CN219507903U - 一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统，包括跑道池本体，以及设置跑道池本体内的隔离墙；所述隔离墙将跑道池本体隔离为环形流道；所述跑道池本体外罩设有透明塑料薄膜制作的拱棚；所述跑道池本体内设置有搅拌装置；所述拱棚的一侧设置有出入口，所述出入口处设置有用于封闭或打开出入口的卷帘装置；所述拱棚内设置有太阳能供电组件；所述太阳能供电组件用于为卷帘装置和搅拌装置供电。

Description

一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统

技术领域

本实用新型属于微藻培养装置技术领域，具体涉及一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统。

背景技术

微藻是一类光合自养微生物，能够利用太阳能固定二氧化碳合成一系列的有机化合物，是食品、化工、医药等领域的重要原材料。微藻生物固碳产业的发展不仅能够产生大量的可再生资源，而且有助于碳减排。当前，各行各业都面临着低碳、减排的艰巨转型任务，通过微藻培养实现高效率的固碳得到了广泛的关注。

目前，常用的微藻培养方法有两种，一种是封闭式培养方法，代表的类型主要是水平管道式光生物反应器，由玻璃管组成的光照单元、气液交换单元和驱动泵组成，操作原理是，水泵驱动微藻培养液在水平管道和储液桶之间循环，微藻细胞在光照单元接受光照进行光合作用，积累氧气，在气液交换单元通过曝气的方法脱除氧气同时补充生长所需的二氧化碳。封闭式培养方法的微藻产率高、污染少，但是单位能耗高，设备的一次性投资大，因此在大规模培养微藻时，少有使用。

第二类常见的微藻生产系统是开放式或者半开放式的跑道池。由中间挡板隔开的狭长水池，两端为半圆或弧形结构，中间隔断将水池分割为两个流道，搅拌桨按照在其中一个流道上，由电机提供的搅拌动能驱动液体循环，在搅拌桨临近的上游或者下游设置一个补碳位点，培养液流经补碳位点时大量吸收二氧化碳，流出补碳位点后接受自然光照进行光合作用。所谓半开放式的跑道池即是采用透明塑料薄膜形成拱棚，将跑道池覆盖，起到防风、避雨、防沙的作用。跑道池因为设备投入少、运行费用低等优势成为目前微藻培养的主流设施。在北方多风及南方多雨的地区，也常用拱棚膜覆盖，形成半开式的跑道池。

然而，对于通过微藻固碳实现碳减排来讲，当前的微藻培养设施还存在诸多问题。首先，尽管跑道池的运行能耗比管道反应器低，但是现阶段采取的全时段无差异搅拌依然消耗大量电力，例如多数微藻培养池采用白天全时段搅拌，且搅拌速率恒定，太阳光较弱的早上和傍晚以及阴天的搅拌速率与太阳光较强的时刻没有差异，既不能匹配微藻的生长规律，还消耗了大量电力。最终，导致微藻培养消耗的能源折算为二氧化碳排放量要大于微藻生长过程中通过光合作用固定的二氧化碳量，微藻培养成为了碳排放过程，失去了固碳减排的功能。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统，以解决上述背景技术中提到的问题。

本实用新型采用以下技术方案：本实用新型的一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统，包括跑道池本体，以及设置跑道池本体内的隔离墙；所述隔离墙将跑道池本体隔离为环形流道；所述跑道池本体外罩设有透明塑料薄膜制作的拱棚；所述跑道池本体内设置有搅拌装置；所述拱棚的一侧设置有出入口，所述出入口处设置有用于封闭或打开出入口的卷帘装置；所述拱棚内设置有太阳能供电组件；所述太阳能供电组件用于为卷帘装置和搅拌装置供电。

进一步地，所述太阳能供电组件包括设置在拱棚的北侧的太阳能电池板组件，以及逆变器和蓄电池组；所述太阳能电池板组件的输出端与蓄电池组之间电连接，所述蓄电池组与逆变器之间电连接；所述卷帘装置和所述搅拌装置均与所述逆变器的输出端连接。

