河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，包括河流取水裝置、河水預(yù)處理裝置、浸沒式正滲透膜裝置和發(fā)電裝置，河流取水裝置通過輸水管道與河水預(yù)處理裝置連接，河水預(yù)處理裝置和浸沒式正滲透膜裝置均與發(fā)電裝置連接。運(yùn)行時(shí)，通過河流取水裝置將河水輸送至河水預(yù)處理裝置，處理后的河水成為清水，清水進(jìn)入發(fā)電裝置，同時(shí)發(fā)電裝置與浸沒式正滲透膜裝置連接，浸沒式正滲透膜裝置使清水通過在強(qiáng)大的滲透壓驅(qū)動(dòng)下，不斷進(jìn)入發(fā)電裝置，推動(dòng)發(fā)電裝置做功，產(chǎn)生電能。該系統(tǒng)充分結(jié)合入海河口處的淡水和海水資源優(yōu)勢(shì)，利用溶液的依數(shù)性差異帶來(lái)的滲透壓差，帶動(dòng)發(fā)電設(shè)備發(fā)電，同時(shí)，運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)鎖控制，可根據(jù)不同進(jìn)水條件調(diào)整運(yùn)行方式，便于實(shí)施。
【專利說明】河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于河流入海河口處的水力發(fā)電系統(tǒng)，屬于水力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]近二十年來(lái)，發(fā)展中國(guó)家在加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，對(duì)能源的需求量也在大幅度增加，隨之帶來(lái)的高排放問題受到發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的高度關(guān)注。另外，氣候變化問題迫切要求全球經(jīng)濟(jì)朝著低碳化方向轉(zhuǎn)變，因此，各種新能源技術(shù)受到全世界各國(guó)的青睞，目前各國(guó)對(duì)新能源技術(shù)的開發(fā)主要集中在風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電等領(lǐng)域，對(duì)濃差能、地?zé)崮?、潮汐能、化學(xué)能等的開發(fā)利用較為滯后。
[0003]滲透作用是兩種不同濃度的溶液隔以半透膜(允許溶劑分子通過，不允許溶質(zhì)分子通過的膜),水分子或其它溶劑分子從低濃度的溶液通過半透膜進(jìn)入高濃度溶液中的現(xiàn)象。其發(fā)生的條件有兩個(gè):一是有半透膜，二是半透膜兩側(cè)有物質(zhì)的量濃度差。
[0004]滲透作用又可分為正滲透(抑)、反滲透(如)和壓力阻尼滲透(^如)。
[0005]正滲透(50)過程是以半透膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力，溶液中的水分子從高水化學(xué)勢(shì)區(qū)(低離子濃度溶液)通過半透膜向低水化學(xué)勢(shì)區(qū)(高離子濃度溶液)傳遞，而溶質(zhì)分子或離子被阻擋的一種滲透過程。
[0006]反滲透(如)過程是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。因?yàn)樗驼凉B透的方向相反，故稱反滲透?？梢岳貌煌锪系臐B透壓差異，使用大于滲透壓的反滲透壓力，達(dá)到分離、提取、純化和濃縮的目的。
[0007]壓力阻尼滲透080)是介于正滲透和反滲透過程的中間過程，是指在滲透壓差的反方向上施加壓力，與反滲透過程相似，然而水分子仍然是擴(kuò)散到高離子濃度一側(cè)，與正滲透過程相似。
[0008]中國(guó)海岸帶有大小入海河流1500余條，入海河流徑流量占全國(guó)河川徑流總量的69.8%，其中流域面積廣、徑流大的河流主要有長(zhǎng)江、黃河、錢塘江、珠江等，上述入海河流帶來(lái)大量淡水，與近海處的海水存在較大的離子濃度(主要為版1(31)濃度差，這為正滲透(抑)的應(yīng)用提供了有利的物質(zhì)條件。
[0009]目前商業(yè)化正滲透膜材料(如08111於4公司研發(fā)的支撐型高強(qiáng)度膜)的研發(fā)推廣，有效克服了內(nèi)濃差極化現(xiàn)象，使膜通量得到有效提高，為正滲透(50)的應(yīng)用提供了另一物質(zhì)條件。
