CN107555623A - 基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统，包括水面漂浮装置以及设置在所述水面漂浮装置的光伏发电装置和充氧装置；所述漂浮装置由漂浮单体拼接而成，所述漂浮单体拼接后在水面上形成完全遮挡或不完全遮挡，所述充氧装置包括位于水面上方的供气系统和位于水面下方的曝气装置，所述曝气装置由所述供气系统供气，所述光伏发电装置为所述供气系统供电。本发明利用水面漂浮装置将光伏发电系统、曝气充氧装置和推流装置一体化设置，共用水面漂浮装置，既有效控藻，又可光伏发电上网，提供绿色电能，降低成本，综合效益好，绿色环保。
Description
技术领域
本发明属污染水体治理环保技术和光伏发电技术领域，涉及遮光充氧控藻和光伏发电的一体化系统。
背景技术
目前，我国湖泊、水库普遍富营养化，藻类水华现象频繁发生，水体富营养化带来严重的水环境问题。我国藻类水华中常以蓝藻为优势藻种，蓝藻会分泌释放有害气体及毒素，通过食物链的累积危害人类的健康，威胁城市供水安全并影响水产养殖、旅游及人类的生活。因此，控制和去除水体中的有害藻类意义重大。
引起藻类水华的主要因素：营养盐（氮、磷等）、温度、pH值、水动力和光照度。在富营养化水体中，藻类在足够和适宜的上述五个因素下即可暴发，但藻类暴发也会随某一因素不具备时而迅速消去。
我国许多湖泊和水库中，特别是控制营养盐的工程技术措施周期长，投资巨大，实施十分困难。在相当长的时期内，营养盐已不成为限制因素。相对于其他因素，光照度是最为容易实施的人为干预的因素，所以遮光控藻是一种经济有效的技术措施。
藻类的生成和分解是进行光合作用和呼吸作用的一个典型过程：藻类的生长繁殖为光合作用，藻类的分解消亡为呼吸作用。光是影响藻类生长的最重要因素之一。在低光度条件下藻类比增殖速率显着下降，藻类的增殖被抑制，甚至低于藻类的呼吸速率，促使藻类不断消耗自身有机营养，最终死亡。遮光能迅速降低藻类浓度，抑藻效果明显，控制水华。
遮光时充氧可大幅度提高去藻率。当藻类的呼吸耗氧与光合作用产氧相等，即为光补偿点。光照度低于光补偿点时，呼吸作用占主导，水体处于耗氧状态。遮光时对水体充氧，提高水体溶解氧DO值，消除遮光区域DO过低的缺点，有利于呼吸作用的进行，加速藻类消亡，提高控藻效率，抑制藻类的爆发；同时，充氧能钝化底泥，抑制底泥的氮、磷释放，抑制藻类生长。遮光与充氧结合较单纯遮光的控藻效率和控藻周期有大幅度提高。
充氧增加水体DO值，提高好氧微生物的活力，加速分解污染物，防止水体发黑发臭，恢复水生生态系统。
对污染水体推流，加强水动力，增强DO扩散，特别是提高下覆水的DO值，进一步抑制藻类生长，加强钝化底泥，抑制底泥的内源污染。
目前已有的遮光控藻技术，如小岛贞男的遮光控藻研究（Kojima S.Corroborating study on algal control by partial shading of lake surface[J].Main-Water and Wastewater,2000,42(5):5-12）表明，需遮盖约1/3水面才可以达到控藻效果，应用于大型水面（湖泊和中、大型水库）时，遮光控藻治理需设置的遮光面积非常大；孔海南的控藻技术（孔海南等，治理富营养化水库水华的方法，CN 101456603 B）曝气充氧空气输送距离短，长距离输送能耗高，为取水口近岸布置应用；其遮光机构采用遮光布或遮光网类的柔性材料，特别对大型水面（湖泊和中、大型水库）存在抗风浪能力低、寿命短及工程实施难度大等缺点。
综上所述，大型水面（湖泊和中、大型水库）遮光控藻治理所需的遮光面积巨大，现场实施困难，遮光投资大，抗风浪能力要求高，现有技术在进行远离岸边的布置时，存在供电和输气等难题，难以满足大面积治理。
有鉴于此，有必要提出一种针对大型水域控藻的新型技术，以达到有效的控藻目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种控藻效果好且用于大面积治理的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统，其特征在于，包括水面漂浮装置以及设置在所述水面漂浮装置的光伏发电装置和充氧装置；所述漂浮装置由漂浮单体拼接而成，所述漂浮单体拼接后在水面上形成完全遮挡或不完全遮挡，所述充氧装置包括位于水面上方的供气系统和位于水面下方的曝气装置，所述曝气装置由所述供气系统供气，所述光伏发电装置为所述供气系统供电。