进一步地，所述拱棚内设置有用于监测拱棚内温度的温度传感器；所述温度传感器的输出端与设置在拱棚内的控制器之间电连接，所述控制器的输出端与所述卷帘装置的驱动端之间电连接。

进一步地，所述搅拌装置包括位于所述跑道池本体内的搅拌桨，以及用于驱动搅拌桨的变频电机；所述变频电机与所述逆变器之间连接。

进一步地，所述跑道池内设置与有用于调节藻液pH值的补碳装置。

进一步地，所述补碳装置为阱式补碳装置或者水平浸没式补碳装置。

本实用新型的有益效果：1、本实用新型在半封闭的跑道池内设置太阳能电池板组件，通过空间综合利用，将太阳能转化为电能，电能提供跑道池的搅拌装置、卷帘装置的驱动电机所需要的电力等。2、由于微藻的光合作用效率和光照密切相关，在光照较强的中午，微藻光合效率高，需要较快的搅拌速率以实现藻细胞在光照液面快速的光暗转化、同时快速脱除积累的溶氧；在光照较弱的时候，微藻光合作用所需要的能量少，此时可以减缓搅拌速率从而降低能耗。因为太阳能发电效率和微藻光合速率与太阳光强弱的关系一致。因此，改进后的培养系统可以通过发电量的多少，自主调整跑道池的搅拌功率，进而与微藻的光合效率匹配。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的A-A向结构示意图；

附图标记：1、拱棚；2、跑道池本体；3、搅拌桨；4、拱棚支撑结构；5、太阳能电池板组件；6、蓄电池组；7、逆变器；8、补碳装置；9、温度传感器；10、出入口；11、卷帘装置；12、隔离墙。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行进一步地说明，以期本领域技术人员能够更清楚地理解该技术方案的内容。

实施例：

如附图1-2所示，本实施例中的半封闭跑道池，跑道池池高40cm，水深20-35cm；跑道池长度100米，宽度6米，其内设置有隔离墙，将跑道池分隔为环形流道，其中单个流道的宽度是3米，覆盖的大棚为透明塑料薄膜制作的拱形棚，其内设置有拱棚支撑结构，该拱形棚长度宽度都略大于跑道池。拱形棚长度105米，宽度7.5米，垂直地面最高处为1.5米。一般情况下，跑道池按照东西纵向分布，在北向侧面布置太阳能板。按照本实施例中的方案，可布置的太阳能板总面积为100平方米。

所述跑道池本体2内设置有搅拌装置；所述拱棚1的一侧设置有出入口10，所述出入口10处设置有用于封闭或打开出入口10的卷帘装置11。本实施例中的卷帘装置，可以采用现有技术中的任意一种出入口处设置的卷帘装置，即电机带动卷轴转动，从而使得遮挡帘卷起或放下的结构即可。此处对此不做出改进，进行不详细描述其结构。

所述拱棚1内设置有太阳能供电组件；所述太阳能供电组件用于为卷帘装置11和搅拌装置供电。所述太阳能供电组件包括设置在拱棚1的北侧的太阳能电池板组件5，以及逆变器7和蓄电池组6；所述太阳能电池板组件5的输出端与蓄电池组6之间电连接，所述蓄电池组6与逆变器7之间电连接。所述卷帘装置11和所述搅拌装置均与所述逆变器7的输出端连接。

所述拱棚1内设置有用于监测拱棚1内温度的温度传感器9；所述温度传感器9的输出端与设置在拱棚1内的控制器之间电连接，所述控制器的输出端与所述卷帘装置11的驱动端之间电连接。

