專利名稱：樓宇綠色補(bǔ)充供水供電方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水資源開發(fā)和可再生能源利用領(lǐng)域，特別是一種樓宇綠色補(bǔ)充供水供電方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著世界社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源匱乏與能源、環(huán)境危機(jī)已成為人類面對(duì)的重大問題，亟須開發(fā)利用新的可再生能源和非常規(guī)水資源用以保障人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。我國地處北半球，土地遼闊，幅員廣大，國土總面積達(dá)960萬km2，在中國廣闊富饒的土地上，有著豐富的太陽能資源，全國各地的年太陽輻射總量為928 2333kWh/m2，中值為1626kWh/m2 ;根據(jù)國家氣象局氣象研究院的估算，全國的地面風(fēng)能潛力理論可開發(fā)的總量接近3226億kW，高度層實(shí)際可供開發(fā)量為253億kW，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于1996年中國全年發(fā)電總裝機(jī)容量，可開發(fā)的風(fēng)能資源十分豐富；我國雨水資源也非常豐富，多年平均降水量 為61900億m3，可開發(fā)利用的潛力非常巨大。目前，我國可再生能源發(fā)展迅速，在總能源中的比重不斷提升。自上世紀(jì)80年代中期引進(jìn)55kW容量等級(jí)的風(fēng)電機(jī)投入商業(yè)化運(yùn)行開始，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，我國的風(fēng)電市場(chǎng)已經(jīng)獲得了長足的發(fā)展，到2009年底，我國風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到2601萬kW，位居世界第二，2009年新增裝機(jī)容量1300萬kW，占世界新增裝機(jī)容量的36%，居世界首位；20世紀(jì)90年代以來是我國光伏發(fā)電快速發(fā)展的時(shí)期，在這一時(shí)期我國光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng)，成本不斷降低，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，裝機(jī)容量逐年增加，2004年累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)35MW，約占世界份額的3%。眾所周知，受天氣條件制約、電能不穩(wěn)定、持續(xù)供電能力差、電價(jià)高昂、與常規(guī)電能并網(wǎng)難題等因素的影響，利用單一自然能源發(fā)電具有很大的局限性，能源的品質(zhì)、成本等因素制約著可再生能源的發(fā)展。然而考慮到太陽能、風(fēng)能、雨能在時(shí)間和空間上的互補(bǔ)性特點(diǎn)，進(jìn)行綠色多能互補(bǔ)發(fā)電無疑是一條提高能源品質(zhì)、減少發(fā)電成本的較好出路。目前國內(nèi)外研究應(yīng)用較多的是風(fēng)力發(fā)電與太陽能光伏發(fā)電的結(jié)合，而對(duì)雨水的收集利用大部分只是停留在水資源的天然職能上，忽略了對(duì)雨能的利用，將雨能與風(fēng)能、太陽能綜合起來的利用幾乎還是空白，更沒有考慮到利用自然能發(fā)電兼顧處理雨水水質(zhì)實(shí)現(xiàn)水電“自產(chǎn)自消”的技術(shù)解決方案。在能源匱乏、環(huán)境污染和水資源問題凸顯的大背景下，進(jìn)行雨水收集，利用風(fēng)能、太陽能、雨能等綠色能源實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)發(fā)電，并利用發(fā)出的部分電能采取電化學(xué)方法處理雨水水質(zhì)，它可以補(bǔ)充生活供水供電，對(duì)于保護(hù)人類生存環(huán)境、緩解能源和水資源危機(jī)有著非常重要的理論和實(shí)際意義，對(duì)綠色城市建設(shè)和缺水缺電地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有著巨大的實(shí)用價(jià)值。特別對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)，如部隊(duì)的邊防哨所、郵電通訊的中繼站、公路和鐵路的信號(hào)站、地質(zhì)勘探和野外考察的工作站、偏遠(yuǎn)山區(qū)及海島等地區(qū)，采用電網(wǎng)輸送電力不方便也不合理，自然能互補(bǔ)發(fā)電是很好的選擇，且對(duì)于這些偏遠(yuǎn)地區(qū)，淡水資源異常寶貴，如果能有效收集利用雨水，就能有效解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的生產(chǎn)生活問題。