專利名稱：樓宇綠色補充供水供電方法及系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水資源開發(fā)和可再生能源利用領域，特別是一種樓宇綠色補充供水供電方法及系統。
背景技術：
隨著世界社會經濟的快速發(fā)展，水資源匱乏與能源、環(huán)境危機已成為人類面對的重大問題，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 ;根據國家氣象局氣象研究院的估算，全國的地面風能潛力理論可開發(fā)的總量接近3226億kW，高度層實際可供開發(fā)量為253億kW，這個數字相當于1996年中國全年發(fā)電總裝機容量，可開發(fā)的風能資源十分豐富；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80年代中期引進55kW容量等級的風電機投入商業(yè)化運行開始，經過二十幾年的發(fā)展，我國的風電市場已經獲得了長足的發(fā)展，到2009年底，我國風電總裝機容量達到2601萬kW，位居世界第二，2009年新增裝機容量1300萬kW，占世界新增裝機容量的36%，居世界首位；20世紀90年代以來是我國光伏發(fā)電快速發(fā)展的時期，在這一時期我國光伏組件生產能力逐年增強，成本不斷降低，市場不斷擴大，裝機容量逐年增加，2004年累計裝機容量達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、電價高昂、與常規(guī)電能并網難題等因素的影響，利用單一自然能源發(fā)電具有很大的局限性，能源的品質、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、風能、雨能在時間和空間上的互補性特點，進行綠色多能互補發(fā)電無疑是一條提高能源品質、減少發(fā)電成本的較好出路。目前國內外研究應用較多的是風力發(fā)電與太陽能光伏發(fā)電的結合，而對雨水的收集利用大部分只是停留在水資源的天然職能上，忽略了對雨能的利用，將雨能與風能、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實現水電“自產自消”的技術解決方案。在能源匱乏、環(huán)境污染和水資源問題凸顯的大背景下，進行雨水收集，利用風能、太陽能、雨能等綠色能源實現多能互補發(fā)電，并利用發(fā)出的部分電能采取電化學方法處理雨水水質，它可以補充生活供水供電，對于保護人類生存環(huán)境、緩解能源和水資源危機有著非常重要的理論和實際意義，對綠色城市建設和缺水缺電地區(qū)的經濟社會可持續(xù)發(fā)展有著巨大的實用價值。特別對于偏遠地區(qū)，如部隊的邊防哨所、郵電通訊的中繼站、公路和鐵路的信號站、地質勘探和野外考察的工作站、偏遠山區(qū)及海島等地區(qū)，采用電網輸送電力不方便也不合理，自然能互補發(fā)電是很好的選擇，且對于這些偏遠地區(qū)，淡水資源異常寶貴，如果能有效收集利用雨水，就能有效解決偏遠地區(qū)的生產生活問題。自然降雨由于受大氣中污染物和屋面材料的影響，雨水水質一般情況下達不到居民飲用水的衛(wèi)生標準，為此，“就地取材、自產自消”，利用綠色能源互補發(fā)電所產生的電能用電化學方法進一步處理收集到的雨水水質，使其達到居民飲用水的衛(wèi)生標準，同時由于電化學法消耗電能較少，多余的電能可直接供居民生活用電，或作為備用電能儲存起來，亦或者通過并網技術并入電網。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，提供一種樓宇綠色補充供水供電方法及系統。樓宇綠色補充供水供電系統包括樓宇屋面、雨水管網、儲水池、溢流管道、雨水電化學反應池、發(fā)電引流管、水輪發(fā)電機、風力發(fā)電機、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力發(fā)電機和太陽能電池板，雨 水管網通過帶有排污孔的U型管連接儲水池，儲水池底部設有引水孔和發(fā)電引流管，儲水池上部設有溢流孔和溢流管道，溢流管道連接雨水電化學反應池，雨水電化學反應池底部設有取水孔，在發(fā)電引流管和出水道之間設置水輪發(fā)電機，出水道末端連接蓄水塘，風力發(fā)電機、太陽能電池板和水輪發(fā)電機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反應池相連，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施，攜帶雜質的雨水進入儲水池之前，流經U型管，使得雜質大部分沉積于U型管的底部，通過排污孔進行定期排污，剩余的少量雜質在儲水池和雨水電化學反應池中沉淀下來，分別打開引水孔控制閥和取水孔控制閥進行不定期清污。