基本信息
- 項目名稱：
- 自適應WLB（風光氣）三維集中網(wǎng)絡供電供熱裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本裝置是利用太陽能、風能、沼氣發(fā)酵互補特性的新型供電供熱裝置，可有效解決無風或無陽光或無沼氣供應中斷問題，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)領域。產(chǎn)品直接應用于可再生能源技術(shù)領域，采用的主要技術(shù)有：自適應模糊控制技術(shù)，復合式平板熱管太陽能電池板設計，同軸雙轉(zhuǎn)子風機設計，浮罩式生物質(zhì)能發(fā)酵裝置體設計。可實現(xiàn)恒溫反應、連續(xù)加料不漏氣、無動力連續(xù)卸料、無動力固液分離和沼液循環(huán)利用。
- 詳細介紹：
- 作品分為四個模塊來完成主體構(gòu)架，主要有連續(xù)式生物質(zhì)能發(fā)酵裝置的更新與設計、同軸多轉(zhuǎn)子風機的更新與設計、自動尋光太陽能帆板發(fā)電裝置的更新與設計以及驅(qū)動三個裝置合理優(yōu)化工作的自適應WLB（風光氣）三維集中網(wǎng)絡供電供熱自動控制系統(tǒng)。 裝置優(yōu)勢：1、本設計采用的各個系統(tǒng)保證僅靠人力就可以完成整個沼氣生產(chǎn)過程。對小戶型生產(chǎn)具有實際意義。2、操作無動力。本裝置采用圓筒錐體（上、下部接口處采用流線型設計）設計，利用重錘提升堵口系統(tǒng)來控制出料，實現(xiàn)無動力人工操作自動卸料，使沼液、沼渣合理衛(wèi)生的排放。該系統(tǒng)的優(yōu)點是供電可靠性高， 運行維護成本低。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，安裝、拆卸及轉(zhuǎn)移方便。實現(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)有機廢棄物處理。4、太陽能板可靈活安裝。本設計利用復合式平板熱管太陽能電池板既能供電也能加熱水。太陽能可依據(jù)安裝地實際情況進行放置，操作方便。5、同軸多轉(zhuǎn)子風機可靈活安裝。本設計利用同軸雙轉(zhuǎn)子風機發(fā)電。風機可根據(jù)安裝地實際情況進行放置，操作方便。6、采用聯(lián)鎖機械發(fā)條式自轉(zhuǎn)動太陽能迎光風機聯(lián)鎖機械發(fā)條式自轉(zhuǎn)動設備實現(xiàn)復合式平板熱管太陽能電池板自動迎光。7、利用太陽能、風能的互補特性，可以獲得比較穩(wěn)定的總輸出，有效解決無風或無陽光電力供應中斷問題，提高供電的穩(wěn)定性和可靠性，在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量。8、對風電和光電、沼氣利用進行合理的設計和匹配后，可以基本上保障用戶電力供應，無需配備其他電源。本設計所需主要零部件有雙層真空結(jié)構(gòu)圓筒錐體池體、復合式平板熱管太陽能電池板、同軸雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)風機、聯(lián)鎖機械發(fā)條自轉(zhuǎn)動裝置、自適應控制裝置、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）、螺母（數(shù)個）、變壓器。4立方米池體自適應WLB（風光氣）三維集中網(wǎng)絡供電供熱裝置的造價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850元，燃料費2100元，每個裝置可使用15年以上，經(jīng)濟效果好。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：有效解決傳統(tǒng)風光互補供電裝置轉(zhuǎn)化率低、結(jié)構(gòu)復雜不易維護等不足之處，實現(xiàn)太陽能，風能，生物質(zhì)能三者的高效富集和適時、適量調(diào)節(jié)，使產(chǎn)能最優(yōu)；解決生物質(zhì)能發(fā)酵時溫度不恒定、產(chǎn)氣率低、進料不連續(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。最終能實現(xiàn)獨立供電、供熱，合理高效分配綠色能源，走清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略宏圖。創(chuàng)新點：1、集風能、太陽能、沼氣于一體的綜合利用設備。2、池體采用雙層真空結(jié)構(gòu)實現(xiàn)沼氣發(fā)酵恒溫發(fā)酵，自動控溫。采用螺旋齒狀出料器與浮罩式頂蓋，實現(xiàn)進出料連續(xù)不漏氣，發(fā)酵過程不中斷3、采用復合式平板熱管太陽能電池板，同軸多轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)風機。4、經(jīng)濟效益好、體積小、安裝拆卸方便，適合多種地形。主要技術(shù)關鍵：1、控制模塊設計2、風、光系統(tǒng)設計3、生物質(zhì)能發(fā)酵裝置設計主要技術(shù)指標：1、沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，塑料材料池體壁厚6—8mm，加膠衣時可達到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、復合式平板熱管太陽能電池板發(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，利用機械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過17％。面板采用多組件平面網(wǎng)狀拼接，中間溝槽鋪設熱管散熱裝置。4、同軸多轉(zhuǎn)子風機發(fā)電系統(tǒng)。起動風速：1.5m/s，額定風速：8m/s，額定功率：400W
科學性、先進性
