一种用于污水处理厂的水光互补发电系统的制作方法

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体涉及一种用于污水处理厂的水光互补发电系统。

背景技术：

污水中因含污染物总量或浓度较高，达不到排放标准要求或不符合环境容量要求，通常需要进行污水处理，以净化污水，使其满足排放标准或达到再次使用的水质要求；污水处理通常在污水处理厂中进行，污水处理厂一般分为城市集中污水处理厂和各污染源分散污水处理厂，处理后的污水排入水体或城市管道中。

然而，现有技术中，在污水处理过程中存在一些不足，一方面，根据污水处理工艺的不同，污水处理厂中通常设置有众多用于净化污水的处理池，如在一种污水处理工艺中需要依次设置沉砂池、酸解池、生物滤池、二次沉淀池以及消毒池等，处理池占地面积广，但用途单一，资源利用率低；另一方面，污水处理厂处理污水的过程是一个层层净化、连续的处理过程，水流动的产生动能没有及时利用，都浪费掉了。

技术实现要素：

为改善现有技术中的不足，本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于污水处理的水光互补发电系统，包括太阳能发电模块、水力发电模块、输出模块以及控制器，所述太阳能发电模块及水力发电模块分别与输出模块相连；所述太阳能发电模块包括光伏板和逆变器，所述光伏板通过支架设置于处理池上方，并与逆变器相连，光伏板用于将太阳能转换成电能；所述水力发电模块包括水轮机，所述水轮机设置于处理池的进水口和/或出水口和/或相邻两处理池之间的位置处，水力发电模块用于将水能装换为电能；所述控制器用于控制水力发电模块的启/停，和/或控制输出模块以调节电能的输出。

优选地，所述支架设置于处理池内，和/或设置于处理池的边沿位置处。既节省占地面积，又可以对处理池壁起到适当的保护作用。

一种方案中，所述支架包括竖直架，所述竖直架竖直设置于处理池内，光伏板设置于竖直架的顶部，并高于处理池。

优选地，所述竖直架的表面可以设置有防腐层。

另一种方案中，所述支架还包括U形架，所述U形架横跨所述处理池，且U 形架的两端分别固定在处理池的边沿处，所述竖直架设置在U形架上，光伏板设置于竖直架的顶部。既节省占地面积，又可以对处理池壁起到适当的保护作用。

优选地，所述输出模块包括输入端和若干输出端，所述输出端分别通过开关并联在输入端，所述开关均与控制器相连，控制器可以分别控制各开关的通/ 断。输出端用于分别连接不同的用电设备或电网，控制器通过控制各输出端的通/断，可以实现对电能输出位置(输出去向)的有效控制。

优选地，所述开关为电磁继电器。

在优选地方案中，所述光伏板为薄膜太阳能电池板。相较于晶体硅太阳能电池板，薄膜太阳能电池板在弱光条件、风沙等恶劣条件下发出的电能多出2％～ 9％，可以增大电能输出的稳定性了，并且薄膜太阳能电池板的抗辐射性能与抗低温性能更优，薄膜太阳能电池板的封装工艺比晶体硅太阳能电池板更安全，更适用于在污水处理厂等环境中进行安装和使用，有利于延长光伏发电设备的使用寿命，降低资源浪费。

优选地，所述水轮机为贯流式水轮机，所述贯流式水轮机的叶片上设置有防腐蚀涂料。贯流式水轮机，过流量大，比转速高，相较其他形式的水轮机，贯流式水轮机更适用于污水处理厂中低水头的情况，能实现良好的发电效果；在水轮机工作的过程中，水轮机叶片浸在污水中，为了防止污水对水轮机的叶片造成腐蚀，因此需要在叶片上设置防腐蚀涂料。

