CN102733474A - 楼宇绿色补充供水供电方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种楼宇绿色补充供水供电方法及系统。楼宇绿色补充供水供电方法是利用屋面收集雨水，通过雨水管网汇入储水池中，再通过溢流管道溢入雨水电化学反应池，持续的雨流推动水轮发电机发电，其尾水通过出水道排入蓄水塘，在楼宇屋面上安装风力发电机和太阳能电池板，它们与水轮发电机的输出电路一起连入配电单元进行互补发电，所发电能储存于蓄电池中用于雨水水质处理，在电能充沛的情况下向用户补充供电。蓄水塘和储水池中的雨水补充生活普通用水，雨水电化学反应池中的雨水补充生活饮用水。本发明具有环境友好、结构简单、投资节省、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。

Description

楼宇绿色补充供水供电方法及系统
技术领域
本发明属于水资源开发和可再生能源利用领域，特别是一种楼宇绿色补充供水供电方法及系统。
背景技术
随着世界社会经济的快速发展，水资源匮乏与能源、环境危机已成为人类面对的重大问题，亟须开发利用新的可再生能源和非常规水资源用以保障人类社会的可持续发展。我国地处北半球，土地辽阔, 幅员广大, 国土总面积达960万km2，在中国广阔富饶的土地上，有着丰富的太阳能资源，全国各地的年太阳辐射总量为928～2333kWh/m2，中值为1626kWh/m2；根据国家气象局气象研究院的估算，全国的地面风能潜力理论可开发的总量接近3226亿kW，高度层实际可供开发量为253亿kW，这个数字相当于1996年中国全年发电总装机容量，可开发的风能资源十分丰富；我国雨水资源也非常丰富，多年平均降水量为61900亿m3，可开发利用的潜力非常巨大。目前，我国可再生能源发展迅速，在总能源中的比重不断提升。自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展，到2009年底，我国风电总装机容量达到260l万kW，位居世界第二，2009年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36％，居世界首位；20世纪90年代以来是我国光伏发电快速发展的时期，在这一时期我国光伏组件生产能力逐年增强，成本不断降低，市场不断扩大，装机容量逐年增加，2004年累计装机容量达35MW，约占世界份额的3％。
众所周知，受天气条件制约、电能不稳定、持续供电能力差、电价高昂、与常规电能并网难题等因素的影响，利用单一自然能源发电具有很大的局限性，能源的品质、成本等因素制约着可再生能源的发展。然而考虑到太阳能、风能、雨能在时间和空间上的互补性特点，进行绿色多能互补发电无疑是一条提高能源品质、减少发电成本的较好出路。目前国内外研究应用较多的是风力发电与太阳能光伏发电的结合，而对雨水的收集利用大部分只是停留在水资源的天然职能上，忽略了对雨能的利用，将雨能与风能、太阳能综合起来的利用几乎还是空白，更没有考虑到利用自然能发电兼顾处理雨水水质实现水电“自产自消”的技术解决方案。在能源匮乏、环境污染和水资源问题凸显的大背景下，进行雨水收集，利用风能、太阳能、雨能等绿色能源实现多能互补发电，并利用发出的部分电能采取电化学方法处理雨水水质，它可以补充生活供水供电，对于保护人类生存环境、缓解能源和水资源危机有着非常重要的理论和实际意义，对绿色城市建设和缺水缺电地区的经济社会可持续发展有着巨大的实用价值。特别对于偏远地区，如部队的边防哨所、邮电通讯的中继站、公路和铁路的信号站、地质勘探和野外考察的工作站、偏远山区及海岛等地区，采用电网输送电力不方便也不合理，自然能互补发电是很好的选择，且对于这些偏远地区，淡水资源异常宝贵，如果能有效收集利用雨水，就能有效解决偏远地区的生产生活问题。