題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 自適應(yīng)WLB（風(fēng)光氣）三維集中網(wǎng)絡(luò)供電供熱裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本裝置是利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、沼氣發(fā)酵互補(bǔ)特性的新型供電供熱裝置，可有效解決無(wú)風(fēng)或無(wú)陽(yáng)光或無(wú)沼氣供應(yīng)中斷問(wèn)題，能提高供電、供熱穩(wěn)定性和可靠性，屬于多重能源生產(chǎn)利用技術(shù)領(lǐng)域。產(chǎn)品直接應(yīng)用于可再生能源技術(shù)領(lǐng)域，采用的主要技術(shù)有：自適應(yīng)模糊控制技術(shù)，復(fù)合式平板熱管太陽(yáng)能電池板設(shè)計(jì)，同軸雙轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，浮罩式生物質(zhì)能發(fā)酵裝置體設(shè)計(jì)。可實(shí)現(xiàn)恒溫反應(yīng)、連續(xù)加料不漏氣、無(wú)動(dòng)力連續(xù)卸料、無(wú)動(dòng)力固液分離和沼液循環(huán)利用。
- 詳細(xì)介紹：
- 作品分為四個(gè)模塊來(lái)完成主體構(gòu)架，主要有連續(xù)式生物質(zhì)能發(fā)酵裝置的更新與設(shè)計(jì)、同軸多轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)的更新與設(shè)計(jì)、自動(dòng)尋光太陽(yáng)能帆板發(fā)電裝置的更新與設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)三個(gè)裝置合理優(yōu)化工作的自適應(yīng)WLB（風(fēng)光氣）三維集中網(wǎng)絡(luò)供電供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)。 裝置優(yōu)勢(shì)：1、本設(shè)計(jì)采用的各個(gè)系統(tǒng)保證僅靠人力就可以完成整個(gè)沼氣生產(chǎn)過(guò)程。對(duì)小戶型生產(chǎn)具有實(shí)際意義。2、操作無(wú)動(dòng)力。本裝置采用圓筒錐體（上、下部接口處采用流線型設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)，利用重錘提升堵口系統(tǒng)來(lái)控制出料，實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力人工操作自動(dòng)卸料，使沼液、沼渣合理衛(wèi)生的排放。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高， 運(yùn)行維護(hù)成本低。3、大小靈活、適用范圍廣。本裝置可作成4 m3、6 m3、8 m3等不同大小型號(hào)，安裝、拆卸及轉(zhuǎn)移方便。實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料后，產(chǎn)氣量可維持一家照明、洗澡、日常做飯使用，適用于農(nóng)村小戶沼氣生產(chǎn)和城市小區(qū)有機(jī)廢棄物處理。4、太陽(yáng)能板可靈活安裝。本設(shè)計(jì)利用復(fù)合式平板熱管太陽(yáng)能電池板既能供電也能加熱水。太陽(yáng)能可依據(jù)安裝地實(shí)際情況進(jìn)行放置，操作方便。5、同軸多轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)可靈活安裝。本設(shè)計(jì)利用同軸雙轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)發(fā)電。風(fēng)機(jī)可根據(jù)安裝地實(shí)際情況進(jìn)行放置，操作方便。6、采用聯(lián)鎖機(jī)械發(fā)條式自轉(zhuǎn)動(dòng)太陽(yáng)能迎光風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖機(jī)械發(fā)條式自轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)復(fù)合式平板熱管太陽(yáng)能電池板自動(dòng)迎光。7、利用太陽(yáng)能、風(fēng)能的互補(bǔ)特性，可以獲得比較穩(wěn)定的總輸出，有效解決無(wú)風(fēng)或無(wú)陽(yáng)光電力供應(yīng)中斷問(wèn)題，提高供電的穩(wěn)定性和可靠性，在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲(chǔ)能蓄電池的容量。8、對(duì)風(fēng)電和光電、沼氣利用進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和匹配后，可以基本上保障用戶電力供應(yīng)，無(wú)需配備其他電源。本設(shè)計(jì)所需主要零部件有雙層真空結(jié)構(gòu)圓筒錐體池體、復(fù)合式平板熱管太陽(yáng)能電池板、同軸雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)械發(fā)條自轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、自適應(yīng)控制裝置、控制器、逆變器、離心式螺旋齒固液分離器、重錘提升及攪拌桿（鋁合金材料）、軸承（3個(gè)）、螺母（數(shù)個(gè)）、變壓器。4立方米池體自適應(yīng)WLB（風(fēng)光氣）三維集中網(wǎng)絡(luò)供電供熱裝置的造價(jià)5200元，6立方米的大概需要5700元。小戶型連續(xù)式恒溫生物質(zhì)能發(fā)酵裝置可供小戶人家做飯照明，每年大約節(jié)約電費(fèi)850元，燃料費(fèi)2100元，每個(gè)裝置可使用15年以上，經(jīng)濟(jì)效果好。