CN110143731A - 基于污水处理的光伏消纳系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏消纳技术领域，公开了一种基于污水处理的光伏消纳系统及方法，光伏基于污水处理的光伏消纳系统，包括：太阳能电池组件，安装于标的建筑物的光伏幕墙；负载单元，包括标的建筑物内的直流负载和交流负载；控制中心，与太阳能电池组件及负载单元连接，按照需求控制电能输出；污水处理系统，与控制中心连接，在满足负载单元用电需求时实现剩余电能的消纳。基于污水处理的光伏消纳方法，具体为：将标的建筑物内的生活污水引入并存储于污水收集池中，在满足负载单元用电需求时，通过控制中心将剩余电能输出至污水处理系统。其能够有效解决剩余能源消纳问题，成本低，收益高，且不受环境、气候等外在因素影响。
Description
技术领域
本发明涉及光伏消纳技术领域，尤其是涉及一种基于污水处理的光伏消纳系统及方法。
背景技术
光伏系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统，随着国家对新能源的大力支持，光伏行业得到快速发展，即采用将太阳能转化成电能自发自用。与现有的主流发电方式相比，光伏系统工作点变化较快，这是由于光伏系统受光照、温度、空气质量等外界环境因素的影响很大，同样，建筑内用电也存在高峰期及低谷期，而往往发电峰值期与用电峰值是不匹配的，因此，会出现发电盈余的现象。目前解决改问题的方法一般是采用“自发自用、余电上网”的模式或将多余电量存储于蓄电池中备用，“自发自用、余电上网”即将余量的电就近向低压公网供电，但是该方法需要与国家电网连接，操作繁琐，而蓄电池成本又较高。
为了解决上述问题，公开号为CN107453707A的中国专利公开了一种利用储热系统解决光伏消纳问题的方法，在光伏过剩地区将传统燃煤制热改为电制热，打破燃煤热电联供机组“以热定电”的刚性约束，可有效提升光伏的消纳空间。在电制热基础上采用储热系统，综合考虑光伏出力特性、负荷特性以及电价因素，以最小化供热企业在调度周期内的购电成本为目标，优化调度储热运行状态，从时间维度改善供热企业供热特性，在进一步提升光伏消纳水平的同时保证了供热企业的经济效益。
但是集中供暖的需求仅集中在寒冷的冬季，一般仅包括4-5个月的时间，其余时间的余电消纳问题仍然无法解决。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的之一是提供基于污水处理的光伏消纳系统，其能够有效解决剩余能源消纳问题，成本低，收益高，且不受环境、气候等外在因素影响。
基于污水处理的光伏消纳系统，包括：
太阳能电池组件，安装于标的建筑物的光伏幕墙；
负载单元，包括标的建筑物内的直流负载和交流负载；
控制中心，与太阳能电池组件及负载单元连接，按照需求控制电能输出；
污水处理系统，与控制中心连接，在满足负载单元用电需求时实现剩余电能的消纳。
通过采用上述技术方案，在标的建筑物或标的建筑群之间修建一污水处理系统，并将污水处理系统连接至标的建筑物的太阳能电池组件，通过太阳能电池组件为污水处理系统供电，太阳能电池组件为污水处理系统供电的前提是在满足标的建筑所有负载用电需求时，将剩余电能输出至污水处理系统，即以污水的收集储蓄代替多余电量的储备，不仅实现了多余能源消纳的问题，同时相对采用蓄电池储能来说大大降低了成本。
在一些实施方式中，所述污水处理系统包括污水收集池、与所述污水收集池连接的接触氧化单元、与接触氧化单元连接的沉淀单元，以及与所述沉淀单元连通的消毒单元，所述污水处理系统还包括鼓风机连通至污水收集池、接触氧化单元，所述污水收集池、接触氧化单元、沉淀单元、消毒单元及鼓风机均连接于供电单元，所述供电单元连接至所述控制中心。
