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摘 要：海岛的核心需求是用能、用水。通过风-光-抽蓄-海水淡化复合系统能量管理方法，可以使可再生能源系统与海水淡化结合，降低海水淡化此高耗能产业的成本，从而有效解决海岛的用能、用水问题。同时，海水淡化对可再生能源系统出力具有很好的适应性，能够在系统的能量平衡方面承担重要的角色，还可以解决对煤炭等传统能源的依赖，从而在一定程度上解决环境污染和能源紧缺等难题。
关键词：风光抽蓄-海水淡化；海岛；新能源；能量管理
0 引言
我国岛屿众多，电能和淡水的供给影响着海岛的经济开发和居民的日常生活。海岛供电主要有两种模式，一是联网，一是离网。对于中大型群岛而言，由于对电力需求总量以及可靠性均有较高的要求，因此往往通过敷设海底海缆与大陆联网。例如浙江舟山群岛地区的舟山主网通过220kV 和110kV 海缆与大陆电网相连；而对于其他偏远小型岛屿而言，由于最大负荷有限、输送距离较远、岛屿面积狭窄，敷设海缆在技术与经济方面需要付出更大代价，而传统上依赖于柴油发电，一直存在电价过高、供能有限、供电不稳定等问题，严重制约经济发展。因此围绕可再生能源为核心，利用海岛丰富的风能、太阳能，结合抽水蓄能技术进行海水淡化，形成一体化自给自足式发电、供水系统，具有良好的发展前景。
可再生能源开发利用步伐日益加快的同时，稳定发出电力波动、增强可调节性、改善电网消纳能力等面临巨大挑战。其中，可再生能源发电系统的核心问题是解决发电出力与负荷的平衡问题，储能技术是消除可再生能源大规模开发利用瓶颈的关键技术。抽水蓄能是目前唯一最成熟的大规模储能技术，其削峰填谷之效在系统中起重要作用。世界各国海岛供电的核心需求是用能、用水，可再生能源系统与海水淡化结合，可以有效解决能源问题。
基于上述分析，针对风-光-抽蓄-海水淡化复合系统的能量管理方法可以有效克服风力发电、光伏发电的随机性、波动性问题，可为解决海岛及偏远地区的用能、用水问题提供一种有效途径。
1 研究现状与发展动态
随着风能、太阳能等一批可再生能源利用技术的发展，一些发达国家、发展中国家以及一些相对落后的国家都认为采用可再生能源是解决当前能源危机、缓解环境污染、实现可持续发展的一条极好的途径。多种可再生能源的综合利用已经给部分岛屿以及偏远的山区带来方便，有许多关于使用再生能源复合发电成功的报道。其中最引人注目的是欧共体组织的，包括希腊、法国、英国、德国等有多国参加的“RenewIslands”计划，目的是研究在海岛中应用可再生能源综合利用技术为海岛提供能源，而其中研究的重点是可再生能源发电中的蓄能技术，提出的蓄能手段有燃料电池、氢能和抽水蓄能等。欧洲也有许多国家利用可再生能源复合发电为海岛提供能源的工程在建设中。
与欧美、日本等发达地区和国家相比，我国抽水蓄能电站建设起步较晚。全国已开展前期工作且建设条件优越的抽水蓄能电站规模约6000万kW 。我国由目前还有许多大电网不能覆盖的孤立地区。这些孤立地区的能源供给主要还是依靠柴油发电机，严重阻碍了这些地区经济和社会的发展。目前，国内有多家发电集团对孤立地区的多种可再生能源复合发电非常感兴趣，使我国在可再生能源综合利用方面取得了较大发展。
海水淡化技术领域中，我国的电渗析技术已成功的用于海水淡化、苦咸水淡化和各种纯水的制备。电渗析技术的优点是：低能量，操作简单，预处理简单，具有较强的抗污染能力，水的利用率高。缺点是需要在海水淡化室中加入化学药剂脱除有机物、胶体、细菌和悬浮物等，不适用于制备饮用水。
2 风光抽蓄海水淡化复合系统
2.1系统组成
2.2 复合系统分析
对能量的合理利用，使风力发电、光伏发电与抽水蓄能相结合利用风光的天然互补性有效减少峰谷差，从而降低对抽水蓄能机组的需求，降低投资，适应市场；海水淡化系统参与调节，能够实现海水淡化负荷与可在生能源发电单元出力的匹配，在系统的能量平衡方面承担重要角色，淡化的海水可用于农田灌溉，经过滤器等可实现直接饮用，从而一定程度上实现自给自足；能够克服对柴油机等传统能源方式的依赖，减少温室气体排放量，适用于海岛及偏远地区，为海岛及偏远地区的用能、用水问题提供一种有效途径；由于海水淡化系统是可控负荷，因此可以很好的根据能源的多少来控制海水淡化机组的启动数量，从而更好的实现系统出力与用户用电、用水需求相匹配。