[0010]為此，亟需充分利用河流入海河口的水資源優(yōu)勢(shì)，開發(fā)新型發(fā)電系統(tǒng)，生產(chǎn)清潔電力能源，緩解我國(guó)目前能源短缺的狀況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有河流入海河口的水資源利用問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、利用效率高的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)。
[0012]本實(shí)用新型的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，采用以下技術(shù)方案:
[0013]該系統(tǒng)，包括河流取水裝置、河水預(yù)處理裝置、浸沒式正滲透膜裝置和發(fā)電裝置，河流取水裝置通過輸水管道與河水預(yù)處理裝置連接，河水預(yù)處理裝置和浸沒式正滲透膜裝置均與發(fā)電裝置連接。
[0014]河流取水裝置，包括設(shè)置于岸邊的固定式取水構(gòu)筑物和丨或移動(dòng)式取水裝置，岸邊固定式取水構(gòu)筑物中設(shè)置進(jìn)水調(diào)節(jié)閘門，移動(dòng)式取水裝置中設(shè)置有取水泵。
[0015]河水預(yù)處理裝置，包括沉砂池、絮凝反應(yīng)池、絮凝沉淀池、清水池、砂濾池和加藥間；沉砂池、絮凝反應(yīng)池和絮凝沉淀池依次連接，沉砂池與絮凝反應(yīng)池之間設(shè)置輸水電動(dòng)閘門；絮凝沉淀池分別與清水池和砂濾池連接，絮凝沉淀池與清水池的連接管路上設(shè)置有清水電動(dòng)閘門，絮凝沉淀池與砂濾池的連接管路上設(shè)置有砂濾進(jìn)水泵，砂濾池與清水池連接；沉砂池通過超越管路與清水池連接，超越管路上設(shè)置有超越電動(dòng)閘門；清水池與發(fā)電裝置連接；加藥間一方面通過計(jì)量加藥泵(主要用于投加絮凝劑等)與絮凝反應(yīng)池連接，一方面通過計(jì)量加藥泵(主要用于投加二氧化氯等消毒劑及檸檬酸等膜清洗劑)與發(fā)電裝置中的密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)連接。
[0016]沉砂池、絮凝反應(yīng)池、絮凝沉淀池和清水池中均設(shè)置有濁度計(jì)。
[0017]浸沒式正滲透膜裝置，包括膜機(jī)架和膜元件，膜元件設(shè)置在膜機(jī)架中，將膜機(jī)架內(nèi)部分為內(nèi)外兩部分，內(nèi)部為密閉的淡水腔，外部敞口。淡水腔內(nèi)外設(shè)置有離子濃度計(jì)，膜機(jī)架底部設(shè)置有深度控制倉(cāng)。膜元件上設(shè)置有膜清洗液出口電動(dòng)閥門。膜機(jī)架可由機(jī)動(dòng)牽引船牽引變換位置。
[0018]發(fā)電裝置，包括密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)和渦輪發(fā)電機(jī)組，密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)與河水預(yù)處理裝置中的清水池連接，且與浸沒式正滲透膜裝置中膜機(jī)架的淡水腔連接，密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)葉輪，發(fā)電機(jī)葉輪與渦輪發(fā)電機(jī)組連接。
[0019]上述系統(tǒng)中，河流取水裝置放置在趕潮河段上游一定水深且水流平緩的淡水區(qū)，浸沒式正滲透膜裝置放置在趕潮河段以外的淺海及海水交換頻繁的海水區(qū)，其它構(gòu)筑物或設(shè)備放置在岸邊合理輸送半徑內(nèi)的陸地上。運(yùn)行時(shí)，通過河流取水裝置將河水輸送至河水預(yù)處理裝置，處理后的河水進(jìn)入發(fā)電裝置，同時(shí)發(fā)電裝置與浸沒式正滲透膜裝置連接，浸沒式正滲透膜裝置使清水通過在強(qiáng)大的滲透壓驅(qū)動(dòng)下，不斷進(jìn)入發(fā)電裝置，推動(dòng)發(fā)電裝置做功，產(chǎn)生電能。
[0020]本實(shí)用新型充分結(jié)合入海河口處的淡水、海水資源優(yōu)勢(shì)，因地制宜，利用溶液的依數(shù)性差異帶來(lái)的滲透壓差，帶動(dòng)發(fā)電設(shè)備發(fā)電，可創(chuàng)造大量電能；同時(shí)，運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)鎖控制，可根據(jù)不同進(jìn)水條件調(diào)整運(yùn)行方式，便于實(shí)施。具有以下特點(diǎn):
[0021]1.充分利用溶液的依數(shù)性，利用海水與入海河流淡水之間的高滲透壓差，實(shí)現(xiàn)了滲透能和電能的轉(zhuǎn)化，極大的開發(fā)了水能源；
