CN102410132A - 明槽式雨水发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种明槽式雨水发电系统及方法。它包括房屋屋面、集流管、引水明渠、溢流孔、蜗壳、尾水管、发电机、转轮、导水部件、输出线路、控制闸门、挡水墙,房屋屋面与引水明渠通过集流管相连接,引水明渠的近端设有挡水墙,引水明渠远端与蜗壳相连接,引水明渠与蜗壳之间设有控制闸门,挡水墙和蜗壳的上部设有溢流孔,在蜗壳的中心处设有水轮发电机,水轮发电机包括发电机、转轮、导水部件,在水轮发电机底部设有尾水管,在发电机上设有输出线路。本发明所采用的引水明渠与蜗壳具有投资低廉和施工便利等优点,产生的蜗壳效应提高了水流流速,进而提升了发电效率,从而减少了雨水发电的复杂性,降低了雨水发电设施的投资成本。

Description

明槽式雨水发电系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于水资源开发和可再生能源利用领域,特别是一种明槽式雨水发电系统及方法。
背景技术
[0002] 雨水利用是一种古老的传统技术,数千年以前就被人们采用,并一直在缺水国家和地区广泛应用,然而进入近代工业化以后,人类广泛地利用电力和机械,可以方便、随意地抽取地下和地面水资源,为人类生存提供安全、充足的水源,雨水利用反而逐渐被人们淡忘,几十年甚至上百年,雨水反而成为一种负担,一直被人们当作废水,用各种措施尽快地予以排放。
[0003] 随着人类社会的快速进步和发展,水资源紧缺、生态环境恶化、能源危机等尖锐问题的凸显,人们开始重新审视和反思自己的行为,雨水利用技术又逐步受到重视并有了很大进步,对雨水利用赋予了更广泛的含义,涉及到更多、更复杂的问题和技术。我国雨水资源丰富,多年平均降水量为61900亿m3,可开发利用的潜力非常巨大,充分利用雨水资源,对于改善能源结构、减少化石能源对环境的负面影响以及缓解水资源短缺的矛盾,从而实现经济社会的可持续发展,具有深远的意义。
[0004] 近20年来,雨水利用技术迅速发展,在以色列、非洲、印度、中国西北等许多国家和地区,修建了数以千万计的雨水收集利用系统,美国、加拿大、德国、澳大利亚、新西兰、新加坡和日本等许多发达国家也开展了不同规模、不同内容的雨水利用研究和实施计划。德国是雨水利用技术最发达的国家之一,发展了雨洪收集利用技术,基本形成了一套完整、实用的理论和技术体系;日本是亚洲重视雨水利用的典范,日本不仅积极倡导农业方面的雨水利用,在一些大城市雨水利用也得到广泛推广,包括区域性雨水利用设施、学校、公园、事务所大楼、大规模运动场馆等公共设施、住宅区、单体住宅及其他类型的各种雨水利用系统。在我国,雨水利用还主要停留在山区水库这个层面,大量的城市降水被浪费掉,即便实施了部分城市雨水利用的措施,但始终未能做到雨污排水系统分离,雨水资源的回收利用仍然经历先污染再净化的过程,这样不仅造成雨水利用成本偏高,而且不能有效发挥雨水作为清洁能源的优势。总而言之,目前国内外对雨水资源的利用大部分只是停留在水资源的天然职能上,与水力发电结合起来的综合利用需要引起更多关注。
发明内容
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种明槽式雨水发电系统及方法。
[0006] 明槽式雨水发电系统包括房屋屋面、集流管、引水明渠、溢流孔、蜗壳、尾水管、发电机、转轮、导水部件、输出线路、控制闸门、挡水墙,房屋屋面与引水明渠通过集流管相连接,引水明渠的近端设有挡水墙,引水明渠远端与蜗壳相连接,引水明渠与蜗壳之间设有控制闸门,挡水墙和蜗壳的上部设有溢流孔,在蜗壳的中心处设有水轮发电机,水轮发电机包括发电机、转轮、导水部件,发电机与转轮相连,转轮上方设有导水部件,在水轮发电机底部
3设有尾水管,在发电机上设有输出线路。
[0007] 明槽式雨水发电方法是:降雨时,利用房屋屋面收集雨水,雨水通过集流管汇集于引水明渠中,经控制间门控制进入蜗壳,再通过导水部件利用水流推动转轮驱动发电机进行发电,发电后的尾水通过尾水管排出,排入就近的水库、池塘或蓄水设施中,以供进一步收集利用,或排入下水道弃掉;当引水明渠和蜗壳的水位超出上限时,多余的雨水由溢流孔溢出,这部分雨水可以收集利用或者弃掉;当引水明渠的流量小于最低发电流量时,关闭控制闸门;引水明渠最后贮存的雨水可供用户使用。
[0008] 本发明将雨水资源开发与水力发电相结合,形成“雨水电站”,能有效地实现雨水资源的综合利用,具有结构简单、环境友好、经济和社会效益显著等优点,在节能减排和水资源危机的背景下极具研究推广价值。本发明所采用的引水明渠与蜗壳具有投资低廉和施工便利等优点,产生的蜗壳效应提高了水流流速,进而提升了发电效率,从而减少了雨水发电的复杂性,降低了雨水发电设施的投资成本。
附图说明
[0009] 图1是明槽式雨水发电系统的结构示意图;
图2是本发明的引水明渠、挡水墙、控制闸门、蜗壳组合示意图。
具体实施方式
[0010] 如图1、2所示,明槽式雨水发电系统包括房屋屋面1、集流管2、引水明渠3、溢流孔 4、蜗壳5、尾水管6、发电机7、转轮8、导水部件9、输出线路10、控制闸门11、挡水墙12,房屋屋面1与引水明渠3通过集流管2相连接,引水明渠3的近端设有挡水墙12,引水明渠3 远端与蜗壳5相连接,引水明渠3与蜗壳5之间设有控制闸门11,挡水墙12和蜗壳5的上部设有溢流孔4,在蜗壳5的中心处设有水轮发电机,水轮发电机包括发电机7、转轮8、导水部件9等,发电机7与转轮8相连,转轮8上方设有导水部件9,在水轮发电机底部设有尾水管6,在发电机7上设有输出线路10。
[0011] 明槽式雨水发电方法是:降雨时,利用房屋屋面1收集雨水,雨水通过集流管2汇集于引水明渠3中,经控制闸门11控制进入蜗壳5,再通过导水部件9利用水流推动转轮8 驱动发电机7进行发电,发电后的尾水通过尾水管6排出,排入就近的水库、池塘或蓄水设施中,以供进一步收集利用,或排入下水道弃掉;当引水明渠3和蜗壳5的水位超出上限时, 多余的雨水由溢流孔4溢出,这部分雨水可以收集利用或者弃掉;当引水明渠3的流量小于最低发电流量时,关闭控制闸门11 ;引水明渠3最后贮存的雨水可供用户使用。
[0012] 本发明选择雨量较为丰富的地区,首先改造房屋雨水管道,铺设形成雨水集流管道,将集流管连接到引水明渠上,在引水明渠上安装控制闸门,连接蜗壳,安设水轮发电机, 从而形成“雨水电站”。本发明宜采用低水头的轴流式水轮发电机,装机容量主要取决于引水流量,为了保证发电机工作流速和雨水收集量,“雨水电站”选址时应考虑有足够的集水面积和一定的明渠坡降,为了提高集水面积,可以将相邻房屋屋面通过管道相连接再汇总到集流管上;在实施时应保证尾水管底部有一定的淹没深度。当降雨来临时,利用引水明渠收集雨水,只要雨量达到一定规模,当水位达到一定值时,便可打开控制间门,推动转轮进行发电,并收集雨水资源,从而实现雨水雨能资源的综合利用。[0013] 为了防止树叶等进入雨水发电系统,应在房顶雨水进水口上安设拦污筛。
[0014] 本发明既适用于山区,又适用于平原地区;既适用于农村,又适用于城市;既可以与周边水电站相结合,也可以形成独立的“雨水电站”系统。
[0015] 本发明可以减少降雨径流污染,减少雨水地面侵蚀,又可以提高城市防洪减灾能力,提高当地的水资源承载能力,并且弥补区域能源的不足,削减了 CO2的排放。

