用于發(fā)電與處理水的設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種集成系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)將發(fā)電和水處理以及生物燃料生產(chǎn)結(jié)合的目的。該配置結(jié)合了互補(bǔ)的子系統(tǒng)，其中一個系統(tǒng)的輸出被用來作為另一系統(tǒng)的輸入，來創(chuàng)建一個有效地提高系統(tǒng)的效率和輸出的正反饋機(jī)制。系統(tǒng)組件間的補(bǔ)償機(jī)制創(chuàng)建了一個在能源與水生產(chǎn)中的自然的防護(hù)(hedge)，以抵御日光照射水平的暫時變化。本發(fā)明的第二個有益效果可以包括碳減排，地下水改善和土地再生。
【專利說明】用于發(fā)電與處理水的設(shè)備和方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于發(fā)電和處理水的系統(tǒng)。
[0002]來自可再生能源的能量產(chǎn)生本身是有問題的，因?yàn)樗矐B(tài)的供應(yīng)經(jīng)常與需求不同步。這種情況在電力生產(chǎn)中尤其嚴(yán)峻，因?yàn)閮Υ骐娔芡ǔＪ遣豢尚械?，而且需要能滿足發(fā)電過程中的近乎瞬間的變化的高度變化的要求。與化石燃料(典型的如天然氣)技術(shù)可以迅速在線投入使用不同，核能和可再生能源發(fā)電是相對穩(wěn)定的，并且因此不能完成高峰時段的市場需求，除非在其他時間超容量供應(yīng)。由于這個原因，在核工業(yè)廣泛采用來自海水淡化的淡水的熱電聯(lián)產(chǎn)，以確?；镜呢?fù)荷生產(chǎn)有效利用。備份能源通常設(shè)置在太陽能系統(tǒng)中，并且通常是化石燃料驅(qū)動或者利用昂貴的硝酸熔鹽技術(shù)(molten nitrate salttechnologies)來存儲過夜/峰值載荷使用的能源。
[0003]自然資源的地理位置差異也會限制可再生能源與化石燃料相比的潛力:太陽能本身是一種廣泛的能源，在地表全球日照強(qiáng)度水平總和大概有89千兆(115)瓦特，這足夠滿足全世界20000次的電量需求。氣候干燥的赤道地區(qū)提供了太陽能最好的位置，日照具有最小的衰減以及很少或者沒有大氣濕度造成的光散射。
[0004]不幸的是這些區(qū)域也趨向于是具有低人口密度與低需求的沙漠、干旱或者半干旱地區(qū)。因此供應(yīng)充足但需求很低。
[0005]連接荒涼地區(qū)與需求旺盛地區(qū)的資本密集型的大范圍傳輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施的缺乏，是實(shí)現(xiàn)太陽能的潛力的重大障 礙。雖然有關(guān)于建設(shè)撒哈拉和塔爾沙漠的大規(guī)模系統(tǒng)的一些討論，但是很可能這樣的成本將在其他方面排除了在最好的位置建設(shè)小規(guī)模系統(tǒng)的可能。
[0006]此外，在世界的許多干旱和半干旱地區(qū)降水量不足以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。在這些地區(qū)農(nóng)民必須依賴淡水的次要來源。在印度許多的州，為了人類消耗與農(nóng)業(yè)，地下水的廣泛和密集利用已經(jīng)導(dǎo)致地下水位迅速下降。在北部各州如古吉拉特邦中，水位被認(rèn)為在過去的15年內(nèi)已經(jīng)降低了 26%，并且在一些區(qū)域，如馬赫薩那縣的水位正以每年0.91m到
6.02m的速率下降。
[0007]隨著水位回落，水質(zhì)也在惡化，在古吉拉特邦估計有27%的村莊存在與地下水含過量的氟化物和硝酸鹽的問題，而這些地下水是該地區(qū)飲用水的主要來源。除了對人類健康造成的后果，灌溉用水中高水平的鹽度給植物系統(tǒng)施加壓力，影響作物產(chǎn)量和土壤滲透性。
[0008]海水淡化越來越被視為全球水資源問題的一個可行的解決方案，并且全球的生產(chǎn)能力在1994年到2004年之間以多于雙倍的速度增長，從每天1230萬立方米到3560萬立方米，來滿足這一需求。這些工廠通常是由化石燃料提供動力，除非找到替代品，否則將會對溫室氣體的排放有越來越大的影響。反滲透(RO)由于其生產(chǎn)的高速率被看成是一項具有競爭力的技術(shù)，但是需要相對大量的電力來使被污染的水被驅(qū)動通過半透膜。相比之下多級閃蒸(MSF)和多效蒸餾(MED)可以配置在熱電聯(lián)產(chǎn)的工廠，來利用電力系統(tǒng)的余熱，因此，似乎反滲透的碳足跡(carbon footprint)相比起來不會有利。