自然降雨由于受大氣中污染物和屋面材料的影響，雨水水質(zhì)一般情況下達(dá)不到居民飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，為此，“就地取材、自產(chǎn)自消”，利用綠色能源互補(bǔ)發(fā)電所產(chǎn)生的電能用電化學(xué)方法進(jìn)一步處理收集到的雨水水質(zhì)，使其達(dá)到居民飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由于電化學(xué)法消耗電能較少，多余的電能可直接供居民生活用電，或作為備用電能儲(chǔ)存起來，亦或者通過并網(wǎng)技術(shù)并入電網(wǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種樓宇綠色補(bǔ)充供水供電方法及系統(tǒng)。樓宇綠色補(bǔ)充供水供電系統(tǒng)包括樓宇屋面、雨水管網(wǎng)、儲(chǔ)水池、溢流管道、雨水電化學(xué)反應(yīng)池、發(fā)電引流管、水輪發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板、輸電線、配電單元、蓄電池、出水道、溢流孔、U型管、排污孔、取水孔、蓄水塘、引水孔、水輪機(jī)引流控制閥、溢流管道控制閥、取水孔控制閥、引水孔控制閥，樓宇屋面上安裝有風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池板，雨 水管網(wǎng)通過帶有排污孔的U型管連接儲(chǔ)水池，儲(chǔ)水池底部設(shè)有引水孔和發(fā)電引流管，儲(chǔ)水池上部設(shè)有溢流孔和溢流管道，溢流管道連接雨水電化學(xué)反應(yīng)池，雨水電化學(xué)反應(yīng)池底部設(shè)有取水孔，在發(fā)電引流管和出水道之間設(shè)置水輪發(fā)電機(jī)，出水道末端連接蓄水塘，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板和水輪發(fā)電機(jī)分別通過輸電線與配電單元相連，配電單元上接有兩根輸電線，其中一根與蓄電池相連，蓄電池通過輸電線與雨水電化學(xué)反應(yīng)池相連，在蓄電池上另接有輸電線，在發(fā)電引流管、溢流管道、取水孔、引水孔上分別安裝有水輪機(jī)引流控制閥、溢流管道控制閥、取水孔控制閥、引水孔控制閥。所述的U型管、排污孔、引水孔、引水孔控制閥、取水孔、取水孔控制閥組成排污設(shè)施，攜帶雜質(zhì)的雨水進(jìn)入儲(chǔ)水池之前，流經(jīng)U型管，使得雜質(zhì)大部分沉積于U型管的底部，通過排污孔進(jìn)行定期排污，剩余的少量雜質(zhì)在儲(chǔ)水池和雨水電化學(xué)反應(yīng)池中沉淀下來，分別打開引水孔控制閥和取水孔控制閥進(jìn)行不定期清污。樓宇綠色補(bǔ)充供水供電方法是降雨時(shí)利用樓宇屋面收集雨水，雨水通過雨水管網(wǎng)經(jīng)過U型管匯入儲(chǔ)水池中，打開溢流管道控制閥，雨水經(jīng)過溢流管道流入雨水電化學(xué)反應(yīng)池，當(dāng)雨水電化學(xué)反應(yīng)池蓄滿后關(guān)閉溢流管道控制閥，當(dāng)儲(chǔ)水池中雨水達(dá)到工作水位后，打開水輪機(jī)引流控制閥，雨水經(jīng)過發(fā)電引流管推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，形成的尾水通過出水道排入蓄水塘中，當(dāng)儲(chǔ)水池中雨水達(dá)不到工作水位或水輪發(fā)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)閉水輪機(jī)引流控制閥，儲(chǔ)水池蓄滿后多余的雨水通過溢流孔溢出，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板和水輪發(fā)電機(jī)根據(jù)發(fā)電條件進(jìn)行互補(bǔ)發(fā)電，發(fā)出的電經(jīng)過配電單元，一部分直接供給用戶使用，一部分貯存到蓄電池中，蓄電池為雨水電化學(xué)反應(yīng)池中的雨水水質(zhì)凈化提供電力，多余的電能提供給用戶使用，蓄水塘和儲(chǔ)水池作為生活普通用水補(bǔ)充水源，經(jīng)電化學(xué)方法處理的雨水電化學(xué)反應(yīng)池中的雨水用于補(bǔ)充生活飲用水，打開引水孔上的引水孔控制閥可以取用儲(chǔ)水池中的雨水，打開取水孔上的取水孔控制閥可以取用雨水電化學(xué)反應(yīng)池中的雨水。本發(fā)明具有環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資節(jié)省、操作方便、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)能減排和水資源危機(jī)的背景下極具研究推廣價(jià)值，它能有效地緩解城市突出的水問題以及偏遠(yuǎn)地區(qū)的用水用電問題，并減少環(huán)境污染，促進(jìn)清潔資源開發(fā)，低碳排放，促進(jìn)雨水資源化，兼有防災(zāi)減災(zāi)效益。


