專利名稱：壓力前池式雨水發(fā)電系統(tǒng)及方法
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，特別是一種壓力前池式雨水發(fā)電系統(tǒng)及方法。
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。雨水資源作為一種潛在的水資源，對(duì)于緩解水資源供需矛盾具有重要的作用。我國(guó)雨水資源豐富，多年平均降水量為61900億m3，可開發(fā)利用的潛力非常巨大。雨能資源作為一種可再生能源，由于其與天俱來的勢(shì)能以及其潔凈、無害的特點(diǎn)，成為微小水力發(fā)電的重要補(bǔ)充。充分利用雨水雨能資源，對(duì)于改善能源結(jié)構(gòu)、減少化石能源對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響以及緩解水資源短缺的矛盾，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，具有深遠(yuǎn)的意義。目前，世界上許多國(guó)家都已開展城市雨水資源化和農(nóng)業(yè)雨水的集蓄利用，其中以德國(guó)的雨洪收集利用技術(shù)最為先進(jìn)，基本形成了一套完整、實(shí)用的理論和技術(shù)體系。在美國(guó)、丹麥、日本、澳大利亞、加拿大等國(guó)家，也通過采取修建小型水池、水倉、塘壩、淤地壩等工程措施，攔蓄雨水進(jìn)行灌溉、沖洗廁所、消防和應(yīng)急用水等。在我國(guó)，雨水利用還只是停留在山區(qū)水庫這個(gè)層面，大量的城市降水被浪費(fèi)掉，即便實(shí)施了部分城市雨水利用的措施，但始終未能做到雨污排水系統(tǒng)分離，雨水資源的回收利用仍然經(jīng)歷先污染再凈化的過程，這樣不僅造成雨水利用成本偏高，而且不能有效發(fā)揮雨水作為清潔能源的優(yōu)勢(shì)。總而言之，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)雨水資源的利用大部分只是停留在水資源的天然職能上，與水力發(fā)電結(jié)合起來的綜合利用需要引起更多關(guān)注。

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，提供一種壓力前池式雨水發(fā)電系統(tǒng)及方法。壓力前池式雨水發(fā)電系統(tǒng)包括房屋屋面、集流管、水箱、溢流孔、排污孔、支架、引水管、取水管、取水控制閥、水輪機(jī)引水控制閥、水輪發(fā)電機(jī)、尾水道和輸出線路，房屋屋面與水箱通過集流管相連接，水箱與水輪發(fā)電機(jī)通過引水管相連接，在支架上設(shè)有水箱，水箱上部設(shè)有溢流孔，水箱底部設(shè)有排污孔，在引水管上設(shè)有取水管和水輪機(jī)引水控制閥，在取水管上設(shè)有取水控制閥，在水輪發(fā)電機(jī)上設(shè)有尾水道和輸出線路。壓力前池式雨水發(fā)電方法是利用房屋屋面收集雨水，通過集流管匯集于水箱中， 當(dāng)水箱中的水位達(dá)到工作水位時(shí)，打開水輪機(jī)引水控制閥，蓄積的雨水推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)出的電能通過輸出線路輸給用戶使用，發(fā)電后的尾水通過尾水道排出，排入就近的水庫、池塘或蓄水設(shè)施中，以供進(jìn)一步收集利用，或排入下水道棄掉；當(dāng)水箱蓄滿時(shí)，多余的雨水由溢流孔溢出，這部分雨水收集利用或棄掉；當(dāng)集流管的集流量小于水輪發(fā)電機(jī)的引水流量時(shí)，關(guān)閉水輪機(jī)引水控制閥，水輪發(fā)電機(jī)停止工作，水箱中貯存的雨水在需要時(shí)通過取水管在取水控制閥的控制下提供用戶使用；水箱內(nèi)沉積的雜質(zhì)通過排污孔排出。本發(fā)明將雨水資源開發(fā)與水力發(fā)電相結(jié)合，形成“雨水電站”，能有效地實(shí)現(xiàn)雨水資源的綜合利用，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、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。本發(fā)明所采用的作為壓力前池的水箱具有調(diào)壓和儲(chǔ)水雙重功能，減少了雨水發(fā)電的復(fù)雜性，降低了雨水發(fā)電設(shè)施的投資成本。


圖1是壓力前池式雨水發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，壓力前池式雨水發(fā)電系統(tǒng)包括房屋屋面1、集流管2、水箱3、溢流孔 4、排污孔5、支架6、引水管7、取水管8、取水控制閥9、水輪機(jī)引水控制閥10、水輪發(fā)電機(jī) 11、尾水道12和輸出線路13，房屋屋面1與水箱3通過集流管2相連接，水箱3與水輪發(fā)電機(jī)11通過引水管7相連接，在支架6上設(shè)有水箱3，水箱3上部設(shè)有溢流孔4，水箱3底部設(shè)有排污孔5，在引水管7上設(shè)有取水管8和水輪機(jī)引水控制閥10，在取水管8上設(shè)有取水控制閥9，在水輪發(fā)電機(jī)11上設(shè)有尾水道12和輸出線路13。