[0009]另外海水反滲透在農(nóng)業(yè)中的使用可能被限制，因?yàn)楫a(chǎn)出物包含相對高濃度的硼。在世界最大的反滲透工廠以色列的阿什克倫Ashkelon，用于灌溉水的嘗試已經(jīng)表明反滲透單元的2mg/升的濃度對除了最有耐藥力的作物外的所有作物是有毒的。雖然可以采用除硼技術(shù)，但可能大幅增加生產(chǎn)成本。
[0010]本發(fā)明旨在解決這些問題。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，此處提供了發(fā)電和水處理設(shè)備，包括:1)用于太陽能發(fā)電的裝置；
ii)用于從生物燃料發(fā)電的裝置；
iii)用于處理水的裝置；
其中，所述用于發(fā)電的裝置的至少一個輸出可以用來為所述用于處理水的裝置提供動力。
[0012]優(yōu)選地，用于為所述用于處理水的裝置提供動力的所述用于發(fā)電的裝置的一個輸出是熱能源。
[0013]優(yōu)選地，所述熱能源是蒸汽。
[0014]優(yōu)選地，為所述用于處理水的裝置提供動力的所述用于發(fā)電的裝置的一個輸出是電力。
[0015]優(yōu)選地，所 述設(shè)備進(jìn)一步包括用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置。
[0016]優(yōu)選地，所述用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置使用所述用于處理水的裝置生產(chǎn)的水。
[0017]優(yōu)選地，所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于生產(chǎn)生物燃料的裝置。
[0018]優(yōu)選地，所述用于生產(chǎn)生物燃料的裝置至少利用所述用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置所生產(chǎn)的一些農(nóng)作物和/或農(nóng)作物的殘留物。
[0019]在一個實(shí)施例中，所述用于從生物燃料發(fā)電的裝置包括燃燒鍋爐和汽輪機(jī)。
[0020]優(yōu)選地，由所述用于生產(chǎn)生物燃料的裝置生產(chǎn)的生物燃料用來作為所述用于發(fā)電的裝置的燃料源。
[0021 ] 在一個實(shí)施例中，所述用于發(fā)電的裝置結(jié)合一燃燒單元。
[0022]在一個實(shí)施例中，所述用于處理水的裝置包含一多級閃蒸海水淡化設(shè)施(desalinat1n plant)。
[0023]在另一個實(shí)施例中，所述用于處理水的裝置包含一高溫污水(thermophillicsewage)處理系統(tǒng)。
[0024]在一個實(shí)施例中，所述用于處理水的裝置包含一至少部分由電能提供動力的單
J Li ο
[0025]在一個實(shí)施例中，所述用于處理水的裝置包括一反滲透設(shè)施(reverse osmosisplant)，所述反滲透設(shè)施至少部分由所述用于發(fā)電的裝置輸出的電能提供動力。
[0026]在一個實(shí)施例中，所述用于處理水的裝置包含一熱交換器，該熱交換器作為從所述用于發(fā)電的裝置到所述用于處理水的裝置的能量管道。
[0027]優(yōu)選地，所述熱交換器作為汽輪機(jī)的輸出的冷凝單元。
[0028]在一個實(shí)施例中，所述用于太陽能發(fā)電的裝置包含一太陽熱能收集系統(tǒng)和一不用火加熱的鍋爐(unfired boiler)。
[0029]優(yōu)選地，所述太陽熱能收集系統(tǒng)包含一定日鏡陣列和一太陽能塔式系統(tǒng)。
[0030]優(yōu)選地，來自所述冷凝單元的輸出流可以選擇性地供應(yīng)所述不用火加熱的鍋爐或燃燒鍋爐(fired boiler)的任一或兩者。
[0031 ] 在另一個實(shí)施例中，所述用于太陽能發(fā)電的裝置包含一光伏系統(tǒng)。
[0032]優(yōu)選地，所述設(shè)備進(jìn)一步包含用于生物燃料儲存的裝置。
[0033]優(yōu)選地,所述設(shè)備為工業(yè)設(shè)施(industrial plant)。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種用于發(fā)電和處理水的方法，包括提供:1)用于太陽能發(fā)電的裝置；