自然降雨由于受大气中污染物和屋面材料的影响，雨水水质一般情况下达不到居民饮用水的卫生标准，为此，“就地取材、自产自消”，利用绿色能源互补发电所产生的电能用电化学方法进一步处理收集到的雨水水质，使其达到居民饮用水的卫生标准，同时由于电化学法消耗电能较少，多余的电能可直接供居民生活用电，或作为备用电能储存起来，亦或者通过并网技术并入电网。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种楼宇绿色补充供水供电方法及系统。
楼宇绿色补充供水供电系统包括楼宇屋面、雨水管网、储水池、溢流管道、雨水电化学反应池、发电引流管、水轮发电机、风力发电机、太阳能电池板、输电线、配电单元、蓄电池、出水道、溢流孔、U型管、排污孔、取水孔、蓄水塘、引水孔、水轮机引流控制阀、溢流管道控制阀、取水孔控制阀、引水孔控制阀，楼宇屋面上安装有风力发电机和太阳能电池板，雨水管网通过带有排污孔的U型管连接储水池，储水池底部设有引水孔和发电引流管，储水池上部设有溢流孔和溢流管道，溢流管道连接雨水电化学反应池，雨水电化学反应池底部设有取水孔，在发电引流管和出水道之间设置水轮发电机，出水道末端连接蓄水塘，风力发电机、太阳能电池板和水轮发电机分别通过输电线与配电单元相连，配电单元上接有两根输电线，其中一根与蓄电池相连，蓄电池通过输电线与雨水电化学反应池相连，在蓄电池上另接有输电线，在发电引流管、溢流管道、取水孔、引水孔上分别安装有水轮机引流控制阀、溢流管道控制阀、取水孔控制阀、引水孔控制阀。
所述的U型管、排污孔、引水孔、引水孔控制阀、取水孔、取水孔控制阀组成排污设施，携带杂质的雨水进入储水池之前，流经U型管，使得杂质大部分沉积于U型管的底部，通过排污孔进行定期排污，剩余的少量杂质在储水池和雨水电化学反应池中沉淀下来，分别打开引水孔控制阀和取水孔控制阀进行不定期清污。
楼宇绿色补充供水供电方法是：降雨时利用楼宇屋面收集雨水，雨水通过雨水管网经过U型管汇入储水池中，打开溢流管道控制阀，雨水经过溢流管道流入雨水电化学反应池，当雨水电化学反应池蓄满后关闭溢流管道控制阀，当储水池中雨水达到工作水位后，打开水轮机引流控制阀，雨水经过发电引流管推动水轮发电机发电，形成的尾水通过出水道排入蓄水塘中，当储水池中雨水达不到工作水位或水轮发电机停止运转时关闭水轮机引流控制阀，储水池蓄满后多余的雨水通过溢流孔溢出，风力发电机、太阳能电池板和水轮发电机根据发电条件进行互补发电，发出的电经过配电单元，一部分直接供给用户使用，一部分贮存到蓄电池中，蓄电池为雨水电化学反应池中的雨水水质净化提供电力，多余的电能提供给用户使用，蓄水塘和储水池作为生活普通用水补充水源，经电化学方法处理的雨水电化学反应池中的雨水用于补充生活饮用水，打开引水孔上的引水孔控制阀可以取用储水池中的雨水，打开取水孔上的取水孔控制阀可以取用雨水电化学反应池中的雨水。
本发明具有环境友好、结构简单、投资节省、操作方便、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，它能有效地缓解城市突出的水问题以及偏远地区的用水用电问题，并减少环境污染，促进清洁资源开发，低碳排放，促进雨水资源化，兼有防灾减灾效益。
附图说明
图1是楼宇绿色补充供水供电系统的组成示意图。
具体实施方式
