索偉1 張德兵 2祁斌3
（1.濰坊上實環(huán)境污水處理有限公司2. 上實環(huán)境水務股份有限公司3.武漢漢西污水處理有限公司）
摘要：污水廠尾水發(fā)電機組利用尾水的水位落差，將勢能轉(zhuǎn)化為電能，高效節(jié)能、環(huán)保無害、維護簡便、適用范圍廣。廣泛應用于城市污水處理廠、工業(yè)廢水處理廠等場所，未來發(fā)展前景廣闊。是一種環(huán)保、高效、實用的發(fā)電裝置，適用于各種類型的污水處理廠。
關(guān)鍵詞：環(huán)保、高效、節(jié)能、綠色
隨著全球能源危機的加劇，尋找可持續(xù)的清潔能源已經(jīng)成為各國科研的熱點。利用污水處理廠尾水進行發(fā)電，不僅可以有效地利用廢棄資源，同時也能為國家能源供應提供重要保障。在環(huán)保意識日益增強的今天，公眾對環(huán)保問題的關(guān)注度也在不斷提高。污水處理廠尾水發(fā)電組的研發(fā)，既能滿足污水處理的要求，又能產(chǎn)生清潔能源，實現(xiàn)能源和環(huán)保的雙重效益，是一項符合公眾利益的技術(shù)創(chuàng)新。
一、研究背景
能源短缺：隨著人口的不斷增加和工業(yè)化程度的提高，能源需求也不斷增長。特別是在中國這樣的國家，由于能源消費的增長速度快于能源生產(chǎn)的增長速度，能源短缺成為一個日益嚴重的問題。因此，尋求可再生能源，特別是風能、水能、太陽能等可再生能源，成為解決能源短缺問題的關(guān)鍵。
環(huán)境保護：污水處理廠尾水發(fā)電機組不僅可以提供能源，還可以改善環(huán)境。例如，污水處理廠尾水發(fā)電項目，利用非飲用水的尾水發(fā)電，推動綠色低碳發(fā)展，降低碳排放，保護生態(tài)環(huán)境，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益[1]。
二、設(shè)計原理
尾水發(fā)電機組的設(shè)計原理是利用污水處理廠尾水自然水位落差中蘊含的能量，通過水力渦輪機將這些能量轉(zhuǎn)換成電能。水力渦輪機的工作過程與風力渦輪機類似，只是它是通過水流而不是氣流來驅(qū)動的。污水處理廠尾水的流速和流量可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，以滿足發(fā)電機組的功率需求。
污水處理廠尾水發(fā)電機組的設(shè)計理念在于充分利用現(xiàn)有的水資源和能源，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。在保護環(huán)境的同時，也為能源供應提供了新的解決方案。
尾水發(fā)電機組采用了高效的能量回收技術(shù)，最大限度地利用污水處理廠尾水中的能量。例如，通過分析現(xiàn)場水頭水量選取最優(yōu)的水輪機類型，設(shè)置合理的水輪機數(shù)量提高機組運行效率；通過CFD流場分析技術(shù)分析水輪機內(nèi)部流動規(guī)律，設(shè)計高效水輪機的水力模型，提高水輪機的水力效率；通過改進發(fā)電機組的機械設(shè)計，減少摩擦阻力，提高機械效率效率。
三、國內(nèi)外研究背景
國外：針對污水處理廠尾水進行發(fā)電機組的研究已經(jīng)取得了一定的進展。例如，德國的研究人員設(shè)計了一種由電解池和水泵組成的污水處理廠尾水發(fā)電機組，該機組可以利用電化學反應和壓力差驅(qū)動渦輪發(fā)電，并且對污水中的有機物進行有效處理。與此同時，日本福岡地區(qū)供水企業(yè)協(xié)會也宣布，將利用海水淡化后排出的高鹽度尾水進行滲透發(fā)電。這些研究表明，對污水處理廠尾水進行有效利用和回收，可以極大地減少對淡水資源的依賴和對環(huán)境的污染，為解決可持續(xù)發(fā)展的水資源問題提供了新的思路。
國內(nèi)：在過去的幾年中，尾水發(fā)電技術(shù)在我國的應用逐漸興起，許多水力發(fā)電站開始采用這種技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計，截至2021年，我國已有多個尾水發(fā)電站投入運行，總裝機容量達到數(shù)百兆瓦。這些尾水發(fā)電站主要分布在南方和西南地區(qū)，其中包括廣西、貴州、云南、廣東[2]等省份。此外，我國的研究機構(gòu)也在積極推動尾水發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，并開展了一系列相關(guān)的研究工作。例如，江蘇大學、中南大學能源科學與工程學院的研究團隊就在尾水發(fā)電技術(shù)方面取得了一些突破性的成果。這些研究成果為尾水發(fā)電技術(shù)在我國的進一步推廣和應用提供了有力支持。
四、產(chǎn)品介紹
污水處理廠的尾水的特點一般是低水頭、大流量。常用的水輪機結(jié)構(gòu)形式有臥式貫流式、立式明渠軸流式等。
臥式貫流式水輪發(fā)電機組是臥式分體結(jié)構(gòu)，由水輪機和發(fā)電機通過聯(lián)軸器連接而成。水輪機主要由三通管、導葉、轉(zhuǎn)輪、主軸、傳動部件、密封、軸承等組成。工作時水流在工作水頭的作用下，經(jīng)引水管至水輪機的進口，流經(jīng)導葉沖擊轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，主軸帶動發(fā)電機工作。
臥式貫流式發(fā)電機組是臥式分體結(jié)構(gòu)，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：
1.臥式結(jié)構(gòu)管路進水、管路出水安裝、使用、檢修方便；
2.水輪機和發(fā)電機分離，便于維修，更換易損件；
3.水輪機單獨3個軸承，發(fā)電機單獨2-3個軸承，結(jié)構(gòu)可靠；
4.水輪機具有獨立油潤滑系統(tǒng)，軸承壽命更長。