?)用于從生物燃料發(fā)電的裝置；
iii)用于處理水的裝置；
其中，所述用于發(fā)電的裝置的至少一個輸出可以用來為所述用于處理水的裝置提供動力。
[0035]優(yōu)選地，用于為所述用于處理水的裝置提供動力的所述用于發(fā)電的裝置的一個輸出是熱能源。
[0036]優(yōu)選地，所述熱能源是蒸汽。
[0037]優(yōu)選地，為所述用于處理水的裝置提供動力的所述用于發(fā)電的裝置的一個輸出是電力。
[0038]優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包含提供用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置。
[0039]優(yōu)選地，所述用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置使用所述用于處理水的裝置生產(chǎn)的水。
[0040]優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括提供用于生產(chǎn)生物燃料的裝置。
[0041]優(yōu)選地，所述用于生產(chǎn)生物燃料的裝置至少利用所述用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置所生產(chǎn)的一些農(nóng)作物和/或農(nóng)作物的殘留物。
[0042]在一個實(shí)施例中，所述用于從生物燃料發(fā)電的裝置包含一燃燒鍋爐(firedboiler)和一汽輪機(jī)。
[0043]優(yōu)選地，由所述用于生產(chǎn)生物燃料的裝置所生產(chǎn)的生物燃料用來作為所述用于發(fā)電的裝置的燃料源。
[0044]在一個實(shí)施例中，所述用于發(fā)電的裝置包含一燃燒單元。
[0045]在一個實(shí)施例中，所述用于處理水的裝置包含一多級閃蒸海水淡化設(shè)施。
[0046]在另一個實(shí)施例中，所述用于水處理的裝置包含一高溫污水(thermophillicsewage)處理系統(tǒng)。
[0047]在一個實(shí)施例中，所述用于處理水的裝置包含一至少部分由電能提供動力的單
J Li ο
[0048]在一個實(shí)施例中，所述用于處理水的裝置包括一反滲透設(shè)施，所述反滲透設(shè)施至少部分由所述用于發(fā)電的裝置輸出的電能提供動力。
[0049]在一個實(shí)施例中，所述用于處理水的裝置包含一熱交換器，該熱交換器作為從所述用于發(fā)電的裝置到所述用于水處理的裝置的能量管道。
[0050]優(yōu)選地，所述熱交換器用作汽輪機(jī)的輸出的冷凝單元。
[0051 ] 在一個實(shí)施例中，所述用于太陽能發(fā)電的裝置包含一太陽熱能收集系統(tǒng)和一不用火加熱的鍋爐。
[0052]優(yōu)選地，所述太陽熱能收集系統(tǒng)包含一定日鏡陣列和一太陽能塔式系統(tǒng)。[0053]優(yōu)選地，所述冷凝單元的輸出流可以選擇性地供應(yīng)所述不用火加熱的鍋爐或燃燒鍋爐(the unfired and the fired boiler)的任一或兩者。
[0054]在另一個實(shí)施例中，所述用于太陽能發(fā)電的裝置包含一光伏系統(tǒng)。
[0055]優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包含提供用于生物燃料儲存的裝置。
[0056]以下參閱附圖描述一具體實(shí)施例，來例證本發(fā)明，并與下述描述一起解釋、說明本發(fā)明的原理。所給案例僅用于說明該裝置，但本發(fā)明不局限于下述特定的裝置。附圖并不試圖描述實(shí)際實(shí)施例的所有方面也不試圖描述所描述元素的相對尺寸，附圖并沒有按照比例繪制:
圖1為本發(fā)明必要能量循環(huán)的簡化的系統(tǒng)圖表；
圖2所示為可通過使用本發(fā)明派生出的能量循環(huán)的系統(tǒng)圖表；
圖3為依照本發(fā)明實(shí)施的一實(shí)施例的設(shè)備，包含一定日鏡陣列和一太陽能塔式系統(tǒng)，一不用火加熱的鍋爐，一次級燃?xì)忮仩t，一蒸汽汽輪機(jī)和一多級閃蒸海水淡化裝置；
圖4所示為以天和年作為時間函數(shù)的脫鹽率示例；
圖5所示為以天和年作為時間函數(shù)的生物燃料(生物燃?xì)?消耗率示例；
