沙漠立体式水资源提取系统的构建及调配方法技术方案

本发明专利技术涉及沙漠取水装置技术领域，具体涉及一种沙漠立体式水资源提取系统的构建及调配方法。本发明专利技术包括如下步骤：S1、构建太阳能水资源提取系统；S2、构建生物能水资源提取系统；S3、构建能源自给的供电调配系统。本发明专利技术通过构建太阳能水资源提取系统，利用太阳能电池为压缩机、冷凝器供电，实现内部的能源自给处理；构建生物能水资源提取系统，利用沼气通过生物气净化装置燃烧产生电能为厌氧膜生物反应池、回收厌氧膜反应器供电，实现内部的能源自给处理；构建能源自给的供电调配系统，利用计算调度模块实现电能在两个系统之间的调度，保证能源自给的安全可靠运行。源自给的安全可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
沙漠立体式水资源提取系统的构建及调配方法


[0001]本专利技术涉及沙漠取水装置
，具体涉及一种沙漠立体式水资源提取系统的构建及调配方法。

技术介绍

[0002]在沙漠地区，由于气候干燥，水资源严重匮乏，人们通常需要采用各种技术来提取水。沙漠的特点是白天光照强、湿度低，而夜晚温度低、湿度高。本专利技术利用太阳能及昼夜温度和湿度的变化从空气中提取并收集水，水可用于灌溉、饮用等。而沙漠用户的废水没有经过处理直接排放不仅污染环境，而且会造成水资源的浪费、进一步破坏沙漠土质。如何充分利用太阳能和生物能进行能源自给的处理，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种沙漠立体式水资源提取系统的构建及调配方法，通过构建太阳能水资源提取系统、构建生物能水资源提取系统、构建能源自给的供电调配系统，实现太阳能和生物能进行能源自给的处理，并利用计算调度模块实现电能在两个系统之间的调度，保证能源自给的安全可靠运行。
[0004]本专利技术的技术方案为：
[0005]一种沙漠立体式水资源提取系统的构建及调配方法，包括如下步骤：
[0006]S1、构建太阳能水资源提取系统：包括太阳能电池、压缩机、冷凝器和水箱，太阳能电池架设在高处，太阳能电池通过逆变器电连接蓄电池；压缩机、冷凝器和水箱依次密闭连接，压缩机位于太阳能电池下方，压缩机的侧面设有与冷凝器连通的输送管道，冷凝器将冷却后的水分别与若干水箱相连，水箱分别与对应的用户相连；太阳能电池为压缩机、冷凝器供电；
[0007]S2、构建生物能水资源提取系统：包括厌氧膜生物反应池、生物气净化装置、厌氧氨氧化池、填料深度处理池和回收厌氧膜反应器，厌氧膜生物反应池与用户的废水池相连，并将废水池内的废水进行曝气产生沼气、过滤处理生成固体颗粒；沼气通过生物气净化装置燃烧产生电能为厌氧膜生物反应池、回收厌氧膜反应器供电；固体颗粒经由厌氧氨氧化池、填料深度处理池和回收厌氧膜反应器进行脱氮处理并回收富含磷元素的堆料，堆料用于沙漠土壤复垦；
[0008]S3、构建能源自给的供电调配系统：包括位于太阳能水资源提取系统内的电能检测模块Ⅰ、位于生物能水资源提取系统内的电能检测模块Ⅱ，以及连接电能检测模块Ⅰ和电能检测模块Ⅱ的计算调度模块，计算调度模块用于对太阳能电池、生物气净化装置的发电量进行预测，并对沙漠每日耗电量进行预测分析，从而实现电能在太阳能水资源提取系统与生物能水资源提取系统之间的调度。
[0009]优选地，所述步骤S1中，太阳能水资源提取系统包括如下部件：
[0010]太阳能电池，用于吸收太阳的能量将其转化为电能，并储存在蓄电池中；
[0011]空气过滤器，用于过滤空气中的灰尘、污染物和细菌，以保证所提取的水的卫生安全；
[0012]压缩机，用于将空气压缩成高压气体，并将其送入冷凝器；
[0013]冷凝器，用于冷却高压气体，将其冷却至露点以下的温度，使水蒸气凝结成水；
[0014]水分离器，用于将凝结的水与未凝结的气体分离，将水收集到水箱中；
[0015]智能控制系统，用于控制整个装置的运行。
[0016]优选地，所述步骤S1中，压缩机采用额定功率为147.1kw/s、能效比为5的空气压缩机，收集水的效率为80％。
[0017]优选地，所述步骤S2中，厌氧膜生物反应池设有筒状体形生物膜和锥形填料床；生物膜上部设有抽水管，抽水管通过压力泵与设在下部的穿孔布水管连通，生物膜上部还设有电加热器、温度控制器，生物膜底部设有放水阀；填料床设在生物膜中间，其上部设有液气分离器和分离板，液气分离器的上部与气压阀和泄气阀连通；厌氧氨氧化池外部设有连通堆料床的若干取样阀。
[0018]优选地，所述步骤S2中，生物气净化装置上设置有燃料模块，燃料模块通过气路管道与泄气阀相连，并将沼气输送至燃料罐内进行燃烧；SOFC电堆模块的进气口与气路通道的出气口连通，SOFC电堆模块包括SOFC电堆、气体驱动器、加热器、输出端及进水口；SOFC电堆的进气口与空压机的出气口相连，空压机的进气口与外界空气连通；水泵的出水口与SOFC电堆的进水口相连；SOFC电堆的输出端与直流排的输入端相连，直流排通过逆变器与蓄电池相连。