所述不完全遮挡由间隔排布的遮挡区和无遮挡区构成，所述遮挡区与无遮挡区的比例为100:1～100：30。
所述曝气装置包括曝气管和连接件，所述曝气管通过所述连接件与所述水面漂浮装置连接；在所述曝气管上连接有配重。
所述供气系统包括风机、风机控制器和供气管路；所述风机固定在水面漂浮装置上，风机由光伏发电装置供电。
在所述水面漂浮装置上还连接有位于水面下的推流装置，所述推流装置为气提器，该气提器由所述供气系统供气。
本发明基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统，包括水面漂浮装置、光伏发电装置和充氧装置。水面漂浮装置同时具备三个功能，一是作为遮光体，起到直接控藻的作用；另一个是作为充氧装置的载体，可以合理的将充氧装置布置在大面积水域内，起到强化控藻的作用；最后一个功能是作为光伏发电装置的载体，通过自发电为大面积水域内的充氧装置及其他用电设备提供电源，能更好的发挥充氧装置的充氧效果，进一步起到强化控藻的作用。本发明通过水面漂浮装置将发电装置和曝气充氧装置有机的形成一个控藻的整体，实现了大面积水域的蓝藻处理。
水面漂浮装置为高强度刚性结构，抗风浪能力强，使用寿命长。水面漂浮装置遮光面积大，遮光率高，水力停留时间（HRT）长，大幅度提高控藻效率、缩短控藻周期。水面漂浮装置上设置的光伏发电装置，既遮光又上网供电，提供绿色电能。水面漂浮装置上设置的曝气充氧装置及推流装置，由光伏发电装置供电，解决远距离供电和输气难题，适用于大型水面（湖泊和中、大型水库）远离岸边的布置应用。光伏发电装置、曝气充氧装置及推流装置共用所述水面漂浮装置，降低系统成本。
水面漂浮装置设置为包括由多于1种高强度刚性结构的漂浮单体，按特定拼接方式组合拼接而成。所述拼接方式，可以根据水域面积大小确定水上漂浮装置的规模大小，形成整体一片式装置或者分片组合式装置；所述拼接方式，在水面形成遮光区域，遮光率为70%至99%；所述拼接方式，抗风浪能力强，使用寿命长达25年。
所述光伏发电装置包括光伏组件、逆变器和配电装置，所述光伏发电装置被配置为光伏组件、逆变器和配电装置中的前者与所述其他两者中的一种结合，设置于水面漂浮装置上。
所述曝气充氧装置和推流装置为多台或多套布置，可以根据具体情形（例如，污染程度，水深，水流等）分别设置其规格、数量和位置。
本发明的技术效果是：如之前背景技术所述，相对于其他影响藻类水华的主要因素，光照度是最为容易实施的人为干扰因素。利用水面漂浮系统遮光，在遮光条件下抑制藻类的光合作用，藻类比增殖速率显著下降。遮光7天之后，藻生物量去除率为16%，叶绿素a浓度去除率为79%，表明遮光能迅速降低藻浓度，控制水华；遮光充氧增加水体DO，使水体DO保持在较高水平（＞2mg/L），有利于内源呼吸，加速藻类消亡，大幅度提高控藻效果。遮光充氧7天后，藻生物量去除率＞72%，叶绿素a去除率＞85%，遮光充氧控藻效果显著。遮光充氧的同时增加推流装置，将聚于水体表层的藻类驱赶至水体底层，藻类失去活性而逐渐消亡，水体DO浓度更趋于均匀。增强水体紊动，不利于藻类生存，进一步提高控藻效率。藻生物量去除率＞87%，叶绿素a去除率＞93%。同时提高下覆水的DO值，抑制藻类生长，钝化底泥，抑制底泥的内源污染。
本发明在光伏发电容量为20MW，遮光面积为260,000㎡，水深5m，水力停留时间（HRT）8天时，可遮光控藻处理162,500m³/d水量。在光伏发电容量为200MW时，遮光面积为2,600,000㎡，遮光面积大，控藻效果好。本发明的水面漂浮系统遮光率可达99%，水下光照度远低于光补偿点；遮光面积大，水力停留时间（HRT）长。本发明的水面漂浮系统使用寿命可达25年，可以抵抗11级大风作用，能够承受0.5m的浪高，浮台的承载能力可达90㎏/㎡。