圖6為每年生物燃料(生物燃?xì)?消耗(虛線)和生產(chǎn)(短劃線)相對于灌溉(mm/ha)對比示例，所給灌溉總面積為1239公頃。90%的淡化水用于灌溉。全部灌溉用水中60%來自地下水資源。
[0057]參閱圖1和圖2,可以看出灌溉用水與其供養(yǎng)(supported)的生物燃料作為能量儲存，其中太陽輻照被轉(zhuǎn)化入處理后的水，供給生物燃料和在需要時返回為熱能。本發(fā)明沒有使用通常用于夜間運(yùn)行的工廠中的昂貴的能量儲存機(jī)制，也沒有依賴化石燃料備用系統(tǒng)或必要的基礎(chǔ)設(shè)施來支持本發(fā)明的裝置。
[0058]太陽能或生物燃料發(fā)的電以及優(yōu)選兩者共同發(fā)的電，用來為海水淡化系統(tǒng)提供動力。在本實(shí)施例中，源自于太陽能和生物燃料的電力驅(qū)動水泵將海水壓入海水淡化單元。多余的電力可以分配給當(dāng)?shù)氐纳鐓^(qū)。
[0059]來自生物燃料和太陽能的熱能分別在燃燒鍋爐或不用火加熱的鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽為汽輪機(jī)提供動力。汽輪機(jī)輸出的蒸汽用來作用于注入海水淡化單元的鹽水的淡化。
[0060]在海水淡化的過程中，來自汽輪機(jī)的蒸汽輸出在具有可能的額外冷卻作用的冷凝器中冷凝。隨后海水淡化單元中來自冷凝器的冷凝輸出被返回到燃燒和/或不用火加熱的鍋爐中加熱。
[0061 ] 海水淡化生產(chǎn)的水可以用來灌溉農(nóng)作物和作為飲用水。
[0062]隨后利用淡化后的水生長的農(nóng)作物的廢棄殘留物可以用于生產(chǎn)燃燒鍋爐用的生物燃料。
[0063]本發(fā)明通過利用該系統(tǒng)的輸出作為系統(tǒng)的輸入，建立了一個閉環(huán)能量線路，該閉環(huán)能量線路建立了正反饋機(jī)制，在該機(jī)制下工廠的產(chǎn)量逐年增加。因?yàn)槊總€部分輸出水用來灌溉增加了供應(yīng)工廠需求的生物燃料，這些反過來增加了用于灌溉的水的數(shù)量，使得本發(fā)明方案可行。
[0064] 可以推斷轉(zhuǎn)換和存儲中的效率低下可能導(dǎo)致該反饋過程的每次循環(huán)的迅速遞減的收益。雖然最終這是正確的，但農(nóng)作物生產(chǎn)中使用的水增加了產(chǎn)量(通過減少水壓(water-stress)并提高植物光合作用效率),從而使一項額外的太陽能資源可獲取給該太陽熱能工廠。在這種情況下，每次的后續(xù)循環(huán)實(shí)際上可以增加能量流輸出，以至于在一些運(yùn)行區(qū)域中，該正反饋機(jī)制可以反過來加強(qiáng)自身。
[0065]本申請概述了一個案例，在該案例中太陽熱能工廠由灌溉支持從而允許其全年晝夜運(yùn)行?？蓪?shí)現(xiàn)僅60%的灌溉用水來自雨水或地下水資源；因此輸入土壤的水幾乎達(dá)到了輸出地下水的兩倍，潛在的補(bǔ)給這一日益減少的資源。
[0066]來自太陽能的能源對環(huán)境具有明顯的好處，并體現(xiàn)在以下幾個方面:在中國、印度和其他世界上的農(nóng)業(yè)區(qū)域燃燒農(nóng)作物秸桿很普遍，釋放了大量的CO2進(jìn)入大氣中。相反地生物燃料燃燒是本發(fā)明的裝置中CO2的唯一來源，一些或全部生物燃料都應(yīng)通過分解/發(fā)酵，然后相當(dāng)數(shù)量的殘留碳被保留在發(fā)酵的副產(chǎn)品中，該副產(chǎn)品即為優(yōu)質(zhì)的堆肥。
[0067]堆肥增加土壤養(yǎng)分水平與腐殖質(zhì)含量，從而封存碳與提高土壤應(yīng)對洪澇和干旱的抵抗力。大量可獲得的污染物含量低的營養(yǎng)豐富的肥料和灌溉用水可以積極地再生半干旱地區(qū)貧瘠的土壤，并可以將劣質(zhì)的廢棄土地投入生產(chǎn)。
[0068]土地再生，地下水補(bǔ)給，食物，飲用水和能源生產(chǎn)一本發(fā)明的這些有益效果全部由可再生資源實(shí)現(xiàn)，不訴諸于無關(guān)的(化石燃料或其他)資源輸入及相關(guān)的支持及價格風(fēng)險。獲得效果是各部分間正反饋機(jī)制的結(jié)果，每個部分獨(dú)立建立，因此形成有限的技術(shù)和操作風(fēng)險。
[0069]如此處證明的本發(fā)明的建立存在一些獨(dú)特的特征，該些特征并不存在于將各部分獨(dú)立考慮的情況。這些特征具體包括: 1.封閉的自動生產(chǎn)——一個子系統(tǒng)的輸出是另一個子系統(tǒng)的輸入，不需要額外的化石能源輸入。