[0019]优选地，所述步骤S3中，电能检测模块Ⅰ包括控制模块、环境采集模块与无线传输模块，环境采集模块的内部包括电流检测模块、电压检测模块、温湿度检测模块、光照传感模块与气候传感模块，环境采集模块通过无线传输模块与计算调度模块相连，控制模块的外侧设置有报警模块，电流检测模块、电压检测模块、温湿度检测模块、光照传感模块与气候传感模块之间设置有数据储存模块。
[0020]优选地，所述步骤S3中，电能检测模块Ⅱ包括气体传感器、浓度检测模块、显示模块和无线通信模块，气体传感器包括非色散红外甲烷传感器、非色散红外二氧化碳传感器和非色散红外氮气传感器；浓度检测模块采集气体传感器的浓度值，将浓度值划分为不同的浓度等级，并将气体浓度等级传输至显示模块，电能检测模块Ⅱ通过无线通信模块与计算调度模块相连。
[0021]优选地，所述步骤S3中，计算调度模块获取各时刻的发电量、耗电量，并将发电量、耗电量输入调度模型，采用混合引力搜索算法和原始对偶内点法进行求解，得到调度时期内各时刻太阳能水资源提取系统与生物能水资源提取系统的供电调配系统，供电调配系统以成本最小、安全裕度最大为目标进行构建。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0023]通过构建太阳能水资源提取系统，利用太阳能电池为压缩机、冷凝器供电，实现内部的能源自给处理；
[0024]构建生物能水资源提取系统，利用沼气通过生物气净化装置燃烧产生电能为厌氧膜生物反应池、回收厌氧膜反应器供电，实现内部的能源自给处理；
[0025]构建能源自给的供电调配系统，利用计算调度模块实现电能在两个系统之间的调
度，保证能源自给的安全可靠运行。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本专利技术的结构示意图。
[0028]图2是本专利技术的原理连接框图。
[0029]图中：1、太阳能电池；2、压缩机；3、冷凝器；4、水箱；5、供电调配系统。
具体实施方式
[0030]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0031]实施例1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沙漠立体式水资源提取系统的构建及调配方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构建太阳能水资源提取系统：包括太阳能电池(1)、压缩机(2)、冷凝器(3)和水箱(4)，太阳能电池(1)架设在高处，太阳能电池(1)通过逆变器电连接蓄电池；压缩机(2)、冷凝器(3)和水箱(4)依次密闭连接，压缩机(2)位于太阳能电池(1)下方，压缩机(2)的侧面设有与冷凝器(3)连通的输送管道，冷凝器(3)将冷却后的水分别与若干水箱(4)相连，水箱(4)分别与对应的用户相连；太阳能电池(1)为压缩机(2)、冷凝器(3)供电；S2、构建生物能水资源提取系统：包括厌氧膜生物反应池、生物气净化装置、厌氧氨氧化池、填料深度处理池和回收厌氧膜反应器，厌氧膜生物反应池与用户的废水池相连，并将废水池内的废水进行曝气产生沼气、过滤处理生成固体颗粒；沼气通过生物气净化装置燃烧产生电能为厌氧膜生物反应池、回收厌氧膜反应器供电；固体颗粒经由厌氧氨氧化池、填料深度处理池和回收厌氧膜反应器进行脱氮处理并回收富含磷元素的堆料，堆料用于沙漠土壤复垦；S3、构建能源自给的供电调配系统(5)：包括位于太阳能水资源提取系统内的电能检测模块Ⅰ、位于生物能水资源提取系统内的电能检测模块Ⅱ，以及连接电能检测模块Ⅰ和电能检测模块Ⅱ的计算调度模块，计算调度模块用于对太阳能电池(1)、生物气净化装置的发电量进行预测，并对沙漠每日耗电量进行预测分析，从而实现电能在太阳能水资源提取系统与生物能水资源提取系统之间的调度。2.如权利要求1所述的沙漠立体式水资源提取系统的构建及调配方法，其特征在于，所述步骤S1中，太阳能水资源提取系统包括如下部件：太阳能电池(1)，用于吸收太阳的能量将其转化为电能，并储存在蓄电池中；空气过滤器，用于过滤空气中的灰尘、污染物和细菌，以保证所提取的水的卫生安全；压缩机(2)，用于将空气压缩成高压气体，并将其送入冷凝器(3)；冷凝器(3)，用于冷却高压气体，将其冷却至露点以下的温度，使水蒸气凝结成水；水分离器，用于将凝结的水与未凝结的气体分离，将水收集到水箱(4)中；智能控制系统，用于控制整个装置的运行。3.如权利要求1或2所述的沙漠立体式水资源提取系统的构建及调配方法，其特征在于，所述步骤S1中，压缩机(2)采用额定功率为147.1kw/s、能效比为5的空气压缩机(2)，收集水的效率为80％。4.如权利要求1所述的沙漠立体式水资源提取系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘银华，彭奇，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：