通过采用上述技术方案，将污水收集池中的污水通过接触氧化单元中进行曝气处理，然后通过沉淀池进行沉淀，沉淀后的污泥进行消化浓缩并脱水排除，沉淀析出的水通入消毒池并加入药剂进行消毒，最后再循环用于冲马桶或浇灌植被。
在一些实施方式中，所述污水收集池包括：
黑水收集池，依次连接厌氧酸化反应单元及厌氧气化反应单元；
褐水收集池，连接至所述接触氧化单元；
灰水收集池，连接有好氧滤塔；
所述厌氧气化反应单元连接至所述接触氧化单元，所述好氧滤塔连接于所述接触氧化单元与所述沉淀单元之间。
通过采用上述技术方案，采用分类处理的方式对不同产生源采用不同的处理方式，不仅降低了处理难度及处理成本，同时处理后的水质能够满足回收要求。
在一些实施方式中，所述污水收集池入口处设有格栅井。
通过采用上述技术方案，能够分离出污水中的固态杂质。
本发明的目的之二是提供基于污水处理的光伏消纳方法，其能够有效解决剩余能源消纳问题，成本低，收益高，且不受环境、气候等外在因素影响。
本发明提供的基于污水处理的光伏消纳方法，具体为：将标的建筑物内的生活污水引入并存储于所述污水收集池中，在满足负载单元用电需求时，通过所述控制中心将剩余电能输出至所述污水处理系统。
通过采用上述技术方案，太阳能电池组件为污水处理系统供电的前提是在满足标的建筑所有负载用电需求时，将剩余电能输出至污水处理系统，即以污水的收集储蓄代替多余电量的储备，不仅实现了多余能源消纳的问题，同时相对采用蓄电池储能来说大大降低了成本。
在一些实施方式中，还包括：
基于标的建筑物所在的位置以及标的建筑物上各太阳能电池组件倾斜面的倾斜角度，确定每一时间点各太阳能电池组件对应的太阳能辐照量的总和，并根据太阳能辐照量的总和计算出每一时间点各太阳能电池组件的发电量总和；
采集标的建筑物内用户的实时用电总和数据；
计算标的建筑物每一时间点发电量总和减去用电总和的差值。
通过采用上述技术方案，快速得到每一时间点的发电余量。
在一些实施方式中，将标的建筑物每一时间点发电量总和减去用电总和的差值形成曲线C1。
通过采用上述技术方案，能够直观的展示发电余量的的变化。
在一些实施方式中，寻找曲线C1中相邻波峰与波谷之间的最大时间差值T，并得到T时间内的污水处理量，从而得到所述污水收集池的容量。
通过采用上述技术方案能够最大限度地合理利用空间及能源，实现能源利用率的最大化。
综上所述，与现有技术相比，本发明提供的基于污水处理的光伏消纳系统及方法的有益技术效果为：
通过在标的建筑物或标的建筑群之间修建一污水处理系统，并将污水处理系统连接至标的建筑物的太阳能电池组件，通过太阳能电池组件为污水处理系统供电，太阳能电池组件为污水处理系统供电的前提是在满足标的建筑所有负载用电需求时，将剩余电能输出至污水处理系统，即以污水的收集储蓄代替多余电量的储备，不仅实现了多余能源消纳的问题，同时相对采用蓄电池储能来说大大降低了成本。
附图说明
图1为本发明提供的基于污水处理的光伏消纳系统中污水处理系统的结构框图；
图2为图1所述的基于污水处理的光伏消纳系统的结构框图。
图中：11、太阳能电池组件；2、控制中心；201、光伏控制器；202、中央控制器；3、负载单元；31、直流负载；32、交流负载；33、逆变器；4、污水处理系统；40、供电单元；41、污水收集池；42、接触氧化单元；43、沉淀单元；44、消毒单元；45、鼓风机；46、排放池；47、泵体；410、格栅井；411、黑水收集池；4111、厌氧酸化反应单元；4112、厌氧气化反应单元；412、褐水收集池；413、灰水收集池；4131、好氧滤塔。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明披露了基于污水处理的光伏消纳方法，即在“自发自用”的前提下实现多余能源的消纳问题，具体方法为：
S1：如图1所示，在标的建筑物或标的建筑群之间修建一污水收集池41用于收集标的建筑物内所有用户产出的污水。