[0070]2.正反饋——通過完成閉環(huán)能量線路，明顯地增加整個系統(tǒng)的效率以增加輸出。
[0071]3.應(yīng)對輻照變化的天然保障一低輻照水平與降水量相關(guān)。相反地，由于增加的降水量，減少的太陽能生產(chǎn)和海水淡化率由增加的農(nóng)作物產(chǎn)量支援并因此增加可獲得的生物燃料。反過來還有，升高的輻照與增加的本地大氣溫度有關(guān)，提高了農(nóng)作物的蒸發(fā)量(水的需要量)并減少了降水量:由于可獲的天然水的降低導(dǎo)致的水壓(water stress)和產(chǎn)量的降低以及伴隨的高強(qiáng)度太陽輻照時水需求量的增加可以通過增強(qiáng)太陽能生產(chǎn)/海水淡化從而增加灌溉來緩解。
[0072]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一個代表性的自足式的電力和脫鹽水聯(lián)合生產(chǎn)裝置I。該系統(tǒng)包含一定日鏡陣列2和一太陽能塔式3收集系統(tǒng)，一不用火加熱的鍋爐4，一次級燃?xì)忮仩t5，一蒸汽汽輪機(jī)6以及一多級閃蒸海水淡化設(shè)施7，該設(shè)施可以作為冷凝單元用于汽輪機(jī)6的操作。
[0073]燃?xì)忮仩t5由小麥作物生產(chǎn)的殘留物進(jìn)行生物發(fā)酵生產(chǎn)的生物燃?xì)馓峁﹦恿?，而小麥作物的生產(chǎn)通過使用源自海水淡化設(shè)施的灌溉用水所供應(yīng)。該裝置中入射的太陽能通量通過一組平面鏡面8反射進(jìn)入一集氣包(receiver drum) 9,集氣包9設(shè)置于塔10的頂端，鏡面8設(shè)置在該塔10的周圍。
[0074]集氣包9內(nèi)部包含有導(dǎo)熱流體，由加在該集氣包上的入射光加熱。該流體被壓入不用火加熱的鍋爐4內(nèi)的熱交換器。一供應(yīng)汽輪機(jī)的第二進(jìn)給流流體通過該鍋爐，熱量由導(dǎo)熱液體傳遞至該進(jìn)給流流體。如可獲得充足的能量，所述進(jìn)給流流體汽化，得到的蒸汽用來為汽輪機(jī)6提供動力。[0075]與化石燃料動力工廠不同，用太陽能作主要能源會有每天與季節(jié)性的變化，造成供給汽輪機(jī)的蒸汽進(jìn)給流的變化。作為能源工廠的慣用設(shè)計，該裝置還包括一個次級燃?xì)忮仩t5，該燃?xì)忮仩t5在本發(fā)明中用于支持來自不用火加熱的鍋爐4的進(jìn)給流以確保輸入汽輪機(jī)6的進(jìn)給流大于最低值。
[0076]分流器11確保正確的流體供應(yīng)不用火加熱的鍋爐4，不用火加熱的鍋爐同時剩余流體傳遞給二級鍋爐5。不用火加熱的鍋爐4和燃燒鍋爐5的輸出流在混合器13內(nèi)合流，并供給汽輪機(jī)6。
[0077]汽輪機(jī)6的輸出流通常是溫度和壓力降低的濕蒸汽。在輸出流被鍋爐4、5重新加熱之前，必須首先通過泵進(jìn)行壓縮和再循環(huán)。冷凝器12是多級閃蒸海水淡化設(shè)施7的組成部分，因此可以根據(jù)需要用于為所述進(jìn)給流需要的冷凝及降溫，同時也為海水淡化設(shè)施提供熱源，但這部分熱量在傳統(tǒng)電站應(yīng)用中沒有得到利用。
[0078]由于最適合用于太陽熱能生產(chǎn)的地區(qū)同時也趨于遭受缺水的困境，用于海水淡化目的的聯(lián)合生產(chǎn)的應(yīng)用提供了一個很好的選擇。從蒸汽熱能和進(jìn)給流的額外的任何冷卻過程中得到的能量通過熱交換器傳遞到多級閃蒸輸入鹽水流，鹽水流隨后輸送至閃蒸室14。每個室的壓力依次降低以確保進(jìn)入閃蒸室的加熱的鹽水的溫度高于沸點(diǎn)，以便鹽水“閃蒸”(蒸發(fā))。
[0079]隨著鹽水閃蒸失去能量，因此為使下級閃蒸過程繼續(xù)進(jìn)行需要一個壓降。生成的蒸汽在每個室頂部的一管道束處冷凝，冷卻鹽水在每一室內(nèi)流動，因此重新加熱鹽水以使蒸發(fā)的鹽水所需的能量回收。回收閃蒸鹽水的潛在熱量與僅僅煮沸鹽水相比，可大大減少能量需求并具有更高的生產(chǎn)率。
[0080]實(shí)例
使用了大量數(shù)學(xué)模型來證明本發(fā)明的效果。
[0081]在太陽日照強(qiáng)度的一模擬例子中，給出了位于古吉拉特邦的艾哈邁達(dá)巴德的一個地點(diǎn)(緯度23.07,經(jīng)度72.63，海拔55m)每年直接光照雙模跟蹤輻照(insolence)值，如表I采用的普羅希特(2010)所示。