樓宇綠色補充供水供電方法是降雨時利用樓宇屋面收集雨水，雨水通過雨水管網經過U型管匯入儲水池中，打開溢流管道控制閥，雨水經過溢流管道流入雨水電化學反應池，當雨水電化學反應池蓄滿后關閉溢流管道控制閥，當儲水池中雨水達到工作水位后，打開水輪機引流控制閥，雨水經過發(fā)電引流管推動水輪發(fā)電機發(fā)電，形成的尾水通過出水道排入蓄水塘中，當儲水池中雨水達不到工作水位或水輪發(fā)電機停止運轉時關閉水輪機引流控制閥，儲水池蓄滿后多余的雨水通過溢流孔溢出，風力發(fā)電機、太陽能電池板和水輪發(fā)電機根據發(fā)電條件進行互補發(fā)電，發(fā)出的電經過配電單元，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反應池中的雨水水質凈化提供電力，多余的電能提供給用戶使用，蓄水塘和儲水池作為生活普通用水補充水源，經電化學方法處理的雨水電化學反應池中的雨水用于補充生活飲用水，打開引水孔上的引水孔控制閥可以取用儲水池中的雨水，打開取水孔上的取水孔控制閥可以取用雨水電化學反應池中的雨水。本發(fā)明具有環(huán)境友好、結構簡單、投資節(jié)省、操作方便、經濟和社會效益顯著等優(yōu)點，在節(jié)能減排和水資源危機的背景下極具研究推廣價值，它能有效地緩解城市突出的水問題以及偏遠地區(qū)的用水用電問題，并減少環(huán)境污染，促進清潔資源開發(fā)，低碳排放，促進雨水資源化，兼有防災減災效益。


圖I是樓宇綠色補充供水供電系統的組成示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，樓宇綠色補充供水供電系統包括樓宇屋面I、雨水管網2、儲水池3、溢流管道4、雨水電化學反應池5、發(fā)電引流管6、水輪發(fā)電機7、風力發(fā)電機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上安裝有風力發(fā)電機8和太陽能電池板9，雨水管網2通過帶有排污孔16的U型管15連接儲水池3，儲水池3底部設有引水孔19和發(fā)電引流管6，儲水池3上部設有溢流孔14和溢流管道4，溢流管道4連接雨水電化學反應池5，雨水電化學反應池5底部設有取水孔17，在發(fā)電引流管6和出水道13之間設置水輪發(fā)電機7，出水道13末端連接蓄水塘18，風力發(fā)電機8、太陽能電池板9和水輪發(fā)電機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與雨水電化學反應池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組成排污設施，攜帶雜質的雨水進入儲水池3之前，流經U型管15，使得雜質大部分沉積于U型管15的底部，通過排污孔16進行定期排污，剩余的少量雜質在儲水池3和雨水電化學反應池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進行不定期清污。樓宇綠色補充供水供電方法是降雨時利用樓宇屋面I收集雨水，雨水通過雨水管網2經過U型管15匯入儲水池3中，打開溢流管道控制閥21，雨水經過溢流管道4流入雨水電化學反應池5，當雨水電化學反應池5蓄滿后關閉溢流管道控制閥21，當儲水池3中雨水達到工作水位后，打開水輪機引流控制閥20，雨水經過發(fā)電引流管6推動水輪發(fā)電機7發(fā)電，形成的尾水通過出水道13排入蓄水塘18中，當儲水池3中雨水達不到工作水位或水輪發(fā)電機7停止運轉時關閉水輪機引流控制閥20，儲水池3蓄滿后多余的雨水通過溢流孔14溢出，風力發(fā)電機8、太陽能電池板9和水輪發(fā)電機7根據發(fā)電條件進行互補發(fā)電，發(fā)出的電經過配電單元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為雨水電化學反應池5中的雨水水質凈化提供電力，多余的電能提供給用戶使用，蓄水塘18和儲水池3作為生活普通用水補充水源，經電化學方法處理的雨水電化學反應池5中的雨水用于補充生活飲用水，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反應池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，安裝風力發(fā)電機，鋪設太陽能電池板，修建支架安設儲水池和雨水電化學反應池，連接儲水池與雨水管網，并將溢流管道、發(fā)電引水管與儲水池相連，連接溢流管道與雨水電化學反應池，安裝水輪發(fā)電機，安設輸電線路、蓄電池、配電單元，安裝水輪機引流控制閥、溢流管道控制閥、取水孔控制閥、引水孔控制閥，當降雨來臨時，利用儲水池收集雨水，并將雨水電化學反應池貯滿，當儲水池水位達到一定值時，便可打開水輪機引流控制閥推動水輪發(fā)電機進行發(fā)電，不降雨時視氣象條件進行太陽能和風能互補發(fā)電，所發(fā)電能通過配電單元儲存于蓄電池中，多余電能提供給用戶使用，將蓄電池中電能用于雨水水質電化學凈化處理，將收集到的雨水分質供給用戶使用，從而補充樓宇日常供水供電，實現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水池。以集水面積20000平方米、屋頂高40米的樓宇為例，對于平均雨強10毫米/小時、降雨歷時5小時的一場降雨,其發(fā)電量約90度,集水量約1000噸,相當于一個普通家庭一個月的最低用電量和2年的用水量，每年按10場計，直接經濟收益約3萬元，加上太陽能發(fā)電和風力發(fā)電價值以及間接經濟社會效益，其綜合效益非常可觀。本發(fā)明既適用于小區(qū)，也適用于單獨樓宇；既適用于山區(qū)，又適用于平原地區(qū)；既適用于農村，又適用于城市；特別適用于偏遠海島地區(qū)，可以形成獨立的“綠色供水供電系統”。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能力，提高當地的水資源承載能力，并且彌補區(qū)域能源的不足，削減了 CO2的排放，分散供水供電風
