@ 2016.02.13 , 14:44
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给水管装内置发动机回收能量

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你大概不知道,为了给城市提供自来水,保证从水源到你家的水龙头的供水,整个供水系统的所有环节的能耗大概占有全世界能耗的2-3%,现今的幕后主使者正在思考如何改进城市供水系统的效率。通过安装能够放入水管的涡轮机,能够相应的将部分能耗进行转化,从而降低损失。首当其冲的,就是要选择在哪些位置安装这些小涡轮,以达到不影响供水可靠性和水压的情况下,获得最佳的发电量。通过在瑞士洛桑的供水网络进行测试,他们的发现发布在了最新的《Water Resources Management

而供水系统的正常工作需要维持稳定的压力(在一些水源稀缺的地方,你会简单很多增压站)这能够保证水能够压倒你家楼顶的蓄水箱,并且在你晚上下班回家之后,打开喷头能够激烈的喷出足够给力的热水。不同的供水系统在不同的地理环境下各不相同,平原地带一般比较简单,但是在丘陵地区,供水系统会复杂的多。既要保证足够的水压,又要避免造成多余压力带来的消耗,工程师Anton Schleiss特地制作了一种能够在水管中收集能量的小型涡轮机配件。

但是,找出整个供水网络中最佳的安装位置才是其中最困难的事情,整个水利系统可以看作一个有机的网格,牵一发而动全身,蝴蝶效应会在这里叠加发生,最终这是一个非常难以收敛的状态。前半句是在Anton 实验是工作的博士研究生Irene Samora说的,后半句是我自己瞎扯的。而重中之重就是,即便整个网络的压力在每天的用水需求不断变化而变化的同时,我们必须能够保证一个最低的压力阈值,保证他的正常工作。

要在这个复杂的网络中,理清其中的奥秘,从而找到最佳的涡轮机安装点,他们对供水系统进行建模,并在其上使用了模拟退火算法,寻求近似最优解。我们先模拟在一些初始位置安装涡轮机,然后通过在一定候选区间内进行随机变化,来测试寻找最佳方案。如果不采用这种剪支策略,穷举的效率是很低的,算法将长时间无法收敛。

之后,她使用在过去5年中在洛桑水利系统中所采集到的流量数据进行真实场景构建。在这个仿真的,全长17km的子供水网络中,他们的目标是先找到3个适当的安装位置。而算法能够给出了600w+的部署方案,最终选出安装方案能够使得她在对网络影响最小的情况下,回收越5%的能量。

目前,可以看到整个研究的发展主要在于获取更加详细的水利网络信息,以及寻找算法的优化改进方案,和在动态场景下考虑不同时间下,水压波动对整个场景的优化。而我想,其实可以通过选择若干的部署点,通过在时间上的动态调整,对部分组合优化的涡轮进行开启,从而获得更佳有效的回收率。

本文译自 epfl,由译者 邻家乖蜀黍 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 21+1

  1. 3061662

    根据能量守恒, 等于是从自来水公司的水泵偷电….. 不过这样的电听起来温度正好, 推出来的自动马桶盖才能屏蔽引力波的影响.

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  2. 金三胖胖三斤
    @2 years ago
    3061665

    本帅下山时回收的能量可以给全国供电
    cd0b8X/sNNHX+VbuGeY/0jLEQRSMaEfknRCuCW+K9WOPUxHp/UoYEID4CpF9vxRVQu19z6yfXRVX6+tO8Jf7P0qMjIkysVEt6YnfQY/jrjdJkOvFMb5v3A

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  3. 须臾含霈
    @2 years ago
    3061667

    @??: 原文说了“既要保证足够的水压,又要避免多余的压力被浪费”说明为了保证某些地方的最低水压需求,另一些地方的压力是有冗余的,最终是被浪费的。而涡轮使用的是这部分原本被浪费的能量。你硬要说偷自来水公司的电那也没辙。

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  4. 黑五
    @2 years ago
    3061668

    水泵又要多了一份负担

  5. 3061669

    自来水公司“偷”电?原来只有我们哪里自来水公司收加压费喽?

  6. 3061674

    这会不会启示了一部分居民

  7. 3061677

    我也想到过这个问题,同样想到的还有,利用自来水给家用电器散热什么的……

  8. 3061686

    虽然听起来好像多余
    其实是这样的,为了保证整个网的平衡,需要在一些阻力小的路线增加损耗以避免阻力大的路线没有水量
    以前是靠阀门,把多余的能量耗散成热量,现在是换成发电机来实现,回收部分能量

    [13] XX [0] 回复 [0]
  9. jerry688
    @2 years ago
    3061698

    从污水管收集能量不就没有这些问题了。。。骗经费系列

  10. 鸡血小王子
    @2 years ago
    3061703

    突然想到超声波水龙头,啊,暴露年龄

  11. 3061720

    是一种降低流速来发电的想法吧,感觉可以尝试啊,能省点省点。。

  12. 3061724

    文中的意思是说自来水厂本身的能耗不增但是利用这种手段将其中浪费掉的部分转化成电能回收。其实逻辑就像是以前提到的那个日本某地火车刹车系统将动能转化成电能一样。总不能也说是偷火车的能量吧。那部分能量原本就是耗费掉的。
    实际效果应该是家里的自来水流速变慢了。

  13. 3061729

    有些人家热水器水太小不得已还要装增压泵

  14. 蓝羽--白開水
    @2 years ago
    3061770

    学水电出身的表示槽点太多吐不过来了→_←

  15. alpha_boy
    @2 years ago
    3061883

    这个太难计算了吧?如果能精确计算,直接把压力过高的线路的地方减少一些增压站,或者把增压站更均衡的分配呢?

  16. 3061907

    淘宝有发光水龙头就是这个原理,水压够的地方驱动个小夜灯不成问题,低落差发电很多地方都有应用的,譬如山上小型蓄水水库,在水管里头加个泵,水流驱动发电供应几个家庭照明也ok 。各国的供水管网有各自特色,水压不全是供水公司一直增压的,而且水流也的确每时每刻流动,能智慧地在不影响供水情况下获得能源也是一件很有意义的事

  17. 3061950

    @55: 曾经有段时间租房子住,免水费,只交电费 。就自己鼓捣出一水力发电,,,,,,

  18. suke61753
    @2 years ago
    3062346

    个人觉得家庭小型水塔更好 水压恒定不会忽大忽小 停水了也有的用 冬天刷碗水温不会太凉 夏天可以当做空气能热水器吸收室内热量 同时提供冷气

  19. 黑发肥
    @2 years ago
    3062389

    那你tmd不是增加了供水的压力?根本划不来

  20. 朴商隐
    @2 years ago
    3062916

    请尊重能量守恒定律,谢谢。

  21. 阿道夫i
    @2 years ago
    3064404

    听的好像是那么回事,问题是产生的电力输送成本呢?你能产生多少电?产生的电的供电半径在没有变压的情况下也就几百米,这个电你还要收费吗?我相信没人愿意用这种时有时无的电源。
    另外能量是守恒的,就算你能达到理想情况下收集多余的能量转换成电力并且充分利用了,这些电也是源头电机增加的功率转化来的。

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