3 技术路线
数据采集：采集风速数据，以小时平均风速为单位；采集光照资源数据，以小时平均光照强度为单位；
計算可再生能源单元出力：根据风速数据、光照强度数据、风机数量 、光伏组件数量 等计算风力发电部分、光伏发电部分出力；
确定常规负荷大小：确定常规负荷 ，即t时刻其它负荷功率大小，以小时平均负荷为单位；
确定海水淡化需求及海水淡化机组运行数量，计算剩余功率，判断抽水蓄能机组运行状态及工况：具体可分：当前蓄水量充足；当前蓄水量不足，且在满足用户用水需求前提下，全部机组开启，在一小时内无法超过蓄水池上限。当前蓄水量较低，且在满足用户用水需求前提下，全部机组开启，在一小时内必定超过蓄水池上限。
4 结语
目前在新能源研究的领域，风能发电、光伏发电的随机性和波动性都难以解决，孤立的海岛用水用电也是一大难题。本文通过分析上述系统中的能量分配与控制的数学模型来建立一套完善的风-光-抽蓄-海水淡化复合系统的能量管理方法。基于该方法能够协调和平衡风光发电、抽水蓄能发电和海水淡化过程中的能量运行中的随机性和波动性的问题，能够提高能源利用率，使复合系统的能量分配与控制更加可靠，有效解决孤立的海岛及偏远地区的用能、用水的难题的同时，此复合系统可增强风、光作为清洁能源带来的环保效益，改善电网电能质量，增加电力企业收益，助力风电光电产业绿色可持续发展。
参考文献：
[1]任岩，郑源，陈德新.风电-抽蓄-海水淡化综合系统及其智能控制[J].水利发电学报，2012，31（3）：252-257.
[2]任典勇，施慧雄.海岛风能海水淡化组合体系研究[J].海洋学研究，2009，27（2）：111-118.
[3]邓一兵.海岛海水资源综合利用技术应用研究[J].科学计划成果，2010，11（1）：15.
[4]徐大明，康龙云，曹秉刚.基于NSGA-Ⅱ的风光互补独立供电系统多目标优化[J].太阳能学报，2006，27（6）：593-598.
作者简介：
陈萍（1996.06.13-）女，汉族，河南省商丘市，身份证号：411423199606130067，本科生，研究方向：电气工程.
关键词：风光抽蓄-海水淡化；海岛；新能源；能量管理
0 引言
我国岛屿众多，电能和淡水的供给影响着海岛的经济开发和居民的日常生活。海岛供电主要有两种模式，一是联网，一是离网。对于中大型群岛而言，由于对电力需求总量以及可靠性均有较高的要求，因此往往通过敷设海底海缆与大陆联网。例如浙江舟山群岛地区的舟山主网通过220kV 和110kV 海缆与大陆电网相连；而对于其他偏远小型岛屿而言，由于最大负荷有限、输送距离较远、岛屿面积狭窄，敷设海缆在技术与经济方面需要付出更大代价，而传统上依赖于柴油发电，一直存在电价过高、供能有限、供电不稳定等问题，严重制约经济发展。因此围绕可再生能源为核心，利用海岛丰富的风能、太阳能，结合抽水蓄能技术进行海水淡化，形成一体化自给自足式发电、供水系统，具有良好的发展前景。
可再生能源开发利用步伐日益加快的同时，稳定发出电力波动、增强可调节性、改善电网消纳能力等面临巨大挑战。其中，可再生能源发电系统的核心问题是解决发电出力与负荷的平衡问题，储能技术是消除可再生能源大规模开发利用瓶颈的关键技术。抽水蓄能是目前唯一最成熟的大规模储能技术，其削峰填谷之效在系统中起重要作用。世界各国海岛供电的核心需求是用能、用水，可再生能源系统与海水淡化结合，可以有效解决能源问题。
基于上述分析，针对风-光-抽蓄-海水淡化复合系统的能量管理方法可以有效克服风力发电、光伏发电的随机性、波动性问题，可为解决海岛及偏远地区的用能、用水问题提供一种有效途径。
1 研究现状与发展动态