圖I是樓宇綠色補(bǔ)充供水供電系統(tǒng)的組成示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，樓宇綠色補(bǔ)充供水供電系統(tǒng)包括樓宇屋面I、雨水管網(wǎng)2、儲(chǔ)水池3、溢流管道4、雨水電化學(xué)反應(yīng)池5、發(fā)電引流管6、水輪發(fā)電機(jī)7、風(fēng)力發(fā)電機(jī)8、太陽能電池板9、輸電線10、配電單元11、蓄電池12、出水道13、溢流孔14、U型管15、排污孔16、取水孔17、蓄水塘18、引水孔19、水輪機(jī)引流控制閥20、溢流管道控制閥21、取水孔控制閥22、引水孔控制閥23，樓宇屋面I上安裝有風(fēng)力發(fā)電機(jī)8和太陽能電池板9，雨水管網(wǎng)2通過帶有排污孔16的U型管15連接儲(chǔ)水池3，儲(chǔ)水池3底部設(shè)有引水孔19和發(fā)電引流管6，儲(chǔ)水池3上部設(shè)有溢流孔14和溢流管道4，溢流管道4連接雨水電化學(xué)反應(yīng)池5，雨水電化學(xué)反應(yīng)池5底部設(shè)有取水孔17，在發(fā)電引流管6和出水道13之間設(shè)置水輪發(fā)電機(jī)7，出水道13末端連接蓄水塘18，風(fēng)力發(fā)電機(jī)8、太陽能電池板9和水輪發(fā)電機(jī)7分別通過輸電線10與配電單元11相連，配電單元11上接有兩根輸電線10，其中一根與蓄電池12相連，蓄電池12通過輸電線10與雨水電化學(xué)反應(yīng)池5相連，在蓄電池12上另接有輸電線10，在發(fā)電引流管6、溢流管道4、取水孔17、引水孔19上分別安裝有水輪機(jī)引流控制閥20、溢流管道控制閥21、取水孔控制閥22、引水孔控制閥23。
所述的U型管15、排污孔16、引水孔19、引水孔控制閥23、取水孔17、取水孔控制閥22組成排污設(shè)施，攜帶雜質(zhì)的雨水進(jìn)入儲(chǔ)水池3之前，流經(jīng)U型管15，使得雜質(zhì)大部分沉積于U型管15的底部，通過排污孔16進(jìn)行定期排污，剩余的少量雜質(zhì)在儲(chǔ)水池3和雨水電化學(xué)反應(yīng)池5中沉淀下來，分別打開引水孔控制閥23和取水孔控制閥22進(jìn)行不定期清污。樓宇綠色補(bǔ)充供水供電方法是降雨時(shí)利用樓宇屋面I收集雨水，雨水通過雨水管網(wǎng)2經(jīng)過U型管15匯入儲(chǔ)水池3中，打開溢流管道控制閥21，雨水經(jīng)過溢流管道4流入雨水電化學(xué)反應(yīng)池5，當(dāng)雨水電化學(xué)反應(yīng)池5蓄滿后關(guān)閉溢流管道控制閥21，當(dāng)儲(chǔ)水池3中雨水達(dá)到工作水位后，打開水輪機(jī)引流控制閥20，雨水經(jīng)過發(fā)電引流管6推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)7發(fā)電，形成的尾水通過出水道13排入蓄水塘18中，當(dāng)儲(chǔ)水池3中雨水達(dá)不到工作水位或水輪發(fā)電機(jī)7停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)閉水輪機(jī)引流控制閥20，儲(chǔ)水池3蓄滿后多余的雨水通過溢流孔14溢出，風(fēng)力發(fā)電機(jī)8、太陽能電池板9和水輪發(fā)電機(jī)7根據(jù)發(fā)電條件進(jìn)行互補(bǔ)發(fā)電，發(fā)出的電經(jīng)過配電單元11，一部分直接供給用戶使用，一部分貯存到蓄電池12中，蓄電池12為雨水電化學(xué)反應(yīng)池5中的雨水水質(zhì)凈化提供電力，多余的電能提供給用戶使用，蓄水塘18和儲(chǔ)水池3作為生活普通用水補(bǔ)充水源，經(jīng)電化學(xué)方法處理的雨水電化學(xué)反應(yīng)池5中的雨水用于補(bǔ)充生活飲用水，打開引水孔19上的引水孔控制閥23可以取用儲(chǔ)水池3中的雨水，打開取水孔17上的取水孔控制閥22可以取用雨水電化學(xué)反應(yīng)池5中的雨水。