[發明專利]一種利用小型風能與太陽能驅動地下咸水反滲透處理的農田滴灌系統

有效

• 申請號: 201210269944.X
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102812884A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 顧衛;張化;許映軍;陶軍;解利昕
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: A01G25/02
• 分類號: A01G25/02;A01C23/00;C02F9/02;F03D9/02;H02J7/00
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 張韜

技術領域

本發明涉及一種滴灌系統，具體涉及一種利用小型風能與太陽能驅動地下咸水反滲透處理的農田滴灌系統，屬于農業節水灌溉技術領域。

背景技術

淡水是人類社會賴以生存和發展的基本物質之一，是一切生命之源。很多偏遠地區、設施農業產業園區由于淡水資源天然匱乏，只能利用苦咸水或海水經過處理獲取淡水。我國濱海地區人口眾多，交通發達，區域發展優勢明顯，然而在淡水資源日漸趨緊的背景下，工業化及城鎮化的快速發展擠占了大量農用淡水資源，嚴重影響了地區糧食安全生產和土地安全耕種。一方面淡水資源不夠用，一方面豐沛地下咸水不能用的水資源現狀使得濱海農業處境十分尷尬。咸水資源轉化為淡水農業利用是實現濱海地區經濟穩步增長及農業可持續的關鍵問題，也正是解決濱海地區水問題的最直接辦法。

多數成熟的淡化處理技術依賴電能驅動，偏遠地區或引入電網成本太高的地區電荒現象幾成常態，若直接采用柴油發電不僅成本高，油料運輸非常困難，而且后期維護工作量大，對環境也并不友好。因此，氣候資源豐富的地區，風力、太陽能發電就成為替代常規能源發電的重要方式。隨著風力發電、太陽能發電技術的逐漸成熟與應用經驗的不斷積累，風力、太陽能發電應用方式也逐步拓寬，與其它下游技術相結合的風力發電、太陽能發電應用將創造更大價值。風能、太陽能咸水淡化技術的關鍵是選擇適合風力發電、太陽能發電的咸水淡化農業利用方法，由農田滴灌技術特性、咸水淡化技術特性、風力和太陽能發電的特性及使用場地的自然環境條件所決定。反滲透法是最適合風能、太陽能咸水淡化技術的方法之一，目前應用也非常廣泛，其最主要的原因是反滲透法單位能耗低，系統結構簡潔，適用于各種規模，應用便捷。如前所述的海島、灘涂等偏遠地區，淡水資源天然匱乏，又無法引入公共電網、電力配額不足或產水成本高等綜合因素共同決定了風能、太陽能對地下咸水反滲透處理的農田滴灌系統具有非常重要的現實意義和應用價值。

發明內容

本發明目的在于公開一種利用小型風能與太陽能驅動地下咸水反滲透處理的農田滴灌系統。

本發明目的是通過如下技術方案實現的：

一種利用小型風能與太陽能驅動地下咸水反滲透處理的農田滴灌系統，包括風能與太陽能發電裝置、地下咸水反滲透處理系統、農田重力滴灌裝置三部分；

所述的風能與太陽能發電裝置包括風電機組（1）、太陽能光伏電池板（2）、逆變器（3）、可移動式蓄電池組（4）、發電控制器（5）、卸荷器（6）；整流濾波器（7）、增變壓器（8）；

其中風電機組（1）與逆變器（3）連接，逆變器（3）與可移動式蓄電池組（4）連接，并與卸荷器（6）連接，太陽光伏電池板（2）與可移動式蓄電池組（4）連接，并與卸荷器（6）連接；發電控制器（5）與逆變器（3）、可移動式蓄電池組（4）、卸荷器（6）、整流濾波器（7）、增變壓器（8）連接，用于控制太陽能光伏電池板對蓄電池以及蓄電池向負載供電，并進行實時數據采集和檢測。

所述的地下咸水反滲透處理系統包括超濾隔層潛水井（9）、提水泵（10）、保安過濾器（11）、RO反滲透膜（12）、高壓泵（13）、水泵（14）、各種控制及顯示儀表；所述提水泵（10）與超濾隔層潛水井（9）連接，用于初級預處理地下咸水，再與保安過濾器（11）連接，去除前處理泄漏的大于5μm的物質后，將接口與RO反滲透膜組件（12）進水口連接，由高壓泵（13）提供反滲透所需壓力，出水口與農田重力滴灌裝置的高架儲水箱（15）直接對接或由水泵（14）配送至高架儲水箱（15）。

所述的水泵（14）是直流咸水泵，所述控制器輸出端與咸水增壓泵的直流電機連接，利用蓄電池組直流電進行工作；

所述農田重力滴灌裝置包括設置于地面的支架，儲水箱、蓄肥箱、滴灌組件，儲水箱連接反滲透淡化水出水口，蓄肥箱置于儲水箱上部，并由擋板隔開，需要施肥時抽離擋板，使肥水混合均勻后通過滴灌組件灌溉。

本發明處理并利用的地下咸水鹽度范圍在3～20g/L之間；風電機、太陽能光伏電池板、地下咸水RO反滲透膜的額定功率配型選擇為5：5：3.5。

本發明的優勢在于：

采用風電、太陽能發電驅動反滲透進行咸水淡化，通過計算風能、太陽能資源儲量及分布特征，結合風力發電機組、太陽能光伏電池板的最大機械功率，進而確定太陽能、風能發電子系統的最佳輸出功率，使得風能與太陽能發電裝置工作效率始終處于最佳狀態。一方面能夠滿足小型RO反滲透法咸水淡化裝置的驅動控制需求；一方面，整體整合風能+太陽能輸出功率與RO反滲透淡化生產過程保持效率最大化和運行安全。