(kw)；pn为海上风电场的额定功率(kw)；v(t)为t时刻海上风电场捕获的风速(m/s)；v
ci
为风力涡轮机的切入风速(m/s)；vo为风力涡轮机的切出风速(m/s)；vn为风力涡轮机的额定风速(m/s)；
[0013]
s12、计算待建海水淡化厂的实时产水流量：
[0014]
h(t)＝p(t)/s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0015]
式中，h(t)为t时刻海水淡化厂的产水流量(m3/h)；s为海水淡化厂产水比能耗(kwh/m3)；
[0016]
s13、计算待建海水淡化厂一天中的最大产水流量：
[0017]hmax
＝max{h(1),
…
,h(t),
…
,h(24)},t＝1,2,
…
,24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]
式中：h
max
为一天中海水淡化厂的最大产水流量(m3/h)；t为一天中的24个时刻；
[0019]
s14、计算待建海水淡化厂每日额定产水量：
[0020]
d＝24
·hmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021]
式中，d为待建海水淡化厂每日额定产水量(m3/day)；
[0022]
s15、根据每日额定产水量建设对应规模的海水淡化厂。
[0023]
优选的，步骤s2具体包括以下步骤：
[0024]
s21、计算海底输水管道的直径：
[0025][0026]
式中：r为海底输水管道直径(m)；w为通过海底输水管道的流体速度(m/h)；
[0027]
s22、计算海底输水管道的承压：
[0028]
p＝(2s
×
t/r)
×e×f[0029]
(6)
[0030]
式中：p为海底输水管道内设计压力(mpa)；s为海底输水管道最小屈服强度(kpa)；t为选取的管道壁厚(mm)；e为焊缝系数；f为管道设计系数。
[0031]
优选的，步骤s3还包括计算城市输水管网的节头压力：
[0032][0033]
式中：h
i,t
为节点i的压头(mh2o)；为节点i最不利供水压头(mh2o)；ω
node
为节点集合。
[0034]
因此，本发明采用上述利用海水淡化技术的海上风电送出方法，据海岛风能资源禀赋的特点，通过在海岛上建立海水淡化厂，将风电直接供应给海水淡化，实现了海岛风电就地消纳，避免了电能跨海域传输建设复杂、高成本及维护不便的问题；通过使用海岛风电淡化海水，不仅能够减少化石燃料使用，而且解决了沿海地区淡水匮乏的问题。
[0035]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0036]
图1为本发明的管网铺设图。
具体实施方式
[0037]
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
[0038]
图1为本发明的管网铺设图，如图1所示，本发明包括以下步骤：
[0039]
s1、根据海上风电场的发电功率计算其对应的每日额定产水量，并根据每日额定产水量在靠近海上风电场的位置建立对应规模的海水淡化厂；
[0040]
s2、计算海底输水管道的直径和管道承压，并根据计算获得的海底输水管道的直径和管道承压选择对应的海底输水管道，而后将其铺设于海水淡化厂与海岸之间的海底并与城市输水管网连通；
[0041]
s3、借助海上风电场发出的电能，海水淡化厂即可将利用反渗透海水淡化技术淡化的海水经海底输水管道输送至城市输水管网中。
[0042]
优选的，步骤s1具体包括以下步骤：
[0043]
s11、根据海上风电场的安装容量以及风速，计算其发电功率：
[0044][0045]
式中：p(t)为t时刻海上风电场实际发出功率(kw)；pn为海上风电场的额定功率(kw)；v(t)为t时刻海上风电场捕获的风速(m/s)；v
ci
为风力涡轮机的切入风速(m/s)；vo为风力涡轮机的切出风速(m/s)；vn为风力涡轮机的额定风速(m/s)；
[0046]
s12、计算待建海水淡化厂的实时产水流量：
[0047]
h(t)＝p(t)/s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0048]
式中，h(t)为t时刻海水淡化厂的产水流量(m3/h)；s为海水淡化厂产水比能耗(kwh/m3)；