- 近年來，我國在綠色能源利用方面獲得了迅速的發(fā)展。特別是在建設新農(nóng)村政策的號召下，綜合型開發(fā)和利用能源的設備前景廣闊。現(xiàn)有綠色能源利用裝置中主要存在風光互補系統(tǒng)裝置、沼氣發(fā)酵裝置這兩大類。可是兩者都存在各自的缺點，使得現(xiàn)有能源利用裝置的局限性較大。通過對現(xiàn)有農(nóng)村風光互補系統(tǒng)裝置、沼氣發(fā)酵裝置進行全面細致的分析，探究目前上述裝置的技術(shù)難點，并通過合理的結(jié)構(gòu)設計，經(jīng)過科學、嚴謹?shù)膶嶒烌炞C，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。太陽能利用將采用復合式平板熱管太陽能電池板，并進一步改進傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。兼?zhèn)錈崮芘c電能雙吸收，同時有利于電池板散熱，有效提高效率30%左右。風能利用將采用同軸多轉(zhuǎn)子風機，減小風機阻力，提高轉(zhuǎn)化效率，實現(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，實現(xiàn)進出料連續(xù)不漏氣，發(fā)酵過程不中斷。同時采用雙層真空節(jié)能保溫設計解決溫度原因產(chǎn)生的產(chǎn)率低，季節(jié)短等問題。通過實驗研究得出，能高效完成池體保溫，確保冬季沼氣發(fā)酵溫度。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月29日在學校舉辦的第四屆“創(chuàng)新杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽中獲科技發(fā)明制作類一等獎。 2011年5月21日，在省級舉辦的第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽終審決賽中榮獲科技發(fā)明制作類一等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 委托中介機構(gòu)
作品可展示的形式
- 模型 圖紙 現(xiàn)場演示圖片 錄像 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢：1、新型發(fā)酵裝置，改進開發(fā)出浮罩式頂蓋及螺旋齒狀出料器解決了進出料不連續(xù)，廢料不成形等問題，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，實現(xiàn)池體恒溫高效發(fā)酵，提高產(chǎn)氣率，延長發(fā)酵周期，增強抗環(huán)境影響能力。2、同軸多轉(zhuǎn)子風機，豎直轉(zhuǎn)軸，阻力小，自動迎風，多轉(zhuǎn)子機身，產(chǎn)電效率高。3、復合式熱管太陽能電池板，創(chuàng)新提出熱能電能雙吸收模式，機械發(fā)條迎風裝置，大大提高太陽能使用效率，有利于太陽能使用的進一步推廣。適用范圍：由于自身抗環(huán)境能力強，設計可做成不同尺寸，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。推廣前景及經(jīng)濟效益：新農(nóng)村開始建設以來，環(huán)保節(jié)能日益突出，新型綠色能源開發(fā)利用成為當今社會發(fā)展主流。而“風光氣”為一體的家庭供能裝置順應發(fā)展潮流，前景廣闊。設計做成4立方米，即可供一戶人家做飯、照明、洗澡等使用。每個造價約5200元，每戶每年節(jié)約電費約850元，燃料費約2100元，每個裝置可使用15年以上，經(jīng)濟效益好。
同類課題研究水平概述
- 近年來 ，國內(nèi)外對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究主要集中在系統(tǒng)的優(yōu)化設計和合理配置方面對小型風光互補供電系統(tǒng)在系統(tǒng)的組成與控制、設備的選用以及系統(tǒng)仿真等的研究較為成熟。加拿大Saskatchewan大學RajeshKarki等人研究了獨立小型風光發(fā)電系統(tǒng)的成本及可靠性，得出根據(jù)負載和風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，并指出互補發(fā)電系統(tǒng)擴容的可行性。在國內(nèi)，香港理工大學 同中科院廣州能源所、半導體研究所合作提出了一整套利用CAD進行風光互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設計的方法。該方法采用了更精確地表征組件特性及評估實際獲得的風光資源的數(shù)學模型，找出以最小設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)大學能源研究所提出了風光發(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)的風光復合發(fā)電系統(tǒng)并進行計算機仿真計算，從而能夠預測系統(tǒng)的性能、控制策略的合理性以及系統(tǒng)運行的效率等。華南理工大學設計 了新型無刷雙饋發(fā)電機，并通過權(quán)值調(diào)節(jié)方式實現(xiàn)太陽能逆變器最優(yōu)功率傳輸。在亞洲的其他一些國家，泰國利用TRNSYS16暫態(tài)仿真軟件對風光互補發(fā)電系統(tǒng)進行了成本評估，馬來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)化進行了分析研究，孟加拉國研究人員根據(jù)擬牛頓算法對風光互補獨立發(fā)電系統(tǒng)進行了優(yōu)化配置。國內(nèi)沼氣發(fā)酵多為小型地埋式水泥池體或玻璃鋼池體，國外主要發(fā)展大中型沼氣工程，用于發(fā)電和驅(qū)動列車，其中發(fā)展迅速的國家是德國、瑞典、丹麥、美國、英國、日本、荷蘭。由于實施熱電聯(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、丹麥、荷蘭等發(fā)達國家的沼氣工程裝備已達到了設計標準化、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)也達到模塊化、規(guī)范化。德國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)。二級厭氧消化裝置（立式罐）頂部常常裝有雙膜儲氣罩，構(gòu)成了發(fā)酵、儲氣一體化裝置，既節(jié)省了單獨設立儲氣裝置的費用和占地面積，又解決了在寒冷地區(qū)冬季儲氣裝置水封防凍的問題。