所述搅拌装置包括位于所述跑道池本体2内的搅拌桨3，以及用于驱动搅拌桨3的变频电机；所述变频电机与所述逆变器7之间连接。

所述跑道池内设置与有用于调节藻液pH值的补碳装置8。所述补碳装置8为阱式补碳装置8或者水平浸没式补碳装置8。

太阳能电池板组件输出的是直流电压。在太阳光强烈的时候发电效率高，弱光时发电效率低。太阳能输出的直流电通过逆变器变成交流电，可以用于现有的大部分电机设备。本实施例中的搅拌装置的驱动结构为变频电机，带动搅拌桨驱动液体在跑道池内循环。

此外，本实施例中的半封闭微藻培养系统中还设置有温度传感器用于检测拱棚内的温度，可以根据环境温度的变化，反馈开启卷帘装置的驱动电机，打开覆盖在跑道池上面的塑料膜，以增加通风，降低培养液温度。

本实施例中太阳能板的布置面积为100平方米，在8月中旬的鄂尔多斯试验时，发电效率为0.7度/平方米/d；发电全部用于培养液的机械搅拌，在此过程中没有其他电力输入。采用改进的系统培养螺旋藻，在8月中旬的鄂尔多斯，其面积产率可达到12g/平方米/d，固碳量约为14.4公斤/d，在此过程中因为没有任何其他形式的能源输入，所以，该反应系统为负碳运行。

对比例：

本对比例中，跑道池池高为40cm，水深20-35cm；跑道池长度100米，宽度6米，单个流道的宽度是3米，覆盖的大棚为塑料拱形棚，垂直地面的最高度为1.0米左右，拱形棚长度宽度都略大于跑道池。该系统中配置搅拌装置的驱动电机功率为1.2kW的电机，每天搅拌时长为14小时，总耗电量为16.8度，培养螺旋藻的面积产率约为10g/平方米/d；假设输入的电力来源于燃煤发电，那么消耗的16.8度电折算为二氧化碳排放量为16.7公斤；在培养过程中微藻固定的二氧化碳为12公斤/d,那么在此培养微藻的过程中，合计排放二氧化碳约4.7公斤。该微藻培养过程实际上未达到净固碳的效果。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其做出种种变化。

Claims (6)

1.一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统，包括跑道池本体（2），以及设置跑道池本体内的隔离墙（12）；所述隔离墙（12）将跑道池本体（2）隔离为环形流道，其特征在于：所述跑道池本体（2）外罩设有透明塑料薄膜制作的拱棚（1）；所述跑道池本体（2）内设置有搅拌装置；所述拱棚（1）的一侧设置有出入口（10），所述出入口（10）处设置有用于封闭或打开出入口（10）的卷帘装置（11）；所述拱棚（1）内设置有太阳能供电组件；所述太阳能供电组件用于为卷帘装置（11）和搅拌装置供电。

2.如权利要求1所述的一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统，其特征在于：所述太阳能供电组件包括设置在拱棚（1）的北侧的太阳能电池板组件（5），以及逆变器（7）和蓄电池组（6）；所述太阳能电池板组件（5）的输出端与蓄电池组（6）之间电连接，所述蓄电池组（6）与逆变器（7）之间电连接；所述卷帘装置（11）和所述搅拌装置均与所述逆变器（7）的输出端连接。

3.如权利要求2所述的一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统，其特征在于：所述拱棚（1）内设置有用于监测拱棚（1）内温度的温度传感器（9）；所述温度传感器（9）的输出端与设置在拱棚（1）内的控制器之间连接，所述控制器的输出端与所述卷帘装置（11）的驱动端之间连接。

4.如权利要求2所述的一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统，其特征在于：所述搅拌装置包括位于所述跑道池本体（2）内的搅拌桨（3），以及用于驱动搅拌桨（3）的变频电机；所述变频电机与所述逆变器（7）之间连接。

5.如权利要求1所述的一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统，其特征在于：所述跑道池内设置与有用于调节藻液pH值的补碳装置（8）。

6.如权利要求5所述的一种依靠太阳能驱动的负碳微藻生产系统，其特征在于：所述补碳装置（8）为阱式补碳装置（8）或者水平浸没式补碳装置（8）。