进一步地，所述水力发电模块还包括传动装置和发电机，其中，所述传动装置用于连接水轮机和发电机，发电机用于产生交流电。

优选地，所述传动装置为增速器。

进一步地，还包括上位机，所述上位机用于与控制器之间进行有线和/或无线通信。

优选地，所述控制器为PLC，所述PLC与所述上位机之间通过采用PROFIBUS 通信协议进行通信。

优选地，所述PLC采用Versamax系列PLC。

优选地，所述上位机为PC机。

进一步地，还包括蓄电池，所述蓄电池与所述输出模块的输出端相连，蓄电池用于存储电能。

在优选地方案中，所述蓄电池为锂空气电池或锂电池。锂空气电池相较于传统的锂电池，技术成本约为当前技术的1/5，而且对运行地点要求极低，并能实现零排放。

与现有技术相比，使用本实用新型提供的一种用于污水处理厂的水光互补发电系统，可以充分利用污水处理厂闲置的空间，在处理污水的同时，还能进行太阳能发电和水力发电，且所发电能，不仅可以为污水处理厂内的设备提供电源，而且可以污水处理厂周边的用户提供电源或并入电网中，既节能，又环保。

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中提供的一种用于污水处理厂的水光互补发电系统的结构框图。

图2为本实用新型实施例1中提供的一种用于污水处理厂的水光互补发电系统中，光伏板的一种安装示意图。

图3为本实用新型实施例1中提供的一种用于污水处理厂的水光互补发电系统中，光伏板的另一种安装示意图。

图4为本实用新型实施例1中提供的一种用于污水处理厂的水光互补发电系统中，输出模块的结构示意图。

图5为本实用新型实施例1中提供的一种用于污水处理厂的水光互补发电系统，布置在污水处理厂中的结构示意图。

图中标记说明

处理池101，污水102，

光伏板201，竖直架202，U形架203，

输入端301，开关302，输出端303。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

请参阅图1，本实施例中提供了一种用于污水处理的水光互补发电系统，包括太阳能发电模块、水力发电模块、输出模块以及控制器，太阳能发电模块及水力发电模块分别与输出模块相连；其中，

太阳能发电模块包括光伏板和逆变器，光伏板通过支架设置于处理池上方，不仅可以充分、合理的利用污水处理厂的闲置空间，增大光照面积，而且可以对污水处理厂内的部分曝光设备起到遮蔽保护作用，光伏板与逆变器相连，光伏板用于将太阳能转换成电能，逆变器用于将电能转换成交流电，以便为污水处理厂的相关设备或污水处理厂周边的用户提供电源；

水力发电模块包括水轮机，水轮机设置于处理池的进水口和/或出水口和/ 或相邻两处理池之间的位置处，水力发电模块用于将水能装换为电能；从而可以充分利用污水处理厂中污水流动产生的动能，并转换成可以利用的清洁电能，以便为污水处理厂的相关设备或污水处理厂周边的用户提供电源；

如图1所示，图中虚线代表用于传输数据和/或控制信号，带箭头的实线代表用于传输电能；控制器用于控制水力发电模块的启/停或发电功率等，以便根据不同的用电情况，合理地调整水力发电模块的发电量，同时，也可以通过控制输出模块，实现调节电能的输出位置的目的，如可以通过输出模块将电能输送到电网中，也可以将电能输送到污水处理厂的相关设备中，还可以将多余的电能输送到蓄电池中存储起来等，以便充分、合理的利用电能。

在优选地方案中，光伏板为薄膜太阳能电池板。相较于晶体硅太阳能电池板，薄膜太阳能电池板在弱光条件、风沙等恶劣条件下发出的电能多出2％～9％，可以增大电能输出的稳定性了，并且薄膜太阳能电池板的抗辐射性能与抗低温性能更优，薄膜太阳能电池板的封装工艺比晶体硅太阳能电池板更安全，更适用于在污水处理厂等环境中进行安装和使用，有利于延长光伏发电设备的使用寿命，降低资源浪费。

在优选地方案中，水轮机为贯流式水轮机，贯流式水轮机的叶片上设置有防腐蚀涂料。贯流式水轮机，过流量大，比转速高，相较其他形式的水轮机，贯流式水轮机更适用于污水处理厂中低水头的情况，能实现良好的发电效果；在水轮机工作的过程中，水轮机叶片浸在污水中，为了防止污水对水轮机的叶片造成腐蚀，因此需要在叶片上设置防腐蚀涂料。