[0082]為給出天和年為單位生成日照強(qiáng)度水平，每年的輻照考慮了大氣衰減和氣候的季節(jié)性進(jìn)行了調(diào)整。
[0083]在應(yīng)用中采取的建模太廣泛而難以討論。然而，建模結(jié)果在圖4至圖6以及表1中示出。
[0084]圖4所示為脫鹽率作為天和年的時間函數(shù)。
[0085]圖5所示為燃?xì)庀穆首鳛樘旌湍甑臅r間函數(shù)。
[0086]圖6所示為每年燃?xì)庀?虛線)和生產(chǎn)(短劃線)相對于灌溉(mm/ha)對比示例。所給灌溉總面積1239公頃。90%的淡化水用于灌溉。全部灌溉用水中60%來自地下水資源。
[0087]表1概括了第一年沒有生物燃料供應(yīng)時示例系統(tǒng)的輸出，與作為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平衡時的輸出?？偯擕}輸出大約為180萬立方米的水，這些水中假設(shè)90%用于灌溉，占了總用水量的 40% ο
[0088]在這些值并不能明確體現(xiàn)的是第一年使用淡化水，因此一年的產(chǎn)量是提高后的產(chǎn)量。如果沒有獲得淡化水我們的灌溉水平將是156mm/ha，帶來的谷物和堆肥產(chǎn)量分別為5.1382 X 106kg 和 6.2891 x I 6 kg。
[0089]將此作為基準(zhǔn)線我們可以看到僅是第一年谷物和堆肥產(chǎn)量增長了 40.1%，這歸功于附加的灌溉。
[0090]第二年，第一年生產(chǎn)的燃?xì)獾氖褂檬贡灸?8%運(yùn)行的工廠中水產(chǎn)量上升了 25.9%的增量。
[0091]由于相對于水產(chǎn)量而言，灌溉面積不夠大，相應(yīng)于此，額外的水以5.6%緩和地增長。
[0092]燃?xì)馍a(chǎn)也增長了同樣的量，所以第二年后該系統(tǒng)及其裝置在整年的運(yùn)作中實(shí)質(zhì)上達(dá)到了平衡。
[0093]結(jié)合該反饋回路的收益，依照本發(fā)明的系統(tǒng)可以在一個很大面積的陸地區(qū)域上獲得高脫鹽率和灌溉水平。
【權(quán)利要求】
1.一種用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，包括:1)用于太陽能發(fā)電的裝置； ii)用于從生物燃料發(fā)電的裝置； iii)用于處理水的裝置； 其中，所述用于發(fā)電的裝置的至少一個輸出可以用來為所述用于處理水的裝置提供動力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:用于為所述用于處理水的裝置提供動力的所述用于發(fā)電的裝置的一個輸出是熱能源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述熱能源是蒸汽。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:為所述用于處理水的裝置提供動力的所述用于發(fā)電的裝置的一個輸出是電力。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置使用所述用于處理水的裝置生產(chǎn)的水。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生生物燃 料的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于產(chǎn)生生物燃料的裝置至少利用由用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置所生產(chǎn)的一些農(nóng)作物和/或所述農(nóng)作物的殘留物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:由所述用于產(chǎn)生生物燃料的裝置生產(chǎn)的生物燃料用來作為所述用于發(fā)電的裝置中的燃料源。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于從生物燃料發(fā)電的裝置包括一燃燒鍋爐和一汽輪機(jī)。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于從生物燃料發(fā)電的裝置包含一燃燒單元。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于處理水的裝置包含一多級閃蒸海水淡化設(shè)施。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于處理水的裝置包含一高溫污水處理系統(tǒng)。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于處理水的裝置包含一至少部分由電能提供動力的單元。
