TWM480597U - 複合式再生能源供應系統 - Google Patents

Description

複合式再生能源供應系統

本創作涉及一種綠色電力技術領域，特別是一種結合氣態生質能發電裝置、風能發電裝置、太陽能發電裝置、以及微水力發電裝置的複合式再生能源供應系統，而所述氣態生質能發電裝置具有不需市用電力即可自行運作的特徵。

氣態生質能源泛指氫氣與甲烷，在傳統廢水厭氧處理程序中以甲烷為主，由於廢水中複雜的有機物須被其他細菌轉化為低級脂肪酸(如乙酸、丙酸及丁酸)後，甲烷菌才能轉化成甲烷，但其效率不高。近年使用兩相式醱酵程序逐漸受到重視，其原理將水解、酸化與甲烷化之三段，分為水解酸化相與甲烷相，前端細菌快速增長，將廢水中有機物快速分解並產生氫氣，後端甲烷則可快速利用前端分解之低級脂肪酸而使反應速率提昇。

在一個能源缺乏且工業發達的國家本就存有待處理之大量有機廢水的問題，因此利用產氫微生物(厭氧生物)與甲烷菌分解大量的有機廢水，不僅可處理長期存在之有機廢水問題，且產生氣態生質能源，實為一值得開發之技術。

一般廢水處理設施的電力來源以市電為主，現階段許多再生 能源已商品化如太陽能、風能與水力能，如能將所有再生能源整合不需靠化石能源所產生的市電即可自行運作。或將，發電所產生的廢熱回收用以維持生質氣體產生裝置(厭氧醱酵反應槽)溫度，而處理廢水所產生的氣態生質能源，經氣態發電裝置產生的電能與其他再生能源所產生的電能由電能控制裝置評估回饋給市電電網供給，就可將傳統有機廢水處理程序昇華至電力供給裝置。

本案解決現有技術課題在於：針對現有廢水處理設施的電力來源以市電為主技術缺點，提供一種可應用於定置型或移動型之實際量產發電操作，將大量有機廢棄物轉化為電能，並可結合太陽能、風能與微水力能等再生能源，提高整體發電效率。此外，本創作之氣態生質能發電裝置，可使用食品廢水、畜牧廢水、農業廢棄物、廚餘等有機質料源產生生質氣體，具有廢棄物回收再利用與產製潔淨能源雙重功效。

本創作要解決上述技術問題及其所採用的技術手段在於提供：一種複合式再生能源供應系統，包含有：至少一種再生能源裝置，用以轉化自然界的能量成為電能；以及一電能控制裝置，其連接所述再生能源裝置與市電電網，用以控制所述再生能源裝置的電能儲存與輸出。

在上述所述的複合式再生能源供應系統中，所述至少一種再生能源裝置為綠色電力，包含有：一氣態生質能源發電裝置、以及至少一種風能發電裝置、太陽能發電裝置或微水力發電裝置。

本創作為了處理廢水及有機廢棄物，所述氣態生質能源發電裝置，至少包含有：一厭氧醱酵反應裝置，其利用有機質料源進行厭氧醱 酵反應產生生質氣體；一氣體純化裝置，用以對所述厭氧醱酵反應產生生質氣體進行分離、純化及收集處理；一氣體發電裝置，用以將氣體純化裝置產生的氣體進行燃燒發電；以及一熱能回收裝置，用以將燃燒發電所生成的廢熱回收到所述生質氣體產生裝置。

本創作為了維持厭氧醱酵反應裝置的工作溫度，所述厭氧醱酵反應裝置，更包含有一太陽能加熱裝置，用以產生熱能提供厭氧醱酵反應。

本創作為了有效處理有機廢水及有機廢棄物，所述厭氧醱酵反應裝置，至少包含有：醣化反應槽，其包含攪拌單元，用以提供混合有機質料源；以及一醱酵反應槽，用以提供厭氧醱酵反應產生質氣體(氫氣或甲烷)與廢液。其中所述醣化反應槽所使用料源為有機質。

本創作為了提供較佳厭氧醱酵反應，所述厭氧醱酵反應裝置，更包含有：一營養鹽反應槽，其包含攪拌單元，用以提供有機質料源營養鹽；以及一混合槽，其包含攪拌單元，用以提供將有機質料源與營養鹽進行混合。

在本創作中，所述的醱酵反應槽為利用厭氧菌進行厭氧醱酵反應產生氫或甲烷，且可為任何習知之醱酵反應槽，例如，但不限於：連續式攪拌反應器(Continous-Stirred Tank Reactor,CSTR)、厭氧序批式反應器(Anaerobic Sequencing Batch Reactor,ASBR)、厭氧折流反應器(Anaerobic Baffled Bioreactor,ABR)、擔體誘發式顆粒污泥床(Carrier-Induced Granular Sludge Bed,CIGSB)、上流式厭氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket,UASB)、膨脹式顆粒污泥床(Expended Granular Sludge Bed,EGSB)、或攪拌式顆粒污泥床(Agitated Granular Sludge Bed,AGSB)。