本發(fā)明選擇雨量較為豐富的地區(qū)，首先改造樓宇雨水管道，安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，鋪設(shè)太陽能電池板，修建支架安設(shè)儲(chǔ)水池和雨水電化學(xué)反應(yīng)池，連接儲(chǔ)水池與雨水管網(wǎng)，并將溢流管道、發(fā)電引水管與儲(chǔ)水池相連，連接溢流管道與雨水電化學(xué)反應(yīng)池，安裝水輪發(fā)電機(jī)，安設(shè)輸電線路、蓄電池、配電單元，安裝水輪機(jī)引流控制閥、溢流管道控制閥、取水孔控制閥、引水孔控制閥，當(dāng)降雨來臨時(shí)，利用儲(chǔ)水池收集雨水，并將雨水電化學(xué)反應(yīng)池貯滿，當(dāng)儲(chǔ)水池水位達(dá)到一定值時(shí)，便可打開水輪機(jī)引流控制閥推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，不降雨時(shí)視氣象條件進(jìn)行太陽能和風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電，所發(fā)電能通過配電單元儲(chǔ)存于蓄電池中，多余電能提供給用戶使用，將蓄電池中電能用于雨水水質(zhì)電化學(xué)凈化處理，將收集到的雨水分質(zhì)供給用戶使用，從而補(bǔ)充樓宇日常供水供電，實(shí)現(xiàn)綠色能源和雨水資源的綜合利用。為了提高雨水收集量，可以將相鄰樓宇屋面通過管道相連接再匯總到儲(chǔ)水池。以集水面積20000平方米、屋頂高40米的樓宇為例，對(duì)于平均雨強(qiáng)10毫米/小時(shí)、降雨歷時(shí)5小時(shí)的一場(chǎng)降雨,其發(fā)電量約90度,集水量約1000噸,相當(dāng)于一個(gè)普通家庭一個(gè)月的最低用電量和2年的用水量，每年按10場(chǎng)計(jì)，直接經(jīng)濟(jì)收益約3萬元，加上太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電價(jià)值以及間接經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，其綜合效益非?？捎^。本發(fā)明既適用于小區(qū)，也適用于單獨(dú)樓宇；既適用于山區(qū)，又適用于平原地區(qū)；既適用于農(nóng)村，又適用于城市；特別適用于偏遠(yuǎn)海島地區(qū)，可以形成獨(dú)立的“綠色供水供電系統(tǒng)”。本發(fā)明可以減少降雨徑流污染，減少雨水地面侵蝕，又可以提高城市防洪減災(zāi)能力，提高當(dāng)?shù)氐乃Y源承載能力，并且彌補(bǔ)區(qū)域能源的不足，削減了 CO2的排放，分散供水供電風(fēng)
險(xiǎn)。權(quán)利要求
1.一種樓宇綠色補(bǔ)充供水供電系統(tǒng)，其特征在于包括樓宇屋面(I)、雨水管網(wǎng)(2)、儲(chǔ)水池(3)、溢流管道(4)、雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5)、發(fā)電引流管(6)、水輪發(fā)電機(jī)(7)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(8)、太陽能電池板(9)、輸電線(10)、配電單元(11)、蓄電池(12)、出水道(13)、溢流孔(14)、U型管(15)、排污孔(16)、取水孔(17)、蓄水塘(18)、引水孔(19)、水輪機(jī)引流控制閥(20)、溢流管道控制閥(21)、取水孔控制閥(22)、引 水孔控制閥(23)，樓宇屋面(I)上安裝有風(fēng)力發(fā)電機(jī)(8)和太陽能電池板(9)，雨水管網(wǎng)(2)通過帶有排污孔(16)的U型管(15)連接儲(chǔ)水池(3 )，儲(chǔ)水池(3 )底部設(shè)有引水孔(19 )和發(fā)電引流管(6 )，儲(chǔ)水池(3 )上部設(shè)有溢流孔(14)和溢流管道(4)，溢流管道(4)連接雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5)，雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5)底部設(shè)有取水孔(17)，在發(fā)電引流管(6)和出水道(13)之間設(shè)置水輪發(fā)電機(jī)(7)，出水道(13)末端連接蓄水塘(18)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)(8)、太陽能電池板(9)和水輪發(fā)電機(jī)(7)分別通過輸電線(10)與配電單元(H)相連，配電單元(H)上接有兩根輸電線(10)，其中一根與蓄電池(12)相連，蓄電池(12)通過輸電線(10)與雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5)相連，在蓄電池(12)上另接有輸電線(10)，在發(fā)電引流管(6)、溢流管道(4)、取水孔(17)、引水孔(19)上分別安裝有水輪機(jī)引流控制閥(20)、溢流管道控制閥(21)、取水孔控制閥(22)、引水孔控制閥(23)