15.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于處理水的裝置包括一反滲透設(shè)施，所述反滲透設(shè)施至少部分由所述用于發(fā)電的裝置輸出的電能提供動力。
16.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于處理水的裝置包含一熱交換器，該熱交換器作為從所述用于發(fā)電的裝置到所述用于處理水的裝置的能量管道。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述熱交換器用作汽輪機(jī)輸出的冷凝單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:來自所述冷凝單元的輸出流可選擇性地供應(yīng)給不用火加熱的鍋爐或燃燒鍋爐，或者同時供應(yīng)給該兩者。
19.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于太陽能發(fā)電的裝置包含一太陽熱能收集系統(tǒng)和一不用火加熱的鍋爐。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述太陽熱能收集系統(tǒng)包含一定日鏡陣列和一太陽能塔式系統(tǒng)。
21.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述用于太陽能發(fā)電的裝置包含一光伏系統(tǒng)。
22.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:進(jìn)一步包含用于生物燃料儲存的裝置。
23.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備為工業(yè)設(shè)施。
24.一種用于發(fā)電和處理水的方法，包括提供:1)用于太陽能發(fā)電的裝置； ii)用于從生物燃料發(fā)電的裝置； iii)用于處理水的裝置； 其中，所述用于發(fā)電的裝置的至少一個輸出可以用來為所述用于處理水的裝置提供動力。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:用于為所述用于處理水的裝置提供動力的所述用于發(fā)電的裝置的一個輸出是熱能源。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述熱能源是蒸汽。
27.根據(jù)權(quán)利要求24至26中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:為所述用于處理水的裝置提供動力的所述用于發(fā)電的裝置的一個輸出是電力。
28.根據(jù)權(quán)利要求24至27中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述方法進(jìn)一步包括提供用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置使用所述用于處理水的裝置生產(chǎn)的水。
30.根據(jù)權(quán)利要求24至29中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述方法進(jìn)一步包括提供用于產(chǎn)生生物燃料的裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于產(chǎn)生生物燃料的裝置至少利用所述用于灌溉和種植農(nóng)作物的裝置所生產(chǎn)的一些農(nóng)作物和/或所述農(nóng)作物的殘留物。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或31所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:由所述用于產(chǎn)生生物燃料的裝置生成的生物燃料用于作為所述用于發(fā)電的裝置中的燃料源。
33.根據(jù)權(quán)利要求24至32中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:用于從生物燃料發(fā)電的裝置包含一燃燒鍋爐和一汽輪機(jī)。