利用水面漂浮装置将光伏发电系统、曝气充氧装置和推流装置技术组合成一体化系统，一方面，水面飘浮装置系统遮光面积大，遮光率高，强度高，抗风浪能力强，使用寿命长；另一方面，曝气充氧装置和推流装置大幅提高控藻效率；再一方面，光伏发电解决了大型水面（湖泊和中、大型水库）充氧和推流的远距离供电难题；还又一方面，利用水面漂浮装置将光伏发电系统、曝气充氧装置和推流装置一体化设置，共用水面漂浮装置，既有效控藻，又可光伏发电上网，提供绿色电能，降低成本，综合效益好，绿色环保，无二次污染，一举多得。
附图说明
图1所示为本发明实施例1的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统的平面布置示意图。
图2所示为本发明实施例2的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统的平面布置示意图。
图3所示为本发明实施例2的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统的水面漂浮装置的俯视图。
其中：11、水面漂浮装置；111、漂浮单体；112、漂浮单体连接件；113、锚固单元；21、光伏发电装置；211、光伏组件；212、逆变器；213、配电装置；31、曝气充氧装置；311、曝气管；3111、联接件；3112、配重； 312、供气系统；3121、风机；3122、风机配电控制装置；3123、供气母管；3124、供气支管；41、推流装置；411、气提器。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
下面的描述中，为描述的清楚和简明，并没有对图中所示的所有部件进行描述，附图中示出了多个部件为本领域普通技术人员提供本发明的完全能够实现的公开内容。对于本领域技术人员而言，许多部件的操作都是熟悉而且明显的。
本发明实施例1的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统发电容量为50MW，平均水深为2.5米。
图1所示为本发明实施例1的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统平面布置示意图，包括水面漂浮装置11，以及一体化设置在水面漂浮装置上的光伏发电装置21、曝气充氧装置31和推流装置41。
在本发明实施例1中，水面漂浮装置11包括漂浮单体111，漂浮单体连接件112，漂浮单体111按特定拼接方式组合拼接而成，形成遮光面积650,000㎡，遮光率为95%以上。水面漂浮装置11包含锚固单元113，采用四周锚固的形式，参加图3。锚固强度能够使水面漂浮装置11抵抗8级风和0.5m浪高的影响，锚固单元113能够实现5m内水位上下调节，水面漂浮装置11使用寿命可达25年。
在本发明施实例1中，光伏发电系统21包括光伏组件211、逆变器212和配电装置213。
在本发明实施例1中，曝气充氧装置31配置为曝气管311、供气系统312。
在本发明实施例1中，推流装置41配置为气提器411、供气系统312。
在本发明实施例1中，曝气管311为分段多点均匀布置，但可不限于均匀布置，配置有28,000米曝气管，将V类水DO值提升至III类水DO值，满足藻类内源呼吸的DO需求，恢复水生生态环境。
在本发明实施例1中，曝气管311优选但不限于微孔曝气管（微孔孔径<1mm），充氧效率和动力效率高。曝气充氧装置31包括曝气管311和供气系统312，其中，曝气管311与水面漂浮装置11由联接件3111连接，联接件3111一端固定在水面漂浮装置11，另一端与曝气管311连接；曝气管311由供气支管3124连接至供气母管3123。在本发明实施例1中联接件3111采用但不限于柔性联接件，为曝气管311配置配重3112克服浮力。曝气管311布置为单根，但可不限于单根而采用两根或两根以上的组合件，视施工便捷确定。
在本发明实施例1中，供气系统312包括风机3121、风机配电控制装置3122、供气母管3123和供气支管3124。风机3121固定在水面漂浮装置11上，风机配电控制装置3122由光伏发电系统21供电，根据供气量、供气压力确定风机3121的风量为2,310m³/h，功率为23kW，数量为16台；风机配电控制装置3122设置有变频器，具有自动启停和远程控制功能；供气母管3123布置在水面漂浮装置11上，多区母管制组成，各区之间由管路连接并装有阀门。