Claims (2)

1. 一种明槽式雨水发电系统,其特征在于包括房屋屋面(1)、集流管(2)、引水明渠 (3)、溢流孔(4)、蜗壳(5)、尾水管(6)、发电机(7)、转轮(8)、导水部件(9)、输出线路(10)、 控制闸门(11)、挡水墙(12),房屋屋面(1)与引水明渠(3)通过集流管(2)相连接,引水明渠(3)的近端设有挡水墙(12),引水明渠(3)远端与蜗壳(5)相连接,引水明渠(3)与蜗壳 (5)之间设有控制闸门(11),挡水墙(12)和蜗壳(5)的上部设有溢流孔(4),在蜗壳(5)的中心处设有水轮发电机,水轮发电机包括发电机(7)、转轮(8)、导水部件(9),发电机(7)与转轮(8)相连,转轮(8)上方设有导水部件(9),在水轮发电机底部设有尾水管(6),在发电机(7)上设有输出线路(10)。
2. 一种使用如权利要求1所述系统的明槽式雨水发电方法,其特征在于降雨时,利用房屋屋面(1)收集雨水,雨水通过集流管(2 )汇集于引水明渠(3 )中,经控制闸门(11)控制进入蜗壳(5),再通过导水部件(9)利用水流推动转轮(8)驱动发电机(7)进行发电,发电后的尾水通过尾水管(6)排出,排入就近的水库、池塘或蓄水设施中,以供进一步收集利用,或排入下水道弃掉;当引水明渠(3)和蜗壳(5)的水位超出上限时,多余的雨水由溢流孔(4) 溢出,这部分雨水可以收集利用或者弃掉;当引水明渠(3)的流量小于最低发电流量时,关闭控制闸门(11);引水明渠(3 )最后贮存的雨水可供用户使用。
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