34.根據(jù)權(quán)利要求24至33中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于從生物燃料發(fā)電的裝置包含一燃燒單元。
35.根據(jù)權(quán)利要求24至34中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于處理水的裝置包含一多級閃蒸海水淡化設(shè)施。
36.根據(jù)權(quán)利要求24至35中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于處理水的裝置包含一高溫污水處理系統(tǒng)。
37.根據(jù)權(quán)利要求24至36中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于處理水的裝置包含一至少部分由電能提供動力的單元。
38.根據(jù)權(quán)利要求24至37中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于處理水的裝置包括一反滲透設(shè)施，所述反滲透設(shè)施至少部分由所述用于發(fā)電的裝置輸出的電能提供動力。
39.根據(jù)權(quán)利要求24至38中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于處理水的裝置包含一熱交換器，該熱交換器作為從所述用于處理水的裝置到所述用于處理水的裝置的能量管道。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述熱交換器用作汽輪機(jī)的輸出的冷凝單元。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述冷凝單元的輸出流可選擇性地供應(yīng)給所述不用火加熱的鍋爐或所述燃燒鍋爐，或者同時供應(yīng)給該兩者。
42.根據(jù)權(quán)利要求24至41中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于太陽能發(fā)電的裝置包含一太陽熱能收集系統(tǒng)和一不用火加熱的鍋爐。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述太陽熱能收集系統(tǒng)包含一定日鏡陣列和一太陽能塔式系統(tǒng)。
44.根據(jù)權(quán)利要求24至41中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述用于太陽能發(fā)電的裝置包含一光伏系統(tǒng)。
45.根據(jù)權(quán)利要求24至44中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法，其特征在于:所述方法進(jìn)一步包含提供用于生物燃料儲存的裝置。
46.根據(jù)權(quán)利要求24至45中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法生產(chǎn)的電力。
47.根據(jù)權(quán)利要求24至45中任一所述的用于發(fā)電和處理水的方法生產(chǎn)的處理后的水。
48.根據(jù)權(quán)利要求30或31所述的用于發(fā)電和處理水的方法生產(chǎn)的生物燃料。
49.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備生產(chǎn)的電力。
50.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一所述的發(fā)電和處理水的方法生產(chǎn)的處理后的水。
51.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于發(fā)電和處理水的設(shè)備生產(chǎn)的生物燃料。
52.參考所述附圖在此處大致描述的一種用于發(fā)電和處理水的設(shè)備。
53.參考所述附圖在此處大致描述的一種用于發(fā)電和處理水的方法。
【文檔編號】C02F1/14GK104039710SQ201280063128
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月23日
【發(fā)明者】麥威廉·諾埃爾 申請人:麥威廉·諾埃爾