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：有效解決傳統(tǒng)風(fēng)光互補(bǔ)供電裝置轉(zhuǎn)化率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易維護(hù)等不足之處，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能，風(fēng)能，生物質(zhì)能三者的高效富集和適時(shí)、適量調(diào)節(jié)，使產(chǎn)能最優(yōu)；解決生物質(zhì)能發(fā)酵時(shí)溫度不恒定、產(chǎn)氣率低、進(jìn)料不連續(xù)、出料不連續(xù)且有安全隱患、沼液沼渣循環(huán)利用率低下等技術(shù)難題。最終能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立供電、供熱，合理高效分配綠色能源，走清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略宏圖。創(chuàng)新點(diǎn)：1、集風(fēng)能、太陽(yáng)能、沼氣于一體的綜合利用設(shè)備。2、池體采用雙層真空結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)沼氣發(fā)酵恒溫發(fā)酵，自動(dòng)控溫。采用螺旋齒狀出料器與浮罩式頂蓋，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料連續(xù)不漏氣，發(fā)酵過(guò)程不中斷3、采用復(fù)合式平板熱管太陽(yáng)能電池板，同軸多轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)。4、經(jīng)濟(jì)效益好、體積小、安裝拆卸方便，適合多種地形。主要技術(shù)關(guān)鍵：1、控制模塊設(shè)計(jì)2、風(fēng)、光系統(tǒng)設(shè)計(jì)3、生物質(zhì)能發(fā)酵裝置設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：1、沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，塑料材料池體壁厚6—8mm，加膠衣時(shí)可達(dá)到80mPa以上。4m3正常工作氣壓小于4Kpa；極限承壓6Kpa。氣容量：總池容的1/5，采光面積日光溫室大于1～2 m2/ m3，自重:小于13kg/ m3，沼氣占地面積：0.6～1.5 m2/m3。3、復(fù)合式平板熱管太陽(yáng)能電池板發(fā)電系統(tǒng)電池采用多晶硅制作工藝，其光電轉(zhuǎn)換效率約12％左右，利用機(jī)械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過(guò)17％。面板采用多組件平面網(wǎng)狀拼接，中間溝槽鋪設(shè)熱管散熱裝置。4、同軸多轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。起動(dòng)風(fēng)速：1.5m/s，額定風(fēng)速：8m/s，額定功率：400W
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 近年來(lái)，我國(guó)在綠色能源利用方面獲得了迅速的發(fā)展。特別是在建設(shè)新農(nóng)村政策的號(hào)召下，綜合型開發(fā)和利用能源的設(shè)備前景廣闊?，F(xiàn)有綠色能源利用裝置中主要存在風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)裝置、沼氣發(fā)酵裝置這兩大類?？墒莾烧叨即嬖诟髯缘娜秉c(diǎn)，使得現(xiàn)有能源利用裝置的局限性較大。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有農(nóng)村風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)裝置、沼氣發(fā)酵裝置進(jìn)行全面細(xì)致的分析，探究目前上述裝置的技術(shù)難點(diǎn)，并通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證，打造出一款能真正解決目前農(nóng)村綠色能源綜合利用的裝置。太陽(yáng)能利用將采用復(fù)合式平板熱管太陽(yáng)能電池板，并進(jìn)一步改進(jìn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。兼?zhèn)錈崮芘c電能雙吸收，同時(shí)有利于電池板散熱，有效提高效率30%左右。風(fēng)能利用將采用同軸多轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)，減小風(fēng)機(jī)阻力，提高轉(zhuǎn)化效率，實(shí)現(xiàn)效率最大化。沼氣發(fā)酵裝置采用螺旋齒狀出料器與浮罩式頂蓋，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料連續(xù)不漏氣，發(fā)酵過(guò)程不中斷。同時(shí)采用雙層真空節(jié)能保溫設(shè)計(jì)解決溫度原因產(chǎn)生的產(chǎn)率低，季節(jié)短等問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出，能高效完成池體保溫，確保冬季沼氣發(fā)酵溫度。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月29日在學(xué)校舉辦的第四屆“創(chuàng)新杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲科技發(fā)明制作類一等獎(jiǎng)。 2011年5月21日，在省級(jí)舉辦的第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽終審決賽中榮獲科技發(fā)明制作類一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 委托中介機(jī)構(gòu)
作品可展示的形式