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種樓宇綠色補(bǔ)充供水供電系統(tǒng)，其特征在于所述的U型管(15)、排污孔(16)、引水孔(19)、引水孔控制閥(23)、取水孔(17)、取水孔控制閥(22)組成排污設(shè)施，攜帶雜質(zhì)的雨水進(jìn)入儲(chǔ)水池(3)之前，流經(jīng)U型管(15)，使得雜質(zhì)大部分沉積于U型管(15)的底部，通過排污孔(16)進(jìn)行定期排污，剩余的少量雜質(zhì)在儲(chǔ)水池(3)和雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5)中沉淀下來，分別打開引水孔控制閥(23)和取水孔控制閥(22)進(jìn)行不定期清污。
3.一種使用如權(quán)利要求I所述系統(tǒng)的樓宇綠色補(bǔ)充供水供電方法，其特征在于降雨時(shí)利 用樓宇屋面(I)收集雨水，雨水通過雨水管網(wǎng)(2)經(jīng)過U型管(15)匯入儲(chǔ)水池(3)中，打開溢流管道控制閥(21)，雨水經(jīng)過溢流管道(4)流入雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5)，當(dāng)雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5 )蓄滿后關(guān)閉溢流管道控制閥(21)，當(dāng)儲(chǔ)水池(3 )中雨水達(dá)到工作水位后，打開水輪機(jī)引流控制閥(20 )，雨水經(jīng)過發(fā)電引流管(6 )推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)(7 )發(fā)電，形成的尾水通過出水道(13)排入蓄水塘(18)中，當(dāng)儲(chǔ)水池(3)中雨水達(dá)不到工作水位或水輪發(fā)電機(jī)(7)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)閉水輪機(jī)引流控制閥(20)，儲(chǔ)水池(3)蓄滿后多余的雨水通過溢流孔(14)溢出，風(fēng)力發(fā)電機(jī)(8)、太陽能電池板(9)和水輪發(fā)電機(jī)(7)根據(jù)發(fā)電條件進(jìn)行互補(bǔ)發(fā)電，發(fā)出的電經(jīng)過配電單元(11)，一部分直接供給用戶使用，另一部分貯存到蓄電池(12)中，蓄電池(12)為雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5)中的雨水水質(zhì)凈化提供電力，多余的電能提供給用戶使用，蓄水塘(18)和儲(chǔ)水池(3)作為生活普通用水補(bǔ)充水源，經(jīng)電化學(xué)方法處理的雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5)中的雨水用于補(bǔ)充生活飲用水，打開引水孔(19)上的引水孔控制閥(23)可以取用儲(chǔ)水池(3 )中的雨水，打開取水孔(17 )上的取水孔控制閥(22 )可以取用雨水電化學(xué)反應(yīng)池(5)中的雨水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種樓宇綠色補(bǔ)充供水供電方法及系統(tǒng)。樓宇綠色補(bǔ)充供水供電方法是利用屋面收集雨水，通過雨水管網(wǎng)匯入儲(chǔ)水池中，再通過溢流管道溢入雨水電化學(xué)反應(yīng)池，持續(xù)的雨流推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，其尾水通過出水道排入蓄水塘，在樓宇屋面上安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池板，它們與水輪發(fā)電機(jī)的輸出電路一起連入配電單元進(jìn)行互補(bǔ)發(fā)電，所發(fā)電能儲(chǔ)存于蓄電池中用于雨水水質(zhì)處理，在電能充沛的情況下向用戶補(bǔ)充供電。蓄水塘和儲(chǔ)水池中的雨水補(bǔ)充生活普通用水，雨水電化學(xué)反應(yīng)池中的雨水補(bǔ)充生活飲用水。本發(fā)明具有環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資節(jié)省、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)能減排和水資源危機(jī)的背景下極具研究推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102733474SQ201210236909
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者劉國良, 尚淑麗, 顧正華 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)