如图1所示，楼宇绿色补充供水供电系统包括楼宇屋面1、雨水管网2、储水池3、溢流管道4、雨水电化学反应池5、发电引流管6、水轮发电机7、风力发电机8、太阳能电池板9、输电线10、配电单元11、蓄电池12、出水道13、溢流孔14、U型管15、排污孔16、取水孔17、蓄水塘18、引水孔19、水轮机引流控制阀20、溢流管道控制阀21、取水孔控制阀22、引水孔控制阀23，楼宇屋面1上安装有风力发电机8和太阳能电池板9，雨水管网2通过带有排污孔16的U型管15连接储水池3，储水池3底部设有引水孔19和发电引流管6，储水池3上部设有溢流孔14和溢流管道4，溢流管道4连接雨水电化学反应池5，雨水电化学反应池5底部设有取水孔17，在发电引流管6和出水道13之间设置水轮发电机7，出水道13末端连接蓄水塘18，风力发电机8、太阳能电池板9和水轮发电机7分别通过输电线10与配电单元11相连，配电单元11上接有两根输电线10，其中一根与蓄电池12相连，蓄电池12通过输电线10与雨水电化学反应池5相连，在蓄电池12上另接有输电线10，在发电引流管6、溢流管道4、取水孔17、引水孔19上分别安装有水轮机引流控制阀20、溢流管道控制阀21、取水孔控制阀22、引水孔控制阀23。
所述的U型管15、排污孔16、引水孔19、引水孔控制阀23、取水孔17、取水孔控制阀22组成排污设施，携带杂质的雨水进入储水池3之前，流经U型管15，使得杂质大部分沉积于U型管15的底部，通过排污孔16进行定期排污，剩余的少量杂质在储水池3和雨水电化学反应池5中沉淀下来，分别打开引水孔控制阀23和取水孔控制阀22进行不定期清污。
楼宇绿色补充供水供电方法是：降雨时利用楼宇屋面1收集雨水，雨水通过雨水管网2经过U型管15汇入储水池3中，打开溢流管道控制阀21，雨水经过溢流管道4流入雨水电化学反应池5，当雨水电化学反应池5蓄满后关闭溢流管道控制阀21，当储水池3中雨水达到工作水位后，打开水轮机引流控制阀20，雨水经过发电引流管6推动水轮发电机7发电，形成的尾水通过出水道13排入蓄水塘18中，当储水池3中雨水达不到工作水位或水轮发电机7停止运转时关闭水轮机引流控制阀20，储水池3蓄满后多余的雨水通过溢流孔14溢出，风力发电机8、太阳能电池板9和水轮发电机7根据发电条件进行互补发电，发出的电经过配电单元11，一部分直接供给用户使用，一部分贮存到蓄电池12中，蓄电池12为雨水电化学反应池5中的雨水水质净化提供电力，多余的电能提供给用户使用，蓄水塘18和储水池3作为生活普通用水补充水源，经电化学方法处理的雨水电化学反应池5中的雨水用于补充生活饮用水，打开引水孔19上的引水孔控制阀23可以取用储水池3中的雨水，打开取水孔17上的取水孔控制阀22可以取用雨水电化学反应池5中的雨水。
本发明选择雨量较为丰富的地区，首先改造楼宇雨水管道，安装风力发电机，铺设太阳能电池板，修建支架安设储水池和雨水电化学反应池，连接储水池与雨水管网，并将溢流管道、发电引水管与储水池相连，连接溢流管道与雨水电化学反应池，安装水轮发电机，安设输电线路、蓄电池、配电单元，安装水轮机引流控制阀、溢流管道控制阀、取水孔控制阀、引水孔控制阀，当降雨来临时，利用储水池收集雨水，并将雨水电化学反应池贮满，当储水池水位达到一定值时，便可打开水轮机引流控制阀推动水轮发电机进行发电，不降雨时视气象条件进行太阳能和风能互补发电，所发电能通过配电单元储存于蓄电池中，多余电能提供给用户使用，将蓄电池中电能用于雨水水质电化学净化处理，将收集到的雨水分质供给用户使用，从而补充楼宇日常供水供电，实现绿色能源和雨水资源的综合利用。为了提高雨水收集量，可以将相邻楼宇屋面通过管道相连接再汇总到储水池。
以集水面积20000平方米、屋顶高40米的楼宇为例，对于平均雨强10毫米/小时、降雨历时5小时的一场降雨，其发电量约90度，集水量约1000吨，相当于一个普通家庭一个月的最低用电量和2年的用水量，每年按10场计，直接经济收益约3万元，加上太阳能发电和风力发电价值以及间接经济社会效益，其综合效益非常可观。
