ES2908174T3 - Aparato y método para producir electricidad y agua tratada - Google Patents

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Abstract

Un sistema para producir electricidad y agua tratada que comprende: a. medios para la generación solar de electricidad (2, 3); b. medios para la generación de electricidad a partir de biocombustible (5); c. medios para tratar agua (7); d. medios para regar y hacer crecer cultivos; e. medios para generar biocombustible; en el que al menos una salida desde los medios para la generación de electricidad se configura para potenciar los medios para tratar agua; los medios para regar y hacer crecer los cultivos utilizan agua puesta a disposición por los medios para tratar agua; los medios para generar biocombustibles utilizan al menos algunos de los cultivos y/o sus residuos cultivados utilizando agua purificada de los medios para regar y hacer crecer cultivos; el biocombustible puesto a disposición por los medios para generar biocombustibles se utiliza como fuente de combustible en los medios para generar electricidad a partir de biocombustibles.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método para producir electricidad y agua tratada
La presente invención se refiere a un sistema de producción de electricidad y agua tratada.
La naturaleza de la generación de energía a partir de fuentes renovables es problemática porque el suministro transitorio suele ser asíncrono con la demanda. Esto es particularmente grave en la producción de potencia, ya que generalmente no es factible almacenar energía eléctrica o, la demanda altamente variable debe satisfacerse con cambios casi instantáneos en la generación. A diferencia de las tecnologías de combustibles fósiles (normalmente gas) que se pueden poner en línea rápidamente, la producción nuclear y renovable es relativamente estable y, por lo tanto, no puede completar el mercado en las horas pico a menos que la capacidad se sobrecargue en otros momentos. Por esta razón, la cogeneración de agua dulce a partir de la desalinización de agua de mar se emplea ampliamente en la industria nuclear para garantizar que se utilice la producción de carga base. Las fuentes de energía de respaldo generalmente se instalan en sistemas solares y, a menudo, son potenciados con energía fósil o utilizan tecnologías costosas de sal de nitrato fundido para almacenar energía para uso durante la noche/carga máxima.
Los documentos 2011/023485 A1, CN201786587 y EP1295852A1 cada uno describe sistemas de energía solar que utilizan biomasa como fuente de potencia durante la noche y durante períodos de baja radiación. El documento JP2006341165 enseña un sistema que comprende energía solar, purificación de agua y un generador de potencia de biomasa.
La variación geográfica de los recursos naturales también limita el potencial de las energías renovables para competir con los fósiles: la energía solar por sí sola es un vasto recurso con niveles de irradiación global a nivel del suelo que suman alrededor de 89 peta (1015) vatios que es suficiente para satisfacer las necesidades de electricidad del mundo 20.000 veces mási. Las regiones ecuatoriales con climas secos proporcionan las mejores ubicaciones para la energía solar que tienen atenuación mínima y poca o ninguna dispersión de la luz de la humedad atmosférica.
Desafortunadamente, estas áreas también tienden a ser desérticas, áridas o semiáridas con bajas densidades de población y baja demanda. Por lo tanto, el suministro es alto donde la demanda es baja.
La ausencia de infraestructuras de transmisión extensivas intensivas en capital que conecten regiones inhóspitas con áreas de alta demanda es una barrera importante para aprovechar el potencial de la energía solar. Aunque existe cierta discusión sobre los sistemas a gran escala en los desiertos del Sahara y Thar, es probable que tales costes excluyan las instalaciones a menor escala en las mejores ubicaciones.
Adicionalmente, en muchas regiones áridas y semiáridas del mundo, los niveles de precipitación son insuficientes para satisfacer las necesidades de la producción agrícola. En dichas regiones, los agricultores deben depender de fuentes secundarias de agua dulce. El uso generalizado e intensivo de aguas subterráneas para el consumo humano y la agricultura en muchos estados de la India ha llevado a una rápida reducción de los niveles freáticos. En los estados del norte, como Gujarat, se cree que los niveles de agua se han reducido en un 26% en los últimos 15 años, y en algunas áreas, tales como Mehsana, están disminuyendo a tasas que varían desde 0.91 m a 6.02 m por año.
