索偉1 張德兵 2祁斌3
（1.濰坊上實環境污水處理有限公司2. 上實環境水務股份有限公司3.武漢漢西污水處理有限公司）
摘要：污水廠尾水發電機組利用尾水的水位落差，將勢能轉化為電能，高效節能、環保無害、維護簡便、適用范圍廣。廣泛應用于城市污水處理廠、工業廢水處理廠等場所，未來發展前景廣闊。是一種環保、高效、實用的發電裝置，適用于各種類型的污水處理廠。
關鍵詞：環保、高效、節能、綠色
隨著全球能源危機的加劇，尋找可持續的清潔能源已經成為各國科研的熱點。利用污水處理廠尾水進行發電，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。在環保意識日益增強的今天，公眾對環保問題的關注度也在不斷提高。污水處理廠尾水發電組的研發，既能滿足污水處理的要求，又能產生清潔能源，實現能源和環保的雙重效益，是一項符合公眾利益的技術創新。
一、研究背景
能源短缺：隨著人口的不斷增加和工業化程度的提高，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鍵。
環境保護：污水處理廠尾水發電機組不僅可以提供能源，還可以改善環境。例如，污水處理廠尾水發電項目，利用非飲用水的尾水發電，推動綠色低碳發展，降低碳排放，保護生態環境，具有明顯的社會效益和經濟效益[1]。
二、設計原理
尾水發電機組的設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動的。污水處理廠尾水的流速和流量可以根據需要進行調節，以滿足發電機組的功率需求。
污水處理廠尾水發電機組的設計理念在于充分利用現有的水資源和能源，實現節能減排的目標。在保護環境的同時，也為能源供應提供了新的解決方案。
尾水發電機組采用了高效的能量回收技術，最大限度地利用污水處理廠尾水中的能量。例如，通過分析現場水頭水量選取最優的水輪機類型，設置合理的水輪機數量提高機組運行效率；通過CFD流場分析技術分析水輪機內部流動規律，設計高效水輪機的水力模型，提高水輪機的水力效率；通過改進發電機組的機械設計，減少摩擦阻力，提高機械效率效率。
三、國內外研究背景
國外：針對污水處理廠尾水進行發電機組的研究已經取得了一定的進展。例如，德國的研究人員設計了一種由電解池和水泵組成的污水處理廠尾水發電機組，該機組可以利用電化學反應和壓力差驅動渦輪發電，并且對污水中的有機物進行有效處理。與此同時，日本福岡地區供水企業協會也宣布，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境的污染，為解決可持續發展的水資源問題提供了新的思路。
國內：在過去的幾年中，尾水發電技術在我國的應用逐漸興起，許多水力發電站開始采用這種技術。據統計，截至2021年，我國已有多個尾水發電站投入運行，總裝機容量達到數百兆瓦。這些尾水發電站主要分布在南方和西南地區，其中包括廣西、貴州、云南、廣東[2]等省份。此外，我國的研究機構也在積極推動尾水發電技術的發展，并開展了一系列相關的研究工作。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電技術方面取得了一些突破性的成果。這些研究成果為尾水發電技術在我國的進一步推廣和應用提供了有力支持。
四、產品介紹
污水處理廠的尾水的特點一般是低水頭、大流量。常用的水輪機結構形式有臥式貫流式、立式明渠軸流式等。
臥式貫流式水輪發電機組是臥式分體結構，由水輪機和發電機通過聯軸器連接而成。水輪機主要由三通管、導葉、轉輪、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，經引水管至水輪機的進口，流經導葉沖擊轉輪旋轉，主軸帶動發電機工作。
臥式貫流式發電機組是臥式分體結構，具有以下技術優勢：
1.臥式結構管路進水、管路出水安裝、使用、檢修方便；
2.水輪機和發電機分離，便于維修，更換易損件；
3.水輪機單獨3個軸承，發電機單獨2-3個軸承，結構可靠；
4.水輪機具有獨立油潤滑系統，軸承壽命更長。