[0022]2.采用的膜具有膜通量大，濃差極化現(xiàn)象少的特性，可保障滲透功能的順利實(shí)現(xiàn)；
[0023]3.過程中應(yīng)用了大量的自動(dòng)化儀器儀表，運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)鎖控制，便于根據(jù)不同進(jìn)水條件調(diào)整運(yùn)行方式；
[0024]4.模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同實(shí)施條件，自由組合，具有較強(qiáng)的靈活性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0026]圖中:1、固定式取水構(gòu)筑物，2、移動(dòng)式取水裝置，3、取水泵，4、進(jìn)水調(diào)節(jié)閘門，5、沉砂池，6、沉砂濁度計(jì)，7、超越電動(dòng)閘門，8、輸水電動(dòng)閘門，9、絮凝反應(yīng)池，10、絮凝濁度計(jì)，
11、絮凝沉淀池，12、沉淀濁度計(jì)，13、清水電動(dòng)閘門，14、清水池，15、清水濁度計(jì)，16、砂濾進(jìn)水泵，17、砂濾池，18、密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)，19、發(fā)電機(jī)葉輪，20、渦輪發(fā)電機(jī)組，21、加藥間，22、計(jì)量加藥泵(主要用于投加絮凝劑等),23、計(jì)量加藥泵(主要用于投加二氧化氯等消毒劑及檸檬酸等膜清洗劑),24、膜機(jī)架，25、膜元件，26、離子濃度計(jì)，27、深度控制倉(cāng)，28、機(jī)動(dòng)牽引船，29、清洗液出口電動(dòng)閥門，30、管道混合器。八、淡水區(qū)，8、趕潮河段，匕海水區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0027]本實(shí)用新型的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，包括河流取水裝置、河水預(yù)處理裝置、浸沒式正滲透膜裝置和發(fā)電裝置，河流取水裝置通過輸水管道與河水預(yù)處理裝置連接，河水預(yù)處理裝置和浸沒式正滲透膜裝置均與發(fā)電裝置連接。
[0028](1)河流取水裝置
[0029]該裝置設(shè)置在淡水區(qū)八處，可以采用岸邊固定式取水構(gòu)筑物1 (如順流式斗槽等)或移動(dòng)式取水裝置2(如下承式取水浮船等\岸邊固定式取水構(gòu)筑物1中設(shè)置進(jìn)水調(diào)節(jié)閘門4，河水通過進(jìn)水調(diào)節(jié)閘門4輸入至河水預(yù)處理裝置。移動(dòng)式取水裝置2中設(shè)置有取水泵3，通過取水泵3將河水輸入至河水預(yù)處理裝置。
[0030]( 2 )河水預(yù)處理裝置
[0031〕 該裝置，包括沉砂池5、絮凝反應(yīng)池9、絮凝沉淀池11、清水池14、砂濾池17和加藥間21。沉砂池5、絮凝反應(yīng)池9和絮凝沉淀池11依次連接，沉砂池5與絮凝反應(yīng)池9之間設(shè)置輸水電動(dòng)閘門8，絮凝沉淀池11 一方面與清水池14連接，一方面與砂濾池17連接，絮凝沉淀池11與清水池14的連接管路上設(shè)置有清水電動(dòng)閘門13，絮凝沉淀池11與砂濾池17的連接管路上設(shè)置有砂濾池進(jìn)水泵16，砂濾池17也與清水池14連接，沉砂池5通過超越管路與清水池14連接，超越管路上設(shè)置有超越電動(dòng)閘門7。清水池14與渦輪發(fā)電機(jī)組連接。加藥間21 —方面通過計(jì)量加藥泵22 (主要用于投加絮凝劑等)與絮凝反應(yīng)池9連接，一方面通過計(jì)量加藥泵23 (主要用于投加二氧化氯等消毒劑及檸檬酸等膜清洗劑)與密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)18連接。沉砂池5可以采用如旋流沉砂池等，沉砂池5上設(shè)置有沉砂濁度計(jì)6。絮凝反應(yīng)池9中設(shè)置有絮凝濁度計(jì)10，可采用網(wǎng)格絮凝池。絮凝沉淀池11中設(shè)置有沉淀濁度計(jì)12，可采用如斜管沉淀池。清水池14中設(shè)置有清水濁度計(jì)15。砂濾池17可采用重力無(wú)閥濾池或^型濾池等。
[0032]( 3 )浸沒式正滲透膜裝置