A medida que los niveles del agua descienden, la calidad también se deteriora, y se estima que el 27% de las aldeas de Gujarat tienen problemas asociados con niveles excesivos de fluoruro y nitrato en el agua subterránea, que es la principal fuente de agua potable de la región. Además de las consecuencias para la salud humana, los altos niveles de salinidad en el agua de riego estresan los sistemas de las plantas, lo que afecta el rendimiento de los cultivos y la permeabilidad del suelo.
La desalinización de agua de mar se ve cada vez más como una solución factible a los problemas de recursos hídricos globales y la capacidad mundial se ha más que duplicado de 12.3 a 35.6 millones de metros cúbicos por día entre 1994 y 2004 para satisfacer esta demanda. Estas plantas a menudo se potencian con combustibles fósiles y, a menos que se encuentren alternativas, tendrá un impacto cada vez mayor en las emisiones de gases de efecto invernadero. La ósmosis inversa (RO) se considera una tecnología competitiva debido a las altas tasas de producción, pero requiere cantidades relativamente grandes de electricidad para bombear agua contaminada a través de una membrana semipermeable. En contraste, la desalinización por Destilación de Múltiples Etapas (MSF) y Multiefecto (MED) se pueden configurar en plantas de cogeneración para hacer uso del calor residual de los sistemas de potencia; por lo tanto, parece probable que la huella de carbono de RO no se compare favorablemente.
Adicionalmente, la ósmosis inversa de agua de mar puede tener un uso limitado en la agricultura, ya que el producto contiene niveles relativamente altos de boro. Los ensayos con agua de riego de la planta de ósmosis inversa más grande del mundo en Ashkelon, Israel, han indicado que los niveles de 2 mg/litro típicos de las unidades de ósmosis inversa son tóxicos para todos los cultivos excepto para los más tolerantes. Se puede emplear la tecnología de eliminación de boro, pero se puede agregar sustancialmente el coste de producción.
La presente invención busca abordar estos problemas.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema y método para producir electricidad y agua tratada como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Ahora se describirá una realización específica con referencia a los dibujos acompañantes, que ejemplifican la presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar e ilustrar los principios de la invención. Los ejemplos dados pretenden ser ilustrativos y no están inherentemente restringidos a un aparato en particular. Los dibujos no pretenden representar todos los aspectos de las realizaciones reales ni las dimensiones relativas de los elementos representados y no están dibujados a escala:
La Figura 1 es un diagrama de sistema simplificado que ilustra el circuito de energía esencial de la presente invención;
La Figura 2 muestra un diagrama de sistema que ilustra el circuito de energía que se puede derivar mediante el uso de la presente invención;
La Figura 3 muestra un aparato de ejemplo elaborado de acuerdo con la presente invención que comprende un sistema de recolección de matriz de helióstatos y de torre solar, una caldera no encendida, una caldera de gas secundaria, una turbina de vapor y una planta de desalinización por destilación de múltiples etapas (MSF);
La Figura 4 muestra un ejemplo de tasa de desalinización en función de la hora del día y del año;
La Figura 5 muestra un ejemplo de la tasa de consumo de biocombustible (biogás) en función de la hora del día y del año;
La Figura 6 muestra un ejemplo del consumo anual de biocombustible (biogás) (línea punteada) y la producción (línea discontinua) frente al riego (mm/ha) dada una superficie total de 1239 ha. 90% de agua desalinizada utilizada para riego. El 60% del agua de riego total proviene de fuentes de agua subterránea.