一种方案中，支架可以设置于处理池101内，如图2所示，支架为竖直架 202，若干竖直架202分别竖直设置在处理池101内，光伏板201分别设置在竖直架202的顶部，并高于处理池101，各光伏板201之间通过串联或并联与逆变器相连，以便输出电能；处理池101可以是污水102处理工艺中的各处理池101，如沉砂池、酸解池、生物滤池、二次沉淀池以及消毒池等；竖直架202的表面可以设置有防腐层。

一种方案中，支架可以设置于处理池101的边沿位置处，如图3所示，支架包括U形架203和竖直架202，其中，U形架203横跨处理池101，U形架203 的两端分别固定在处理池101的边沿处，竖直架202设置在U形架203上，光伏板201设置于竖直架202的顶部，并位于处理池101上方；这样，既节省占地面积，又可以对处理池101壁起到适当的保护作用。

在进一步地方案中，水力发电模块还包括传动装置和发电机，传动装置用于连接水轮机和发电机，传动装置优先采用增速器，以便将低转速的水轮机转换为高转速，并带动发电机产生交流电，以便对外供电。

在优选地方案中，输出模块包括输入端301和若干输出端303，各输出端 303分别通过开关302并联在输入端301，如图4所示，所述开关302均与控制器相连，控制器可以分别控制各开关302的通/断，从而实现控制各输出端303 是/否与输入端301连通，而输出端303可以分别连接不同的用电设备或电网，进而实现对电能输出位置的有效控制；在本实施例中，所述开关302优先采用电磁继电器，太阳能发电模块以及水力发电模块用于输出电能的端口与输出模块的输入端301相连。

可选的，还包括上位机，上位机用于与控制器之间进行有线和/或无线通信，工作人员既可以通过上位机向控制器发送控制指令，也可以通过控制器查看各设备的运行状态，在本实施例中，上位机为PC机或工控PC机，上位机可以是污水处理厂中集控室内的PC机或工控PC机，如图5所示，在一种方案中，污水处理厂的一种污水处理工艺中，污水需要依次设置格栅、沉砂池、酸解池、生物滤池、二次沉淀池以及消毒池，从而获得净化后的水，在本污水处理工艺中，在格栅与沉砂池之间、生物滤池与二次沉淀池之间以及消毒池之后，分别设置有水轮机，用于水力发电；在沉砂池、酸解池、生物滤池、二次沉淀池以及消毒池上分别设置有光伏板，用于太阳能发电；水力所发电能及太阳能所发电能均在控制器的控制下，图中虚线为控制信号，从输出模块输出，以便向污水处理厂的设备供电或向污水处理厂周围的用户供电或并入电网中；同时，控制器可以控制各水力发电模块的启/停或发电功率，使得太阳能发电和水力发电可以相互配合、协调、互补，例如，在白天有阳光的情况下，太阳能发电模块产生的电能较多，从而可以适当降低水力发电模块的输出功率或关闭部分水力发电模块，在夜间下，太阳能发电模块不能发电，从而可以适当增加水力发电模块的输出功率或启动全部的水力发电模块，以保证有充分的电能可以对外供电。

在本实施例中，控制器采用的是PLC(可编程逻辑控制器)，PLC与上位机及周边设备之间可以通过采用PROFIBUS通信协议进行通信；可以优先采用 Versamax系列PLC，PLC的所有的I/O接口电路光电隔离，输入端有滤波器，并且具有良好的封装结构，更适用于现场的恶劣的工作环境。

可选的，还包括蓄电池，蓄电池与输出模块相连，具体而言，蓄电池可以连接在输出模块的某一输出端303上，以便在控制器的控制作用下将多余的电能储存到蓄电池中；本领域的技术人员可以理解，在输出端与蓄电池之间通常还需要设置整流器，是现有技术，这里不再赘述。

一种方案中，蓄电池优先采用锂空气电池，也可以采用锂电池。锂空气电池相较于传统的锂电池，技术成本约为当前技术的1/5，而且对运行地点要求极低，并能实现零排放。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。