随着风能、太阳能等一批可再生能源利用技术的发展，一些发达国家、发展中国家以及一些相对落后的国家都认为采用可再生能源是解决当前能源危机、缓解环境污染、实现可持续发展的一条极好的途径。多种可再生能源的综合利用已经给部分岛屿以及偏远的山区带来方便，有许多关于使用再生能源复合发电成功的报道。其中最引人注目的是欧共体组织的，包括希腊、法国、英国、德国等有多国参加的“RenewIslands”计划，目的是研究在海岛中应用可再生能源综合利用技术为海岛提供能源，而其中研究的重点是可再生能源发电中的蓄能技术，提出的蓄能手段有燃料电池、氢能和抽水蓄能等。欧洲也有许多国家利用可再生能源复合发电为海岛提供能源的工程在建设中。
与欧美、日本等发达地区和国家相比，我国抽水蓄能电站建设起步较晚。全国已开展前期工作且建设条件优越的抽水蓄能电站规模约6000万kW 。我国由目前还有许多大电网不能覆盖的孤立地区。这些孤立地区的能源供给主要还是依靠柴油发电机，严重阻碍了这些地区经济和社会的发展。目前，国内有多家发电集团对孤立地区的多种可再生能源复合发电非常感兴趣，使我国在可再生能源综合利用方面取得了较大发展。
海水淡化技术领域中，我国的电渗析技术已成功的用于海水淡化、苦咸水淡化和各种纯水的制备。电渗析技术的优点是：低能量，操作简单，预处理简单，具有较强的抗污染能力，水的利用率高。缺点是需要在海水淡化室中加入化学药剂脱除有机物、胶体、细菌和悬浮物等，不适用于制备饮用水。
2 风光抽蓄海水淡化复合系统
2.1系统组成
2.2 复合系统分析
对能量的合理利用，使风力发电、光伏发电与抽水蓄能相结合利用风光的天然互补性有效减少峰谷差，从而降低对抽水蓄能机组的需求，降低投资，适应市场；海水淡化系统参与调节，能够实现海水淡化负荷与可在生能源发电单元出力的匹配，在系统的能量平衡方面承担重要角色，淡化的海水可用于农田灌溉，经过滤器等可实现直接饮用，从而一定程度上实现自给自足；能够克服对柴油机等传统能源方式的依赖，减少温室气体排放量，适用于海岛及偏远地区，为海岛及偏远地区的用能、用水问题提供一种有效途径；由于海水淡化系统是可控负荷，因此可以很好的根据能源的多少来控制海水淡化机组的启动数量，从而更好的实现系统出力与用户用电、用水需求相匹配。
3 技术路线
数据采集：采集风速数据，以小时平均风速为单位；采集光照资源数据，以小时平均光照强度为单位；
計算可再生能源单元出力：根据风速数据、光照强度数据、风机数量 、光伏组件数量 等计算风力发电部分、光伏发电部分出力；
确定常规负荷大小：确定常规负荷 ，即t时刻其它负荷功率大小，以小时平均负荷为单位；
确定海水淡化需求及海水淡化机组运行数量，计算剩余功率，判断抽水蓄能机组运行状态及工况：具体可分：当前蓄水量充足；当前蓄水量不足，且在满足用户用水需求前提下，全部机组开启，在一小时内无法超过蓄水池上限。当前蓄水量较低，且在满足用户用水需求前提下，全部机组开启，在一小时内必定超过蓄水池上限。
4 结语
目前在新能源研究的领域，风能发电、光伏发电的随机性和波动性都难以解决，孤立的海岛用水用电也是一大难题。本文通过分析上述系统中的能量分配与控制的数学模型来建立一套完善的风-光-抽蓄-海水淡化复合系统的能量管理方法。基于该方法能够协调和平衡风光发电、抽水蓄能发电和海水淡化过程中的能量运行中的随机性和波动性的问题，能够提高能源利用率，使复合系统的能量分配与控制更加可靠，有效解决孤立的海岛及偏远地区的用能、用水的难题的同时，此复合系统可增强风、光作为清洁能源带来的环保效益，改善电网电能质量，增加电力企业收益，助力风电光电产业绿色可持续发展。
参考文献：
[1]任岩，郑源，陈德新.风电-抽蓄-海水淡化综合系统及其智能控制[J].水利发电学报，2012，31（3）：252-257.
[2]任典勇，施慧雄.海岛风能海水淡化组合体系研究[J].海洋学研究，2009，27（2）：111-118.
[3]邓一兵.海岛海水资源综合利用技术应用研究[J].科学计划成果，2010，11（1）：15.
[4]徐大明，康龙云，曹秉刚.基于NSGA-Ⅱ的风光互补独立供电系统多目标优化[J].太阳能学报，2006，27（6）：593-598.
作者简介：
陈萍（1996.06.13-）女，汉族，河南省商丘市，身份证号：411423199606130067，本科生，研究方向：电气工程.