[0033]該裝置通過機(jī)動(dòng)牽引船28運(yùn)至河流入?？诘暮Ｋ畢^(qū) ?:，置于海水中，直接與海水接觸。該裝置包括膜機(jī)架24和膜元件25，膜元件25設(shè)置在膜機(jī)架24中，將膜機(jī)架24內(nèi)部分為將膜機(jī)架內(nèi)部分為內(nèi)外兩部分，內(nèi)部為密閉的淡水腔，外部敞口，與海水相通，淡水腔是密閉的，通過正滲透膜與海水連通。膜元件25采用中空膜或平板膜并聯(lián)而成。膜機(jī)架24底部設(shè)置有深度控制倉(cāng)27，以調(diào)控整個(gè)膜裝置在海水中的深度，并可由機(jī)動(dòng)牽引船28牽引變換位置。膜機(jī)架24中設(shè)置有離子濃度計(jì)26。膜元件25上設(shè)置有膜清洗液出口電動(dòng)閥門29，以排出清洗液。
[0034](4)水力發(fā)電裝置
[0035]該裝置，包括密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)18和渦輪發(fā)電機(jī)組20，密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)18與清水池14連接，且與浸沒式正滲透膜裝置中膜機(jī)架24的淡水腔連接。密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)18內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)葉輪19，發(fā)電機(jī)葉輪19與渦輪發(fā)電機(jī)組20連接。
[0036]加藥間21、清水池14和密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)18的連接處設(shè)置有管道混合器30，以使藥劑充分混合。
[0037]上述系統(tǒng)運(yùn)行前，首先收集入海河流水文資料，確定系統(tǒng)各構(gòu)筑物或設(shè)備的擺放位置，建于河流岸邊的固定式取水構(gòu)筑物1和置于河流中的移動(dòng)式取水裝置2放置在趕潮河段8上游一定水深且水流平緩的淡水區(qū)八。浸沒式正滲透膜裝置放置在趕潮河段以外的淺海、海水交換頻繁的海水區(qū)0。其它構(gòu)筑物或設(shè)備放置在岸邊合理輸送半徑內(nèi)的陸地上。
[0038]運(yùn)行時(shí)，如果河水水位滿足沉砂池5的進(jìn)水水位要求，則開啟進(jìn)水調(diào)節(jié)閘門4，河水通過岸邊固定式取水構(gòu)筑物1自流進(jìn)入沉砂池5 ；否則，關(guān)閉進(jìn)水調(diào)節(jié)閘門4，河水由移動(dòng)式取水裝置2上的取水泵3輸入沉砂池5。
[0039]進(jìn)入沉砂池5中的河水經(jīng)沉砂濁度計(jì)6檢測(cè)符合膜元件25進(jìn)水要求時(shí)(由具體采用的正滲透膜的材料和使用要求決定),關(guān)閉輸水電動(dòng)閘門8，開啟超越電動(dòng)閘門7，河水流入清水池14 ；如經(jīng)沉砂濁度計(jì)6檢測(cè)，河水不能符合膜元件25進(jìn)水要求時(shí)，關(guān)閉超越電動(dòng)閘門7，開啟輸水電動(dòng)閘門8和清水電動(dòng)閘門13，河水進(jìn)入絮凝反應(yīng)池9。根據(jù)絮凝濁度計(jì)10的顯示數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)計(jì)量加藥泵22 (主要用于投加絮凝劑等)的流量，使河水與藥劑發(fā)生反應(yīng)，使河水濁度達(dá)到絮凝反應(yīng)池9的設(shè)計(jì)要求。反應(yīng)后的河水隨后進(jìn)入絮凝沉淀池11，根據(jù)沉淀濁度計(jì)12的顯示數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步調(diào)整計(jì)量加藥泵22 (主要用于投加絮凝劑等)的流量，使河水最終滿足膜元件25進(jìn)水要求，經(jīng)清水電動(dòng)閘門13進(jìn)入清水池14。如經(jīng)絮凝沉淀后，河水水質(zhì)仍不能滿足膜元件25的進(jìn)水要求，則關(guān)閉清水電動(dòng)閘門13，同時(shí)開啟砂濾進(jìn)水泵16，將河水泵送至砂濾池17進(jìn)行過濾處理，過濾后的河水再進(jìn)入清水池14。