壓力前池式雨水發(fā)電方法是降雨時(shí)，利用房屋屋面1收集雨水，通過集流管2匯集于水箱3中，當(dāng)水箱3中的水位達(dá)到工作水位時(shí)，打開水輪機(jī)引水控制閥10，蓄積的雨水推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)11發(fā)電，發(fā)出的電能通過輸出線路13輸給用戶使用，發(fā)電后的尾水通過尾水道12排出，排入就近的水庫、池塘或蓄水設(shè)施中，以供進(jìn)一步收集利用，或排入下水道棄掉；當(dāng)水箱3蓄滿時(shí)，多余的雨水由溢流孔4溢出，這部分雨水收集利用或棄掉；當(dāng)集流管2 的集流量小于水輪發(fā)電機(jī)11的引水流量時(shí)，關(guān)閉水輪機(jī)引水控制閥10，水輪發(fā)電機(jī)11停止工作，水箱3中貯存的雨水在需要時(shí)通過取水管8在取水控制閥9的控制下提供用戶使用； 水箱3內(nèi)沉積的雜質(zhì)通過排污孔5排出。本發(fā)明選擇雨量較為豐富的地區(qū)，首先改造房屋雨水管道，鋪設(shè)形成雨水集流管道，將集流管連接到安設(shè)在支架的水箱上，安設(shè)水輪發(fā)電機(jī)，將水輪發(fā)電機(jī)通過引水管與水箱相連接，從而形成“雨水電站”?！坝晁娬尽钡难b機(jī)容量主要取決于水箱與水輪機(jī)之間的水位差和引水流量，為了保證水輪機(jī)工作水頭和雨水收集量，“雨水電站”選址時(shí)應(yīng)考慮有足夠的建筑高度和集水面積，為了提高集水面積，可以將相鄰房屋屋面通過管道相連接再匯總到集流管上；當(dāng)降雨來臨時(shí)，利用水箱收集雨水，只要雨量達(dá)到一定規(guī)模，當(dāng)水位達(dá)到一定值時(shí)，便可打開水輪機(jī)引水控制閥，推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，并收集雨水資源，從而實(shí)現(xiàn)雨水雨能資源的綜合利用。為了防止樹葉等進(jìn)入雨水發(fā)電系統(tǒng)，應(yīng)在房頂雨水進(jìn)水口上安設(shè)攔污篩。本發(fā)明既適用于山區(qū)，又適用于平原地區(qū)；既適用于農(nóng)村，又適用于城市；既可以與周邊水電站相結(jié)合，也可以形成獨(dú)立的“雨水電站”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。
權(quán)利要求
1.一種壓力前池式雨水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括房屋屋面(1)、集流管(2)、水箱 (3)、溢流孔(4)、排污孔(5)、支架(6)、引水管(7)、取水管(8)、取水控制閥(9)、水輪機(jī)引水控制閥(10 )、水輪發(fā)電機(jī)(11)、尾水道(12 )和輸出線路(13 )，房屋屋面(1)與水箱(3 )通過集流管(2)相連接，水箱(3)與水輪發(fā)電機(jī)(11)通過引水管(7)相連接，在支架(6)上設(shè)有水箱(3)，水箱(3)上部設(shè)有溢流孔(4)，水箱(3)底部設(shè)有排污孔(5)，在引水管(7)上設(shè)有取水管(8 )和水輪機(jī)弓I水控制閥(10 )，在取水管(8 )上設(shè)有取水控制閥(9 )，在水輪發(fā)電機(jī)(11)上設(shè)有尾水道(12)和輸出線路(13)。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的壓力前池式雨水發(fā)電方法，其特征在于降雨時(shí)， 利用房屋屋面(1)收集雨水，通過集流管(2)匯集于水箱(3)中，當(dāng)水箱(3)中的水位達(dá)到工作水位時(shí)，打開水輪機(jī)引水控制閥(10)，蓄積的雨水推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)(11)發(fā)電，發(fā)出的電能通過輸出線路(13)輸給用戶使用，發(fā)電后的尾水通過尾水道(12)排出，排入就近的水庫、池塘或蓄水設(shè)施中，以供進(jìn)一步收集利用，或排入下水道棄掉；當(dāng)水箱(3)蓄滿時(shí)，多余的雨水由溢流孔(4)溢出，這部分雨水收集利用或者棄掉；當(dāng)集流管(2)的集流量小于水輪發(fā)電機(jī)(11)的引水流量時(shí)，關(guān)閉水輪機(jī)引水控制閥(10)，水輪發(fā)電機(jī)(11)停止工作，水箱 (3)中貯存的雨水在需要時(shí)通過取水管(8)在取水控制閥(9)的控制下提供用戶使用；水箱 (3)內(nèi)沉積的雜質(zhì)通過排污孔(5)排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓力前池式雨水發(fā)電系統(tǒng)及方法。它包括房屋屋面、集流管、水箱、支架、引水管、取水管、取水控制閥、水輪機(jī)引水控制閥、水輪發(fā)電機(jī)、尾水道和輸出線路等，房屋屋面與水箱通過集流管相連接，水箱與水輪發(fā)電機(jī)通過引水管相連接，在支架上設(shè)有水箱，水箱上部設(shè)有溢流孔，水箱底部設(shè)有排污孔，在引水管上設(shè)有取水管和水輪機(jī)引水控制閥，在取水管上設(shè)有取水控制閥，在水輪發(fā)電機(jī)上設(shè)有尾水道和輸出線路。本發(fā)明將雨水資源開發(fā)與水力發(fā)電相結(jié)合，形成“雨水電站”，能有效地實(shí)現(xiàn)雨水資源的綜合利用，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。采用的水箱具有調(diào)壓和儲(chǔ)水雙重功能，減少了雨水發(fā)電的復(fù)雜性，降低了投資成本。
文檔編號(hào)E02B9/00GK102425144SQ201110282879
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者劉國(guó)良, 徐曉東, 曹曉萌, 鐘京華, 顧正華 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)