本創作為了提供較佳糖化反應，上述所述醣化反應槽中的有機質料源為人工基質或有機廢料。所述人工基質包含葡萄糖、木糖、蔗糖、麥芽糖、澱粉或其組合。所述有機廢料為有機廢水及有機廢棄物。所述有機廢棄物包含生活污水處理廠的廢水污泥、醱酵相關產業的廢水污泥、製糖業的廢水污泥、食品工廠的廢水污泥等。

本創作為了提供較佳純化氣體，上述所述的氣體純化裝置，至少包含有：一氣液分離器，用以提供分離生質氣體與廢液；以及一氣體純化與收集處理器，用以提供將所述氣液分離器分離後之氣體做純化與收集處理。

在上述所述之多種再生能源供應系統中，其中所述氣體發電裝置除燃燒發電外，亦可以是燃料電池發電裝置。

10‧‧‧風能發電裝置

20‧‧‧太陽能發電裝置

30‧‧‧微水力發電裝置

40‧‧‧氣態生質能源發電裝置

50‧‧‧電能控制裝置

60‧‧‧市電電網

41‧‧‧厭氧醱酵反應裝置

411‧‧‧醣化反應槽

412‧‧‧攪拌單元

413‧‧‧營養鹽反應槽

414‧‧‧攪拌單元

415‧‧‧混和槽

416‧‧‧攪拌單元

417‧‧‧醱酵反應槽

42‧‧‧氣體純化裝置

421‧‧‧氣液分離器

422‧‧‧氣體純化與收集處理器

43‧‧‧氣體發電裝置

44‧‧‧熱能回收裝置

45‧‧‧太陽能加熱裝置

圖1為本創作複合式再生能源供應系統示意圖。

圖2為本創作厭氧醱酵反應裝置與氣體純化裝置示意圖。

本創作為一種可以應用於定置型或移動型之實際量產發電操作，將大量有機廢棄物轉化為電能，並可結合太陽能、風能與微水力能等綠色電力再生能源的一種複合式再生能源供應系統。所述複合式再生能源供應系統，除了可以做廢棄物回收再利用外，還可提供產製潔淨能源的 功效。

以下以1較佳實施例進一步說明本案創作的內容及其特徵，其中圖1顯示本創作複合式再生能源供應系統示意圖。圖2顯示本創作厭氧醱酵反應裝置與氣體純化裝置示意圖。

圖1中本創作複合式再生能源供應系統，包括有：風能發電裝置10、太陽能發電裝置20、微水力發電裝置30、氣態生質能源發電裝置40、電能控制裝置50及市電電網60。氣態生質能源發電裝置40包括有：厭氧醱酵反應裝置41、氣體純化裝置42、氣體發電裝置43、熱能回收裝置44、及太陽能加熱裝置45。

圖1中顯示，綠色電力包含有：風能發電裝置10、太陽能發電裝置20、微水力發電裝置30及氣態生質能源發電裝置40等再生能源裝置將產生的電能由電能控制裝置50評估回饋給市電電網60。氣態生質能源發電裝置40所需電力則由風能發電裝置10、太陽能發電裝置20、微水力發電裝置30或本身發電提供，可以在不需靠化石能源所產生的市電即可自行運作。氣體發電裝置43燃燒廢熱則藉由熱能回收裝置44回收再提供熱能給厭氧醱酵反應裝置41；厭氧醱酵反應裝置41所需熱能也可以由一太陽能加熱裝置45提供，而可以完全不需使用市電電網60供應電力發熱。

圖2顯示本創作厭氧醱酵反應裝置41，包含有：一設置在醣化反應槽411內部的攪拌單元412、一設置在營養鹽反應槽413內部的攪拌單元414、一設置在混合槽415內部的攪拌單元416、以及一醱酵反應槽417。

圖2中醣化反應槽411與營養鹽反應槽413連通混合槽415可以將有機料源與營養鹽注入混合槽415中攪拌混合，混合槽415連通醱酵反應 槽417，醱酵反應槽417可以利用厭氧醱酵反應產生生質氣體。

圖2中氣體純化裝置42，包含有：一氣液分離器421及一氣體純化與收集處理器422。氣液分離器421可以將厭氧醱酵反應產生生質氣體分離成生質氣體及廢液，廢液可由氣液分離器421排出，生質氣體再由氣體純化與收集處理器422進行純化與收集處理形成氫或甲烷氣體，氣體純化裝置42所形成的氫或甲烷氣體再提供給氣體發電裝置43燃燒發電如圖1所示。另外所述氣體發電裝置43也可以使用氫燃料電池做為燃料電池發電裝置。