- 模型 圖紙 現(xiàn)場(chǎng)演示圖片 錄像 樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1、新型發(fā)酵裝置，改進(jìn)開發(fā)出浮罩式頂蓋及螺旋齒狀出料器解決了進(jìn)出料不連續(xù)，廢料不成形等問(wèn)題，有利于綠色肥料的產(chǎn)出利用與推廣，更大膽采用雙層真空保溫池體及熱管增溫，實(shí)現(xiàn)池體恒溫高效發(fā)酵，提高產(chǎn)氣率，延長(zhǎng)發(fā)酵周期，增強(qiáng)抗環(huán)境影響能力。2、同軸多轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)，豎直轉(zhuǎn)軸，阻力小，自動(dòng)迎風(fēng)，多轉(zhuǎn)子機(jī)身，產(chǎn)電效率高。3、復(fù)合式熱管太陽(yáng)能電池板，創(chuàng)新提出熱能電能雙吸收模式，機(jī)械發(fā)條迎風(fēng)裝置，大大提高太陽(yáng)能使用效率，有利于太陽(yáng)能使用的進(jìn)一步推廣。適用范圍：由于自身抗環(huán)境能力強(qiáng)，設(shè)計(jì)可做成不同尺寸，安裝及拆卸方便，適用范圍廣。以貴州為例開始試用，最終推廣全國(guó)。推廣前景及經(jīng)濟(jì)效益：新農(nóng)村開始建設(shè)以來(lái)，環(huán)保節(jié)能日益突出，新型綠色能源開發(fā)利用成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展主流。而“風(fēng)光氣”為一體的家庭供能裝置順應(yīng)發(fā)展潮流，前景廣闊。設(shè)計(jì)做成4立方米，即可供一戶人家做飯、照明、洗澡等使用。每個(gè)造價(jià)約5200元，每戶每年節(jié)約電費(fèi)約850元，燃料費(fèi)約2100元，每個(gè)裝置可使用15年以上，經(jīng)濟(jì)效益好。
同類課題研究水平概述
- 近年來(lái) ，國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究主要集中在系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理配置方面對(duì)小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)在系統(tǒng)的組成與控制、設(shè)備的選用以及系統(tǒng)仿真等的研究較為成熟。加拿大Saskatchewan大學(xué)RajeshKarki等人研究了獨(dú)立小型風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的成本及可靠性，得出根據(jù)負(fù)載和風(fēng)光資源條件合理配置發(fā)電系統(tǒng)，是降低發(fā) 電成本、提高系統(tǒng)可靠性的重要途徑，并指出互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)擴(kuò)容的可行性。在國(guó)內(nèi)，香港理工大學(xué) 同中科院廣州能源所、半導(dǎo)體研究所合作提出了一整套利用CAD進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。該方法采用了更精確地表征組件特性及評(píng)估實(shí)際獲得的風(fēng)光資源的數(shù)學(xué)模型，找出以最小設(shè)備投資成本滿足用戶用電要求的系統(tǒng)配置。另外，合肥工業(yè)大學(xué)能源研究所提出了風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)仿真模型，用戶可以重構(gòu)多種結(jié)構(gòu)的風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，從而能夠預(yù)測(cè)系統(tǒng)的性能、控制策略的合理性以及系統(tǒng)運(yùn)行的效率等。華南理工大學(xué)設(shè)計(jì) 了新型無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)，并通過(guò)權(quán)值調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能逆變器最優(yōu)功率傳輸。在亞洲的其他一些國(guó)家，泰國(guó)利用TRNSYS16暫態(tài)仿真軟件對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了成本評(píng)估，馬來(lái)西亞的研究人員采用遺傳算法程序?qū)舫杀咀畹突团渲米顑?yōu)化進(jìn)行了分析研究，孟加拉國(guó)研究人員根據(jù)擬牛頓算法對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化配置。國(guó)內(nèi)沼氣發(fā)酵多為小型地埋式水泥池體或玻璃鋼池體，國(guó)外主要發(fā)展大中型沼氣工程，用于發(fā)電和驅(qū)動(dòng)列車，其中發(fā)展迅速的國(guó)家是德國(guó)、瑞典、丹麥、美國(guó)、英國(guó)、日本、荷蘭。由于實(shí)施熱電聯(lián)用（依靠發(fā)電余熱給厭氧消化裝置增溫、保溫），即使在冬季環(huán)境氣溫低至-20℃，沼氣工程仍然運(yùn)行良好，中溫裝置產(chǎn)氣率為1.2～1.8 m3-3d-1，高溫裝置產(chǎn)氣率為2.0～3.0 m3-3d-1。德國(guó)、丹麥、荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家的沼氣工程裝備已達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、生產(chǎn)工業(yè)化，質(zhì)量得到有效控制。工程裝備的組裝技術(shù)也達(dá)到模塊化、規(guī)范化。德國(guó)的大型厭氧消化裝置（容積為2000～5000m3）為圓柱形立式罐，多為鋼結(jié)構(gòu)；中小型厭氧消化裝置（容積在200～1500m3）多為圓柱形立式罐、鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。二級(jí)厭氧消化裝置（立式罐）頂部常常裝有雙膜儲(chǔ)氣罩，構(gòu)成了發(fā)酵、儲(chǔ)氣一體化裝置，既節(jié)省了單獨(dú)設(shè)立儲(chǔ)氣裝置的費(fèi)用和占地面積，又解決了在寒冷地區(qū)冬季儲(chǔ)氣裝置水封防凍的問(wèn)題。