[0040]進(jìn)入清水池14后的河水經(jīng)清水濁度計(jì)15檢測(cè)，滿足要求后進(jìn)入密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)18，否貝1」，調(diào)整計(jì)量加藥泵22 (主要用于投加絮凝劑等)的流量，進(jìn)一步減小河水的濁度。清水池14的清凈河水進(jìn)入浸沒式正滲透膜裝置的淡水腔，由于膜元件25兩側(cè)的離子濃度差異，造成的滲透壓差(八X ),使淡水水分子透過膜元件25自由傳至海水區(qū)，在強(qiáng)大的滲透壓驅(qū)動(dòng)下，淡水不斷進(jìn)入密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)18，從而推動(dòng)發(fā)電機(jī)葉輪19做功，通過渦輪發(fā)電機(jī)組20產(chǎn)生電能。
[0041]當(dāng)浸沒式正滲透膜裝置膜通量下降時(shí)，可以開啟計(jì)量加藥泵23 (主要用于投加二氧化氯等消毒劑及檸檬酸等膜清洗劑),對(duì)污染的膜進(jìn)行清洗，清洗水通過膜清洗液出口電動(dòng)閥門29排出。
【權(quán)利要求】
1.一種河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，包括河流取水裝置、河水預(yù)處理裝置、浸沒式正滲透膜裝置和發(fā)電裝置，其特征是，河流取水裝置通過輸水管道與河水預(yù)處理裝置連接，河水預(yù)處理裝置和浸沒式正滲透膜裝置均與發(fā)電裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述河流取水裝置包括設(shè)置于岸邊的固定式取水構(gòu)筑物和/或移動(dòng)式取水裝置，岸邊固定式取水構(gòu)筑物中設(shè)置進(jìn)水調(diào)節(jié)閘門，移動(dòng)式取水裝置中設(shè)置有取水泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述河水預(yù)處理裝置，包括沉砂池、絮凝反應(yīng)池、絮凝沉淀池、清水池、砂濾池和加藥間；沉砂池、絮凝反應(yīng)池和絮凝沉淀池依次連接，沉砂池與絮凝反應(yīng)池之間設(shè)置輸水電動(dòng)閘門；絮凝沉淀池分別與清水池和砂濾池連接，絮凝沉淀池與清水池的連接管路上設(shè)置有清水電動(dòng)閘門，絮凝沉淀池與砂濾池的連接管路上設(shè)置有砂濾進(jìn)水泵，砂濾池與清水池連接；沉砂池通過超越管路與清水池連接，超越管路上設(shè)置有超越電動(dòng)閘門；清水池與發(fā)電裝置連接；加藥間一方面通過計(jì)量加藥泵與絮凝反應(yīng)池連接，一方面通過計(jì)量加藥泵與發(fā)電裝置中的密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述沉砂池、絮凝反應(yīng)池、絮凝沉淀池和清水池中均設(shè)置有濁度計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述浸沒式正滲透膜裝置，包括膜機(jī)架和膜元件，膜元件設(shè)置在膜機(jī)架中，將膜機(jī)架內(nèi)部分為內(nèi)外兩部分，內(nèi)部為密閉的淡水腔，外部敞口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述淡水腔內(nèi)外設(shè)置有離子濃度計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述膜機(jī)架底部設(shè)置有深度控制倉(cāng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述膜元件上設(shè)置有膜清洗液出口電動(dòng)閥門。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河流入海河口發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述發(fā)電裝置，包括密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)和渦輪發(fā)電機(jī)組，密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)與河水預(yù)處理裝置中的清水池連接，且與浸沒式正滲透膜裝置中膜機(jī)架的淡水腔連接，密閉轉(zhuǎn)子倉(cāng)內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)葉輪，發(fā)電機(jī)葉輪與渦輪發(fā)電機(jī)組連接。
【文檔編號(hào)】F03B13/00GK204238196SQ201420739013
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】張波, 康興生, 馬濤 申請(qǐng)人:張波