[0049]
s13、计算待建海水淡化厂一天中的最大产水流量：
[0050]hmax
＝max{h(1),
…
,h(t),
…
,h(24)},t＝1,2,
…
,24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0051]
式中：h
max
为一天中海水淡化厂的最大产水流量(m3/h)；t为一天中的24个时刻；
[0052]
s14、计算待建海水淡化厂每日额定产水量：
[0053]
d＝24
·hmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0054]
式中，d为待建海水淡化厂每日额定产水量(m3/day)；
[0055]
s15、根据每日额定产水量建设对应规模的海水淡化厂。
[0056]
优选的，步骤s2具体包括以下步骤：
[0057]
s21、计算海底输水管道的直径：
[0058][0059]
式中：r为海底输水管道直径(m)；w为通过海底输水管道的流体速度(m/h)；
[0060]
s22、计算海底输水管道的承压：
[0061]
p＝(2s
×
t/r)
×e×f[0062]
(6)
[0063]
式中：p为海底输水管道内设计压力(mpa)；s为海底输水管道最小屈服强度(kpa)；t为选取的管道壁厚(mm)；e为焊缝系数；f为管道设计系数。
[0064]
优选的，步骤s3还包括计算城市输水管网的节头压力：
[0065][0066]
式中：h
i,t
为节点i的压头(mh2o)；为节点i最不利供水压头(mh2o)；ω
node
为节点集合。
[0067]
通过上述方法淡化的海水的利润计算步骤如下：
[0068]
首先，考虑管材费用、施工费用与运维费用，输水系统总成本可计算为：
[0069]
c＝c
gc
+c
sg
+c
yw
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0070]
式中：c输水系统总成本(万元)；c
gc
为管道投资费用(万元)；c
sg
为施工费用(万元)；c
yw
为运维费用(万元)；
[0071]
而后计算城市输水管网(城市输水管网由节点(连接节点和淡水源节点)和支路(水泵支路和输水管路)组成)中支路压头损失：
[0072][0073]
式中：δh
ij,t
为支路压头损失(mh2o)；q
ij,t
为节点i流向节点j的水流量(m3/h)；a1、a0分别为水泵压头的曲线参数；r
ij
为管路系数，其值与管路弯曲程度和摩擦系数有关；ω
pump
为水泵集合；ω
pipe
为管道支路集合；
[0074]
建立配水系统的质量守恒(节点流量方程)：
[0075][0076]
式中：ω
i,t
为节点i注入流量(m3/h)；
[0077]
建立配水系统的环能量方程方程：
[0078][0079]
式中：为第i点海拔高度(mh2o)；
[0080]
通过牛顿-拉夫逊法迭代求解配水网络模型式(10)和式(11)，得到节点i流向节点j的水流量q
ij,t
，进而计算水泵耗电功率：
[0081][0082]
式中：为水泵耗电功率(kw)；ρw为水的密度(kg/m3)；gw为水的标准重力系数(n/kg)；ηw为水泵效率(％)；
[0083]
根据淡水产量、能耗成本和输送成本，计算出售淡水净利润：
[0084][0085][0086]
式中：s为海水淡化厂寿命周期内的总售水利润(元)；δt为时间间隔(h)；ξw为淡水出售单价(元)；ξe为海上风电成本(元)。
[0087]
反渗透海水淡化技术电力比能耗需求较低，与海上风力涡轮机配合使用。通过在
海岛上直接建设海水淡化厂，实现海上风电就地消纳，并将淡水通过海底输水管道输送到就近海岸，避免了电能跨海域输送困难的瓶颈问题，同时缓解了沿海地区淡水资源匮乏压力，由海上风电驱动的海水淡化系统将是非常有前途的海上风电输送解决方案。
[0088]
因此，本发明采用上述利用海水淡化技术的海上风电送出方法，通过建立起与海上风电场相匹配的海水淡化厂，可就地利用风电场产生的电能，将其转化为海水反向渗透过滤的动能获得淡水，再将淡水输送至城市输水管网中直接利用即可，避免了海底电缆的铺设，降低了施工难度。
[0089]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。