生活污水按照其产生源及特点分为三类：
黑水：包括厕所及卫生间产出的含有粪便的污水；
褐水：主要指厨房废水；
灰水：包括洗衣、洗浴废水、盥洗废水以及清洗废水等；
生活污水中黑水只占很少一部分，但是黑水与其他生活污水混合后处理，不仅加大了处理难度及处理成本，而且处理后的水质也低于回收要求，因此，在本发明此实施方式中，采用分类处理的方式，对不同产生源采用不同的处理方式，而为了实现分类收集，在房建阶段可在卫生间将黑水与灰水利用不同的管道排水，而一般的建筑中，厨房和卫生间已经实现了分开排放。
为了实现源分离和分类，如图1所示，污水收集池41，包括：
黑水收集池411，连通卫生间黑水排放管道，收集标的建筑物中排放的黑水；
褐水收集池412，连通厨房褐水排放管道，收集标的建筑物中排放的褐水；
灰水收集池413，连通卫生间灰水排放管道，收集标的建筑物中排放的灰水；
为了确定污水收集池41的大小，在修建之前首先做好以下准备工作：
S11：基于标的建筑物所在的位置以及标的建筑物上各光伏组件倾斜面的倾斜角度，确定每一时间点各光伏组件对应的太阳能辐照量，即：基于该位置的纬度、该位置每一时间点对应的太阳赤纬角，及该位置每一时间点对应的时角，针对每一时间点，按照下述公式确定每一时间点各光伏组件对应的太阳能辐照量：
其中：表示在每一时间点，光伏系统在该倾角下的一组光伏组件对应的太阳能辐照量；
β表示该倾斜角度；
Hb表示在每一时间点一组光伏组件对应的水平面上的直接辐照量；
Hd表示在每一时间点一组光伏组件对应的水平面上的散射辐照量；
表示光伏系统所在的纬度；
δ表示在每一时间点对应的太阳赤纬角；
ω表示在每一时间点对应的时角；
然后采用公式：发电量＝太阳能辐照量*光伏组件的面积*光伏组件转换效率*0.28*系统效率，从而计算每一时间倾斜角度不同的各光伏组件的发电量，最后再计算出一时间点各太阳能电池组件11的发电量总和；
S12：采集标的建筑物内用户的实时用电总和数据，并计算标的建筑物每一时间点发电量总和减去用电总和的差值；
S13：将标的建筑物每一时间点发电量总和减去用电总和的差值形成曲线C1。
S14：寻找曲线C1中相邻波峰与波谷之间的最大时间差值T，并得到T时间内的污水处理量，从而得到污水收集池41的容量。
S2：如图1所示，在污水收集池41旁建设一污水处理系统4，并将污水处理系统4的供电单元40连接至标的建筑物的光伏发电模组，通过光伏发电模组为污水处理系统4供电，光伏发电模组为污水处理系统4供电的前提是在满足标的建筑所有负载用电需求时，将剩余电能输出至污水处理系统4，即以污水的收集储蓄代替多余电量的储备，不仅实现了多余能源消纳的问题，同时相对采用蓄电池储能来说大大降低了成本。
如图1所示，污水处理系统4除了包括上述污水收集池41外还包括：与黑水收集池411连接的厌氧酸化反应单元4111、与厌氧酸化反应单元4111连接的厌氧气化反应单元4112、与褐水收集池412连接的接触氧化单元42、以及与灰水收集池413连接的好氧滤塔4131，厌氧气化反应单元4112连接至接触氧化单元42，接触氧化单元42连接至好氧滤塔4131；另外，好氧滤塔4131连接有沉淀单元43，沉淀单元43连通至消毒单元44，最后消毒单元44连通至排放池46。
如图1所示，在每个污水收集池41入口处设有格栅井410用于分离污水中的固态杂质。污水处理系统4还包括鼓风机45连通至污水收集池41、接触氧化单元42，鼓风机45的作用一方面实现了搅拌，另一方实现了充氧的作用。污水收集池41、接触氧化单元42、沉淀单元43、消毒单元44及鼓风机45均连接于供电单元40，各单元间通过泵体47实现水的转移，泵体47同样连接至供电单元40。
光伏发电模组是通过基于污水处理的光伏消纳系统实现对供电单元40供电的，如图2所示，本发明还披露了基于污水处理的光伏消纳系统，包括：