在本发明实施例1中，推流装置41优选但不限于气提器411。气提器411与水面漂浮装置11固定。气提器411由供气支管3124连接至供气母管3123，根据污染程度，水流设置2160台气提器。气提器411增强水动力，推动水体垂直混合流动，能耗低，在气提水体的同时曝气增加水体DO值，强化控藻。
在本发明实施例1中，藻生物量去除率＞87%，叶绿素a去除率＞93%，藻含量＜1.0×107个/L，防止了水华。
图2所示为按照本发明实施例2的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统布置示意图，该实施例的曝气充氧装置为曝气管311，根据具体情形（例如，污染程度，水流）设置其数量和位置，分段多点均匀布置，可不限于均匀布置。
因此，本发明实施例的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统还具有工艺调整方便的特点，适用面广。
本上文描述中，使用方向性术语（例如“上”、“下”、“左”、“右”和“底部”等）以及类似术语描述的各种实施方式的部件表示附图中示出的方向或者能被本领域技术人员理解的方向。这些方向性术语用于相对的描述和澄清，而不是要将任何实施例的定向限定到具体的方向或定向。
以上例子主要说明了本发明的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (5)
1.一种基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统，其特征在于，包括水面漂浮装置以及设置在所述水面漂浮装置的光伏发电装置和充氧装置；所述漂浮装置由漂浮单体拼接而成，所述漂浮单体拼接后在水面上形成完全遮挡或不完全遮挡，所述充氧装置包括位于水面上方的供气系统和位于水面下方的曝气装置，所述曝气装置由所述供气系统供气，所述光伏发电装置的发电量包括外输电量和系统自用电量，光伏发电装置的系统自用电量为所述供气系统供电。
2.根据权利要求1所述的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统，其特征在于，所述不完全遮挡由间隔排布的遮挡区和无遮挡区构成，所述遮挡区与无遮挡区的比例为100:1～100：30。
3.根据权利要求1或2所述的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统，其特征在于，所述曝气装置包括曝气管（311）和连接件（3111），所述曝气管（311）通过所述连接件（3111）与所述水面漂浮装置连接；在所述曝气管上连接有配重（3112）。
4.根据权利要求1或2所述的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统，其特征在于，所述供气系统包括风机（3121）、风机配电控制装置（3122）和供气母管（3123）；所述风机（3121）固定在水面漂浮装置上，风机（3121）由光伏发电装置（21）的系统自用电量供电。
5.根据权利要求1或2所述的基于水面漂浮光伏发电站的控藻系统，其特征在于，在所述水面漂浮装置（11）上还连接有位于水面下的推流装置（41），所述推流装置为气提器（411），该气提器（411）由所述供气系统（312）供气。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110467245A (zh) * | 2018-05-11 | 2019-11-19 | 中冶南方工程技术有限公司 | 一种浅水湖泊太阳能昼夜异气质曝气控藻装置 |
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2017
- 2017-10-19 CN CN201710977121.5A patent/CN107555623A/zh not_active Withdrawn
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