圖2中所示醱酵反應槽417主要是利用厭氧菌進行厭氧醱酵反應產生氫或甲烷生質氣體，所述醱酵反應槽417可以為連續式攪拌反應器(Continous-Stirred Tank Reactor,CSTR)、厭氧序批式反應器(Anaerobic Sequencing Batch Reactor,ASBR)、厭氧折流反應器(Anaerobic Baffled Bioreactor,ABR)、擔體誘發式顆粒污泥床(Carrier-Induced Granular Sludge Bed,CIGSB)、上流式厭氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket,UASB)、膨脹式顆粒污泥床(Expended Granular Sludge Bed,EGSB)、或攪拌式顆粒污泥床(Agitated Granular Sludge Bed,AGSB)。

圖2中所述醣化反應槽411中的有機料源為人工基質或有機廢料。所述人工基質為葡萄糖、木糖、蔗糖、麥芽糖、澱粉或其組合。所述有機廢料為有機廢水及有機廢棄物。所述有機廢棄物包含廚餘、生活污水處理廠的廢水污泥、醱酵相關產業的廢水污泥、製糖業的廢水污泥、食品工廠的廢水污泥或其他廢水污泥。

綜上所述，僅為本創作1較佳實施例，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，仍應包含在本創作之專利範圍內。

10‧‧‧風能發電裝置

20‧‧‧太陽能發電裝置

30‧‧‧微水力發電裝置

40‧‧‧氣態生質能源發電裝置

50‧‧‧電能控制裝置

60‧‧‧市電電網

41‧‧‧厭氧醱酵反應裝置

42‧‧‧氣體純化裝置

43‧‧‧氣體發電裝置

44‧‧‧熱能回收裝置

45‧‧‧太陽能加熱裝置

Claims (13)

1. 一種複合式再生能源供應系統，包含有：至少一種再生能源裝置，用以轉化自然界的能量成為電能；以及一電能控制裝置，其連接所述再生能源裝置與市電電網，用以控制所述再生能源裝置的電能儲存與輸出。
2. 如請求項1所述之複合式再生能源供應系統，其中所述至少一種再生能源裝置為綠色電力，包含有：一氣態生質能源發電裝置、以及至少一種風能發電裝置、太陽能發電裝置或微水力發電裝置。
3. 如請求項2所述之複合式再生能源供應系統，其中所述氣態生質能源發電裝置，至少包含有：一厭氧醱酵反應裝置，其利用有機質料源進行厭氧醱酵反應產生生質氣體；一氣體純化裝置，用以對所述厭氧醱酵反應產生生質氣體進行分離、純化及收集處理；一氣體發電裝置，用以將氣體純化裝置產生的氣體進行燃燒發電；以及一熱能回收裝置，用以將燃燒發電所生成的廢熱回收到所述厭氧醱酵反應裝置。
4. 如請求項3所述之複合式再生能源供應系統，其中所述氣態生質能源發電裝置，更包含有一太陽能加熱裝置，用以提供熱能給厭氧醱酵反應裝置。
5. 如請求項3所述之複合式再生能源供應系統，其中所述厭氧醱酵反應裝置，至少包含有：醣化反應槽，其包含攪拌單元，用以提供混合有機質料源；一醱酵反應槽，用以提供厭氧醱酵反應產 生生質氣體與廢液。
6. 如請求項3所述之複合式再生能源供應系統，其中所述厭氧醱酵反應裝置，更包含有：一營養鹽反應槽，其包含攪拌單元，用以提供有機質料源營養鹽；以及一混合槽，其包含攪拌單元，用以提供將有機質料源與營養鹽進行混合。
7. 如請求項5所述之複合式再生能源供應系統，其中所述醱酵反應槽為連續式攪拌反應器(continous-stirred tank reactor,CSTR)、厭氧序批式反應器(anaerobic sequencing batch reactor,ASBR)、厭氧折流反應器(anaerobic baffled bioreactor,ABR)、擔體誘發式顆粒污泥床(carrier-induced granular sludge bed,CIGSB)、上流式厭氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket,UASB)、膨脹式顆粒污泥床(expended granular sludge bed)、或攪拌式顆粒污泥床(Agitated Granular Sludge Bed,AGSB)中之一種。
8. 如請求項5所述之複合式再生能源供應系統，其中所述醣化反應槽中的有機質料源為人工基質及有機廢料中之一種。
9. 如請求項8所述之複合式再生能源供應系統，其中所述人工基質包含葡萄糖、木糖、蔗糖、麥芽糖、澱粉或其組合。
10. 如請求項8所述之複合式再生能源供應系統，其中所述有機廢料為有機廢水及有機廢棄物。
11. 如請求項10所述之複合式再生能源供應系統，其中所述有機廢棄物為生活污水處理廠的廢水污泥、醱酵相關產業的廢水污泥、製糖業的廢 水污泥及食品工廠的廢水污泥中之一種。
12. 如請求項3所述之複合式再生能源供應系統，其中所述氣體純化裝置，至少包含有：一氣液分離器，用以提供分離生質氣體與廢液；以及一氣體純化與收集處理器，用以提供純化與收集處理所述氣液分離器分離後之氣體。
13. 如請求項3所述之複合式再生能源供應系統，其中所述氣體發電裝置可為燃料電池發電裝置。