Haciendo referencia a las Figuras 1 y 2, se puede ver que el agua de riego y el biocombustible apoyados actúan como almacenamiento de energía en el que la radiación solar se traduce en agua tratada, en biocombustible y de vuelta en energía calorífica cuando se requiere. La presente invención no utiliza costosos mecanismos de almacenamiento de energía empleados a menudo en el funcionamiento nocturno de una planta, ni depende de sistemas de respaldo de combustibles fósiles o de la infraestructura requerida para suministrarlos.
La electricidad producida por energía solar o biocombustible, y preferiblemente por ambos, se utiliza para potenciar un sistema de desalinización. En la presente realización, la electricidad derivada de la energía solar y el biocombustible acciona una bomba para potenciar el agua de mar hacia la unidad de desalinización. El exceso de electricidad se puede distribuir a las comunidades locales.
Una turbina se potencia con el vapor producido en las calderas encendidas y no encendidas a partir de energía térmica procedente de biocombustibles y energía solar, respectivamente. El vapor de salida de la turbina se utiliza para efectuar la desalinización del agua salina bombeada a la unidad de desalinización.
En el proceso de desalinización, la salida de vapor de la turbina se condensa en un condensador con un posible efecto de enfriamiento adicional. Esta salida condensada del condensador en la unidad de desalinización se devuelve luego para ser calentada en las calderas encendidas y/o no encendidas.
El agua producida por la desalinización se puede utilizar para irrigar cultivos y como agua potable.
Los residuos de desechos de cultivos cultivados utilizando el agua desalinizada se pueden utilizar para producir biocombustible para utilizar en la caldera encendida.
Al utilizar las de salidas del sistema como entradas del sistema, la presente invención crea un circuito de energía de ciclo cerrado, configurando un mecanismo de retroalimentación positiva en el que las salidas de la planta aumentan año tras año. Esto es posible ya que cada unidad de agua de salida utilizada para riego aumenta el apoyo de biocombustibles que recibe la planta, lo que a su vez aumenta la cantidad de agua disponible para riego.
Se podría especular que las ineficiencias en la conversión y el almacenamiento pueden dar lugar a rendimientos rápidamente decrecientes en cada iteración de este proceso de retroalimentación. Si bien esto es cierto en última instancia, el uso de agua en la producción de cultivos aumenta el rendimiento (al reducir el estrés hídrico y mejorar la eficiencia fotosintética de las plantas), poniendo de esta manera a disposición una fuente de energía solar adicional a la planta termosolar. En dichos casos, las tasas de afluencia de energía pueden aumentar realmente en cada iteración posterior, de modo que en alguna región operativa se puede reforzar el mecanismo de retroalimentación positiva.
La presente solicitud esboza un ejemplo en el que la planta termosolar se apoya en el riego que le permite operar día y noche durante todo el año. Esto se logra asumiendo que solo el 60% del riego proviene de fuentes de lluvia/agua subterránea; por lo tanto, se ingresa al suelo casi el doble de agua de la que se extrae del suelo, lo que podría recargar este recurso cada vez más escaso.
La potencia a partir de la energía solar tiene claros beneficios para el medio ambiente y se manifiesta en el presente documento en varios niveles: es una práctica común en China, India y otras regiones agrícolas del mundo quemar residuos de cultivos, liberando grandes cantidades de CO2 en la atmósfera. En contraste, la combustión de biocombustibles es la única fuente de CO2 en la configuración de la presente invención, si algo o todo el biocombustible se generara mediante digestión/fermentación, una proporción significativa de carbono residual se retendría en el 'subproducto' de la fermentación, lo que produce abono de calidad.
El compostaje aumenta los niveles de nutrientes del suelo y el contenido húmico, secuestrando de esta manera el carbono y mejorando la resistencia del suelo al anegamiento y la sequía. Una disponibilidad abundante de abono rico en nutrientes y agua de riego con bajos niveles de contaminantes puede regenerar activamente suelos empobrecidos en regiones semiáridas y podría poner en producción tierras en desuso de baja calidad.
