小区进排水管道发电装置创新设计

小区进排水管道发电装置创新设计
1引言
众所周知，电能是重要的二次能源，应用于现代社会各个方面。

我国是仅次于美国的发电大国，而其中80%为火力发电[1]。

火力发电每天燃烧大量的煤和石油，并且污染环境。

当前能源形势严峻，尤其是世界能源危机，依赖于煤炭，石油等一次能源的电能形势岌岌可危，电力严重短缺[1]。

因此，合理用电，节约用电，以及将一些废弃、闲置能量转化为电能[2]已经成为节能减排工作中的重中之重。

目前，社区、厂区、办公区等区域的供水系统用水量存在时间分配不均匀的现象，因此用水量小于设计值，管道中就存在闲置的能量。

所以，我们利用将区域供水处闲置的水能转化为电能用于厂区、公共场所照明等诸多方面[3]，从而达到节约能源、提高能源利用效率和效益的目的。

水，是地球上所有生命的生命之源，水质与每一条生命息息相关。

生活废水、工业废水等必须经过处理达标后才能排放。

而在将污水输送到废水处理厂的过程中由于经历长距离运输，污水会对排水管道造成腐蚀而且污水内各种杂质也容易造成管道阻塞，将影响主排水管道顺畅[4]。

为此，我们利用在区域污水排水处进行污水预处理，既可减少污水中的杂质、颗粒物，又可减少污水中的腐蚀性物质。

2设计方案
本装置主要由三部分组成，即：进水处的发电装置，排水处的发电装置以及这两个装置之间的反馈装置。

反馈装置包括安装于图1中进水管中的（7）感应信号接收装置和安装于图2中排水管壁水深h处的（6）水位传感器。

3工作原理
3.1进水处发电装置工作原理
对于图 1 示的进水发电装置，其工作原理为：当水流过进水管时会冲击叶片组转动从而带动图中蓝色传动轴转动，通过齿轮传动使得发电机转子转动，进而发电获得电能。

同时考虑到该装置发电是以牺牲水流的动能为代价的，所以在用电高峰期时必须减少发电量来保证水流足够的动能。

而实现这一功能是通过将
5片叶片分别用活扣连在外置小电动机的传动轴上。

当接在电动机电路中的信号接收器收到排水管内的水位传感器发出的信号时，电路接通进而电动机启动，图中红色传动轴的转动带动5个叶片张开角度同时减小（见图3）。

故水流损失的动能减小，从而保证了在用水高峰期有足够的水压，经过理论分析，当叶片张开角度减小时水流对其冲击面积减小，满足了发电的同时不影响用户正常用水的要求。

3.2排水发电装置工作原理
对于图2所示的排水发电装置，其工作原理为：当水流过排水管时会冲击叶片组转动从而带动图中蓝色传动轴转动，使发电机转子转动，进而发电获得电能。

同时为了防止污水中的大颗粒杂质和丝状杂质影响叶片的转动，在叶片组外套有一个网罩。

而在滚珠轴承处垫有海绵垫，有防止杂质
阻塞轴承的作用。

3.3反馈调节装置工作原理
图4所示反馈调节装置，其工作原理为：通过调研得知，当排水管中水深为h时该小区达到用水高峰期，此时由水位传感器发送信号1给进水发电装置中的传感信号接收器，信号接收器在接收到信号1后使得电动机电路接通，电动机正向转动带动叶片旋转使之角度减小，呈如图3的状态。

反之，当排水管中水深低于h时说明该小区达到用水低峰期，类似上述过程，此时由水位传感器发送信号2给进水发电装置中的传感信号接收器，信号接收器在接收到信号2后使得电动机电路接通，电动机反转带动叶片旋转使之角度增大，恢复至如图1的状态。

这样的反馈调节保证了在有效获取电能的同时又不影响居民正常用水，达到了节能减排的目的。

4 创新点及应用
4 .1创新点
（1）图1中的进水发电装置能够通过调节叶片张角的大小控制发电量的多少，从而能够在充分利用水能的同时有保障了用户的用水需求。

（2）图2中污水净化材料可吸收污水中的杂质，起到了保护叶轮组的作用，在排水发电装置停止发电的时候便可以提醒使用者进行清理。

另外，该净化材料
采用磺化煤或石英砂这样的可重复利用的材料（其中磺化煤用食盐水浸泡后可重复利用，而石英砂在冲洗后也可重复利用），持久耐用，性价比高，为后续清理节约成本。

（3）反馈调节装置通过流量检测计的使用可以及时控制发电量的目的，既不让水管内水能被闲置，又能保障用户的用水需求。

（4）本套裝置是包括与之相连的一小段水管的整体，该水管采用国家标准，通用型好，使用时只需将原有水管与该装置用水管接头连起来，如此一来，该装置拆卸方便，从而方便后续的清理、维修。

4.2应用前景
（1）适用范围广：本套装置适用于进、排水管集中的区域单位，如居民小区等，但是要求该城市地势起伏落差较大，（如重庆，大连这样“建在山上的都市”就有很好的推广价值）这样就是利用地势的落差弥补排水管道中水压过小甚至不足以发电的弊端，如此一来就很好地利用进水排水过程中的水能，达到节能的效果。

（2）实用性强：该装置构造简单，安装、拆卸、清理维修方便；由于采用国家标准的管子使其通用型好
（3）成本低廉，节约型经济：本套装置采用的小型发电机和相应的蓄电装置，这方面技术已经成熟，故所需费用无需太高，而由此获取的巨大的电能不仅是能源节约的象征，更是经济上的节约。

综上所述，本装置在地势起伏落差较大的城市中有着宽广的应用前景，适宜推广。

5结语
本设计巧妙地从进水管、排水管两方面利用了水管内闲置的动能，从而获得了电能，而这两方面又不是孤立的发电装置，而是通过一反馈调节装置来保证用户用水的需求。

在一般较大区域范围内应用此装置可节约大量的水能，由此产生的电能又可以反馈给用户使用，所以这既是能源上的节约，也是经济上的节约，极具推广意义。

【参考文献】
[1]于良春，林峰山东社会科学《中国发电能源结构与电力生产可持续性分析》. 2006.第1期：93-95。

[2]徐丽，练成燕，金豫佳，黄叶飞上海节能《浅谈城市生活垃圾处理和清洁发展机制》（节能论坛），2010，第7期：15-19。

[3]能源研究与利用《水管水力发电机》，1991，第1期：7。

[4] 黄文献，秦德全科技资讯《废水排海管道防腐措施探讨》（工程技术），2012.NO18：58。