本发明既适用于小区，也适用于单独楼宇；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；特别适用于偏远海岛地区，可以形成独立的“绿色供水供电系统”。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，分散供水供电风险。

Claims (3)

1.一种楼宇绿色补充供水供电系统，其特征在于包括楼宇屋面（1）、雨水管网（2）、储水池（3）、溢流管道（4）、雨水电化学反应池（5）、发电引流管（6）、水轮发电机（7）、风力发电机（8）、太阳能电池板（9）、输电线（10）、配电单元（11）、蓄电池（12）、出水道（13）、溢流孔（14）、U型管（15）、排污孔（16）、取水孔（17）、蓄水塘（18）、引水孔（19）、水轮机引流控制阀（20）、溢流管道控制阀（21）、取水孔控制阀（22）、引水孔控制阀（23），楼宇屋面（1）上安装有风力发电机（8）和太阳能电池板（9），雨水管网（2）通过带有排污孔（16）的U型管（15）连接储水池（3），储水池（3）底部设有引水孔（19）和发电引流管（6），储水池（3）上部设有溢流孔（14）和溢流管道（4），溢流管道（4）连接雨水电化学反应池（5），雨水电化学反应池（5）底部设有取水孔（17），在发电引流管（6）和出水道（13）之间设置水轮发电机（7），出水道（13）末端连接蓄水塘（18），风力发电机（8）、太阳能电池板（9）和水轮发电机（7）分别通过输电线（10）与配电单元（11）相连，配电单元（11）上接有两根输电线（10），其中一根与蓄电池（12）相连，蓄电池（12）通过输电线（10）与雨水电化学反应池（5）相连，在蓄电池（12）上另接有输电线（10），在发电引流管（6）、溢流管道（4）、取水孔（17）、引水孔（19）上分别安装有水轮机引流控制阀（20）、溢流管道控制阀（21）、取水孔控制阀（22）、引水孔控制阀（23）。
2.根据权利要求1所述的一种楼宇绿色补充供水供电系统，其特征在于所述的U型管（15）、排污孔（16）、引水孔（19）、引水孔控制阀（23）、取水孔（17）、取水孔控制阀（22）组成排污设施，携带杂质的雨水进入储水池（3）之前，流经U型管（15），使得杂质大部分沉积于U型管（15）的底部，通过排污孔（16）进行定期排污，剩余的少量杂质在储水池（3）和雨水电化学反应池（5）中沉淀下来，分别打开引水孔控制阀（23）和取水孔控制阀（22）进行不定期清污。
3.一种使用如权利要求1所述系统的楼宇绿色补充供水供电方法，其特征在于降雨时利用楼宇屋面（1）收集雨水，雨水通过雨水管网（2）经过U型管（15）汇入储水池（3）中，打开溢流管道控制阀（21），雨水经过溢流管道（4）流入雨水电化学反应池（5），当雨水电化学反应池（5）蓄满后关闭溢流管道控制阀（21），当储水池（3）中雨水达到工作水位后，打开水轮机引流控制阀（20），雨水经过发电引流管（6）推动水轮发电机（7）发电，形成的尾水通过出水道（13）排入蓄水塘（18）中，当储水池（3）中雨水达不到工作水位或水轮发电机（7）停止运转时关闭水轮机引流控制阀（20），储水池（3）蓄满后多余的雨水通过溢流孔（14）溢出，风力发电机（8）、太阳能电池板（9）和水轮发电机（7）根据发电条件进行互补发电，发出的电经过配电单元（11），一部分直接供给用户使用，另一部分贮存到蓄电池（12）中，蓄电池（12）为雨水电化学反应池（5）中的雨水水质净化提供电力，多余的电能提供给用户使用，蓄水塘（18）和储水池（3）作为生活普通用水补充水源，经电化学方法处理的雨水电化学反应池（5）中的雨水用于补充生活饮用水，打开引水孔（19）上的引水孔控制阀（23）可以取用储水池（3）中的雨水，打开取水孔（17）上的取水孔控制阀（22）可以取用雨水电化学反应池（5）中的雨水。
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