La regeneración de tierras, recarga de aguas subterráneas, producción de alimentos, agua potable y potencia: en la presente invención, todos estos beneficios se adquieren utilizando fuentes renovables, sin recurrir a insumos extraños (combustibles fósiles o de otro tipo) y el suministro asociado y el riesgo de precio en el mismo. Las eficiencias logradas son consecuencia de mecanismos de retroalimentación positiva entre los componentes, cada componente se establece por derecho propio, por lo que presenta riesgos tecnológicos y operativos limitados.
Como se demuestra en el presente documento, hay características exclusivas de la configuración de la presente invención que no existen cuando se consideran de forma aislada. Estas son:
1. Producción autónoma cerrada - las salidas de un subsistema son entradas para otro, no se requiere entrada de energía fósil extraña.
2. Retroalimentación positiva - al completar un “circuito de energía” de ciclo cerrado, aumentamos notablemente la eficiencia general del sistema, aumentando de esta manera la salida.
3. Una cobertura natural contra la variación de la incidencia solar: los niveles bajos de incidencia solar se correlacionan negativamente con la precipitación. De lo contrario, la producción solar y las tasas de desalinización reducidas se ven apoyadas por un mayor rendimiento de los cultivos y, por lo tanto, una mayor disponibilidad de biocombustibles como resultado del aumento de los niveles de precipitación. Lo contrario también es válido en que la incidencia solar elevada se asocia con las temperaturas atmosféricas localmente elevadas, mayor evapotranspiración de los cultivos (requerimiento de agua) y niveles reducidos de precipitación: estrés hídrico y, por lo tanto, reducción del rendimiento asociado con una menor disponibilidad de agua natural y el aumento concomitante de los requerimientos de agua de los cultivos en momentos de alta incidencia solar solar se mitiga mediante el riego mejorado a través de una mayor producción solar/desalinización.
La Figura 3 muestra una representación de un aparato 1 de de cogeneración de electricidad y agua desalinizada autocontenido para uso de acuerdo con la presente invención. El sistema comprende un sistema de recolección de 2 matriz de heliostatos y 3 de torre solar, una caldera 4 no encendida, una caldera 5 secundaria de gas, una turbina 6 de vapor y una planta 7 de desalinización por destilación de múltiples etapas que también sirve como unidad condensadora para la operación de la turbina. 6.
La caldera 5 de gas se potencia con biogás generado a través de la biofermentación de residuos de la producción de cultivos de trigo con el apoyo del agua de riego procedente de la planta de desalinización. En esta configuración, el flujo de energía solar entrante se refleja mediante un conjunto de espejos 8 de placa plana sobre un tambor 9 receptor situado en la parte superior de una torre 10 alrededor del cual se distribuyen los espejos 8.
El tambor 9 contiene en su interior un fluido de transferencia de calor, que se calienta por la luz que incide sobre el tambor. Este fluido se bombea a un intercambiador de calor en la caldera 4 no encendida. Un fluido de flujo de alimentación secundario que alimenta la turbina pasa a través de la caldera y el calor se transfiere desde el fluido de transferencia de calor hasta el flujo de alimentación. Si hay suficiente energía disponible, el flujo de alimentación se vaporiza y el vapor resultante se utiliza para potenciar la turbina 6.
A diferencia de las plantas de potencia de combustibles fósiles, la fuente de energía primaria para la energía solar varía según la estación y el día, lo que se traduce en una tasa de flujo de alimentación de vapor variable a la turbina. Como es común en el diseño de plantas de energía, se incluye una caldera 5 de gas secundaria, que en la presente invención se utiliza para apoyar el flujo de alimentación desde la caldera 4 no encendida para garantizar que la entrada de flujo de alimentación a la turbina 6 esté por encima de un mínimo.
El divisor 11 asegura que el flujo correcto del desde el condensador 12 alimente la caldera no encendida y el resto se envíe a la caldera 5 secundaria. La salida fluye desde la caldera 4 no encendida y la caldera 5 encendida y se combina en el mezclador 13, que alimenta la turbina 6.