太阳能电池组件11，安装于标的建筑物的光伏幕墙；
负载单元3，包括标的建筑物内的直流负载31和交流负载32；
控制中心2，与太阳能电池组件11及负载单元3连接，其作用是按照需求控制电能输出；
以及上述污水处理系统4，污水处理系统4的供电单元40与控制中心2连接，在满足负载单元3用电需求时实现剩余电能的消纳。
如图2所示，控制中心2包括光伏控制器201及与光伏控制器201连接的中央控制器202，太阳能电池组件11、负载单元3及供电单元40均连接于光伏控制器201，交流负载32及供电单元40与光伏控制器201之间均连接有逆变器33。在通过太阳能电池组件11输入的电能大于向负载单元3输出的电能时，中央控制器202将剩余电能输出至污水处理系统4的供电单元40。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于污水处理的光伏消纳系统，其特征在于，包括：
太阳能电池组件(11)，安装于标的建筑物的光伏幕墙；
负载单元(3)，包括标的建筑物内的直流负载(31)和交流负载(32)；
控制中心(2)，与太阳能电池组件(11)及负载单元(3)连接，按照需求控制电能输出；
污水处理系统(4)，与控制中心(2)连接，在满足负载单元(3)用电需求时实现剩余电能的消纳。
2.根据权利要求1所述的基于污水处理的光伏消纳系统，其特征在于，所述污水处理系统(4)包括污水收集池(41)、与所述污水收集池(41)连接的接触氧化单元(42)、与接触氧化单元(42)连接的沉淀单元(43)，以及与所述沉淀单元(43)连通的消毒单元(44)，所述污水处理系统(4)还包括鼓风机(45)连通至污水收集池(41)、接触氧化单元(42)，所述污水收集池(41)、接触氧化单元(42)、沉淀单元(43)、消毒单元(44)及鼓风机(45)均连接于供电单元(40)，所述供电单元(40)连接至所述控制中心(2)。
3.根据权利要求2所述的基于污水处理的光伏消纳系统，其特征在于，所述污水收集池(41)包括：
黑水收集池(411)，依次连接厌氧酸化反应单元(4111)及厌氧气化反应单元(4112)；
褐水收集池(412)，连接至所述接触氧化单元(42)；
灰水收集池(413)，连接有好氧滤塔(4131)；
所述厌氧气化反应单元(4112)连接至所述接触氧化单元(42)，所述好氧滤塔(4131)连接于所述接触氧化单元(42)与所述沉淀单元(43)之间。
4.根据权利要求2所述的基于污水处理的光伏消纳系统，其特征在于，所述污水收集池(41)入口处设有格栅井(410)。
5.采用权利要求2所述的基于污水处理的光伏消纳系统的光伏消纳方法，其特征在于，将标的建筑物内的生活污水引入并存储于所述污水收集池(41)中，在满足负载单元(3)用电需求时，通过所述控制中心(2)将剩余电能输出至所述污水处理系统(4)。
6.根据权利要求5所述的基于污水处理的光伏消纳方法，其特征在于，还包括：
基于标的建筑物所在的位置以及标的建筑物上各太阳能电池组件(11)倾斜面的倾斜角度，确定每一时间点各太阳能电池组件(11)对应的太阳能辐照量的总和，并根据太阳能辐照量的总和计算出每一时间点各太阳能电池组件(11)的发电量总和；
采集标的建筑物内用户的实时用电总和数据；
计算标的建筑物每一时间点发电量总和减去用电总和的差值。
7.根据权利要求6所述的基于污水处理的光伏消纳方法，其特征在于，将标的建筑物每一时间点发电量总和减去用电总和的差值形成曲线C1。
8.根据权利要求7所述的基于污水处理的光伏消纳方法，其特征在于，寻找曲线C1中相邻波峰与波谷之间的最大时间差值T，并得到T时间内的污水处理量，从而得到所述污水收集池(41)的容量。
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