險。權利要求
1.一種樓宇綠色補充供水供電系統，其特征在于包括樓宇屋面(I)、雨水管網(2)、儲水池(3)、溢流管道(4)、雨水電化學反應池(5)、發(fā)電引流管(6)、水輪發(fā)電機(7)、風力發(fā)電機(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)上安裝有風力發(fā)電機(8)和太陽能電池板(9)，雨水管網(2)通過帶有排污孔(16)的U型管(15)連接儲水池(3 )，儲水池(3 )底部設有引水孔(19 )和發(fā)電引流管(6 )，儲水池(3 )上部設有溢流孔(14)和溢流管道(4)，溢流管道(4)連接雨水電化學反應池(5)，雨水電化學反應池(5)底部設有取水孔(17)，在發(fā)電引流管(6)和出水道(13)之間設置水輪發(fā)電機(7)，出水道(13)末端連接蓄水塘(18)，風力發(fā)電機(8)、太陽能電池板(9)和水輪發(fā)電機(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)與雨水電化學反應池(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.根據權利要求I所述的一種樓宇綠色補充供水供電系統，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)組成排污設施，攜帶雜質的雨水進入儲水池(3)之前，流經U型管(15)，使得雜質大部分沉積于U型管(15)的底部，通過排污孔(16)進行定期排污，剩余的少量雜質在儲水池(3)和雨水電化學反應池(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)進行不定期清污。
3.一種使用如權利要求I所述系統的樓宇綠色補充供水供電方法，其特征在于降雨時利 用樓宇屋面(I)收集雨水，雨水通過雨水管網(2)經過U型管(15)匯入儲水池(3)中，打開溢流管道控制閥(21)，雨水經過溢流管道(4)流入雨水電化學反應池(5)，當雨水電化學反應池(5 )蓄滿后關閉溢流管道控制閥(21)，當儲水池(3 )中雨水達到工作水位后，打開水輪機引流控制閥(20 )，雨水經過發(fā)電引流管(6 )推動水輪發(fā)電機(7 )發(fā)電，形成的尾水通過出水道(13)排入蓄水塘(18)中，當儲水池(3)中雨水達不到工作水位或水輪發(fā)電機(7)停止運轉時關閉水輪機引流控制閥(20)，儲水池(3)蓄滿后多余的雨水通過溢流孔(14)溢出，風力發(fā)電機(8)、太陽能電池板(9)和水輪發(fā)電機(7)根據發(fā)電條件進行互補發(fā)電，發(fā)出的電經過配電單元(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)為雨水電化學反應池(5)中的雨水水質凈化提供電力，多余的電能提供給用戶使用，蓄水塘(18)和儲水池(3)作為生活普通用水補充水源，經電化學方法處理的雨水電化學反應池(5)中的雨水用于補充生活飲用水，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反應池(5)中的雨水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種樓宇綠色補充供水供電方法及系統。樓宇綠色補充供水供電方法是利用屋面收集雨水，通過雨水管網匯入儲水池中，再通過溢流管道溢入雨水電化學反應池，持續(xù)的雨流推動水輪發(fā)電機發(fā)電，其尾水通過出水道排入蓄水塘，在樓宇屋面上安裝風力發(fā)電機和太陽能電池板，它們與水輪發(fā)電機的輸出電路一起連入配電單元進行互補發(fā)電，所發(fā)電能儲存于蓄電池中用于雨水水質處理，在電能充沛的情況下向用戶補充供電。蓄水塘和儲水池中的雨水補充生活普通用水，雨水電化學反應池中的雨水補充生活飲用水。本發(fā)明具有環(huán)境友好、結構簡單、投資節(jié)省、經濟和社會效益顯著等優(yōu)點，在節(jié)能減排和水資源危機的背景下極具研究推廣價值。
文檔編號H02J7/00GK102733474SQ201210236909
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權日2012年7月10日
發(fā)明者劉國良, 尚淑麗, 顧正華 申請人:浙江大學