El flujo de salida desde la turbina 6 es normalmente vapor húmedo a temperatura y presión reducidas. Antes de que el flujo de salida se pueda recalentar por las calderas 4, 5, primero se debe condensar y recircular por una bomba. El condensador 12 forma parte de la planta 7 de desalinización por destilación de múltiples etapas, de modo que sirve para condensar y enfriar el flujo de alimentación según sea necesario, así como para proporcionar una fuente de calor para la desalinización que, de otro modo, no se utilizaría en aplicaciones de plantas de potencia tradicionales.
La aplicación de la cogeneración con fines de desalinización proporciona una buena opción, ya que las regiones más adecuadas para la generación de energía termosolar también tienden a sufrir escasez de agua. La energía obtenida a partir del calor de vaporización y cualquier enfriamiento adicional del flujo de alimentación se transfiere a través de un intercambiador de calor al flujo de salmuera de la entrada de destilación de múltiples etapas que luego pasa a las cámaras 14 de destilación. La presión en cada cámara se reduce sucesivamente para garantizar que la temperatura de la salmuera calentada que ingresa a la cámara esté por encima de su punto de ebullición, lo que hace que la salmuera se 'destile' (se evapore).
A medida que la salmuera se destila, pierde energía, lo que requiere una caída de presión en la siguiente etapa para que continúe el proceso de destilación. El vapor producido se condensa en un haz de tubos situado en la parte superior de cada cámara a través del cual fluye la salmuera fría, de esta manera precalentándola para que se recupere la energía utilizada para vaporizar la salmuera. Recuperar el calor latente de la salmuera de destilación conduce a requisitos de energía muy reducidos y tasas de producción más altas que simplemente hervir la salmuera.
Ejemplo
Se ha realizado un extenso modelado matemático para demostrar la eficacia de la presente invención.
En un ejemplo modelado para la irradiación solar anual, se utilizaron los valores de incidencia solar de seguimiento dual de haz directo en un sitio en Ahmedabad, Gujarat (latitud 23.07, longitud 72.63 y altitud 55 m) como se indica en la Tabla 1 de Purohit (2010).
Para generar los niveles de irradiación para una hora del día y año determinados, se escaló la incidencia solar anual para tener en cuenta la atenuación atmosférica y la estacionalidad climática.
El modelado realizado es demasiado extenso para discutirlo en detalle en la presente solicitud. Sin embargo, los resultados del modelado se muestran en las Figuras 4 a 6 y en la Tabla 1.
La Figura 4 muestra la tasa de desalinización en función de la hora del día y del año.
La Figura 5 muestra la tasa de consumo de gas en función de la hora del día y del año.
La Figura 6 muestra el consumo anual de gas (línea punteada) y la producción (línea discontinua) frente al riego (mm/ha) dada una superficie total de 1239 ha. 90% de agua desalinizada utilizada para riego. El 60% del agua de riego total proviene de fuentes de agua subterránea.
La Tabla 1 representa ejemplos de salidas del sistema sin apoyo de biocombustibles en el primer año y la progresión de las salidas a medida que el sistema alcanza el equilibrio. La salida total de desalinización en el presente documento es de aproximadamente 1.8 millones de metros cúbicos de agua, de los cuales suponemos que el 90% se utiliza para riego, lo que comprende el 40% del total.
Lo que no es evidente a partir de estos valores es que el agua desalinizada se utiliza en el primer año y, por lo tanto, el rendimiento que vemos en el primer año es el rendimiento mejorado. Si esta agua no hubiera estado disponible, nuestro nivel de riego sería de 156 mm/ha, lo que daría una producción de grano y abono de 5.1382 x 106 kg y 6.2891 x 106 kg respectivamente.
Por lo tanto, utilizado como valor de referencia, vemos un aumento del 40-1% en la producción de grano y biogás debido al riego adicional solo en el primer año.
En el año dos, el uso del gas producido en el año uno da lugar a un aumento del 25.9% en la producción de agua con la planta en operación el 98% del año.
Dado que el área regada está subdimensionada con respecto a la producción de agua, la respuesta a esta agua adicional se amortigua con un aumento del 5.6%.
La producción de gas también aumenta en la misma cantidad, por lo que a partir del segundo año el sistema está prácticamente en equilibrio con la planta en operación durante todo el año.
Junto con las ganancias del ciclo de retroalimentación, un sistema de acuerdo con la presente invención es capaz de alcanzar altas tasas de desalinización y niveles de riego en un área muy grande de tierra.
Tabla 1: Consumo de Gas (GC), Producción de Gas (GP), Riego (I), Agua Potable (DW), Grano (G), Abono (C), Electricidad (e), % de tiempo de operación Top.
Figure imgf000006_0001
Cabe señalar que cuando esta solicitud discute sobre biocombustibles, este término pretende abarcar cualquier materia orgánica derivada de un cultivo que se pueda utilizar como combustible, ya sea biomasa no tratada o biocombustibles específicos, tales como etanol o metano derivado de dicha biomasa.
También cabe señalar que cuando la solicitud discute sobre un medio para tratar agua, lo más común es que sea un medio para purificar el agua. La purificación en el contexto de esta solicitud puede entenderse como al menos el acto de hacer útil una fuente de agua para el propósito de los medios para regar y hacer crecer cultivos. Preferiblemente, la purificación puede entenderse como el acto de convertir una fuente de agua en apta para el consumo humano, es decir, agua potable. Los medios para purificar agua pueden ser específicamente un medio para desalinizar agua.
Son posibles muchas variaciones sin apartarse del alcance de la presente invención como se establece en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema para producir electricidad y agua tratada que comprende:
a. medios para la generación solar de electricidad (2, 3);
b. medios para la generación de electricidad a partir de biocombustible (5);
c. medios para tratar agua (7);
d. medios para regar y hacer crecer cultivos;
e. medios para generar biocombustible;
en el que al menos una salida desde los medios para la generación de electricidad se configura para potenciar los medios para tratar agua;
los medios para regar y hacer crecer los cultivos utilizan agua puesta a disposición por los medios para tratar agua; los medios para generar biocombustibles utilizan al menos algunos de los cultivos y/o sus residuos cultivados utilizando agua purificada de los medios para regar y hacer crecer cultivos;
el biocombustible puesto a disposición por los medios para generar biocombustibles se utiliza como fuente de combustible en los medios para generar electricidad a partir de biocombustibles.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que una salida desde los medios para la generación de electricidad utilizada para potenciar los medios para tratar agua comprende una fuente de energía térmica y/o electricidad.
3. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que los medios para generar electricidad a partir de biocombustible comprenden una caldera (5) encendida y una turbina (6), y/o comprenden una celda de combustible.
4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que los medios para tratar agua comprenden una planta (7) de desalinización por destilación de múltiples etapas.
5. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que los medios para tratar agua comprenden un sistema de tratamiento de aguas residuales termófilo.
6. El sistema de cualquier reivindicación precedente en el que los medios para tratar agua incluyen una planta de ósmosis inversa potenciada al menos en parte por la salida de electricidad por los medios para generar electricidad.
7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que los medios para tratar agua comprenden un intercambiador de calor que sirve como conducto de energía desde los medios para generar electricidad hasta los medios para tratar agua.
8. El sistema de la reivindicación 8, en el que una fuente de energía térmica desde los medios para generar electricidad es vapor y el intercambiador de calor sirve como unidad de condensación para la salida de una turbina.
9. El sistema de la reivindicación 9, en el que el flujo de salida desde la unidad de condensación se puede alimentar selectivamente ya sea tanto a una caldera (4) no encendida como encendida.
10. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que los medios para generación de electricidad solar comprenden un sistema de recolección térmica solar y una caldera no encendida.
11. El sistema de la reivindicación 10, en el que el sistema de recolección térmica solar comprende un sistema de recolección de matriz (2) de helióstatos y de torre (3) solar.
12. El sistema de cualquier reivindicación precedente en el que el abono para hacer crecer los cultivos se deriva de un subproducto de la generación de biocombustible.
13. Un método para producir electricidad y agua tratada que comprende la etapa de proporcionar el sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016001369A1 (en) 2014-07-04 2016-01-07 Aalborg Csp A/S System of a desalination plant driven by a solar power plant
CN107370229A (zh) * 2017-08-18 2017-11-21 北京博大水务有限公司 光伏电与市电供电的双膜法再生水处理系统及供电方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1072752A (en) * 1977-12-22 1980-03-04 Derrick A. Smith Solar power generator and water purifier
SU964376A1 (ru) * 1980-07-11 1982-10-07 Научно-Производственное Объединение "Солнце" Ан Туркмссср Комбинированна солнечна энергетическа и водоопреснительна установка
US5645693A (en) * 1991-06-28 1997-07-08 Goede; Gabor Plant for sea water desalinizing using solar energy
RU2028557C1 (ru) * 1992-07-21 1995-02-09 Моксяков Александр Иванович Энергетический модуль
US6709198B2 (en) * 2000-02-14 2004-03-23 International Water & Energy Savers, Ltd. Irrigation system and method
EP1295852A1 (de) * 2001-09-25 2003-03-26 Johannes Markopulos Anlage zur Entsalzung oder Reinigung von Rohwasser mittels Destillation
US7331178B2 (en) * 2003-01-21 2008-02-19 Los Angeles Advisory Services Inc Hybrid generation with alternative fuel sources
JP2005214139A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Xenesys Inc 太陽熱発電及び淡水化システム
JP4370284B2 (ja) * 2005-06-08 2009-11-25 三菱重工業株式会社 太陽熱およびバイオマス利用淡水化装置、及び、太陽熱およびバイオマス利用淡水化装置を用いた緑化方法
US7893346B2 (en) * 2006-09-28 2011-02-22 Jack Nachamkin Integrated voltaic energy system
AU2007307388B2 (en) * 2006-10-09 2013-01-10 Ian Moncrieff Integrated utility system
US7790033B1 (en) * 2007-06-27 2010-09-07 Debusk Thomas A Surface water treatment using flocculation and associated methods
DE102008002812A1 (de) * 2008-03-26 2009-10-01 Bilfinger Berger Umwelttechnik Gmbh Verfahren zum Aufbereiten von in Haushalten anfallendem häuslichen Abwasser
CN102056847B (zh) * 2008-04-15 2013-06-05 联合太阳能科技有限公司 水回收系统和方法
US8776522B2 (en) * 2008-04-15 2014-07-15 Morningside Venture Investments Limited Water reclamation system and method
CN101353621A (zh) * 2008-09-17 2009-01-28 北京博奇电力科技有限公司 能源资源综合利用系统
US9231267B2 (en) * 2009-02-17 2016-01-05 Mcalister Technologies, Llc Systems and methods for sustainable economic development through integrated full spectrum production of renewable energy
JP2010232531A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 太陽光発電装置
US8246787B2 (en) * 2009-09-03 2012-08-21 Pratt & Whitney Rockedyne, Inc. Solar desalinization plant
CN201786587U (zh) * 2010-09-29 2011-04-06 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统
CN201908793U (zh) * 2010-12-23 2011-07-27 河北新能电力集团有限公司 与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置
US8742623B1 (en) * 2013-09-16 2014-06-03 Google Inc. Device with dual power sources

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CA2861530A1 (en) 2013-05-02
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IL232188A0 (en) 2014-06-30

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