水能納米電網為缺乏基本設施的農村社區提供解決方案

德克薩斯農工大學的研究人員提出了一種經濟，綠色的解決方案，可以幫助貧困社區解決水和電需求。

他們的獨立水能納米網格由凈化系統組成，該凈化系統使用太陽能對水進行凈化。他們說，該裝置在數學上進行了調整，可以最佳地利用太陽能，從而使水的過濾不受白天太陽能波動的影響。

電氣和計算機工程學系教授謝X說：“要為偏遠和偏僻的地區提供服務，鋪設新的水管或建立電網的基礎設施成本是巨大的，而且可能需要很長時間。” “為克服這些障礙，我們提出了一種具有成本效益的解決方案，該解決方案利用太陽能既能凈化水又能為基本的家庭發電。”

研究人員在《應用能源》雜志上描述了他們的技術。

在美國，科洛尼亞人是得克薩斯州-墨西哥邊境沿線許多農村低收入社區之一，那里基本資源不易獲得。由于殖民地很偏遠，所以他們的居民主要是農民工，與主要的公用事業和水處理設施隔離開來，因此用電和安全飲用水的手段有限。諸如開水之類的方法可能成本高昂且不適當。

Zachry土木與環境工程系教授Shankar Chellam說：“沸騰的水是最昂貴的凈化方法之一，因為它需要大量的能量來加熱水。” “而且，盡管沸騰消除了生物污染物，但它并不能除去許多化學污染物。我們需要一種能夠同時解決這兩個問題的解決方案。”

一種凈化水的有效方法是使水通過凈化系統。這些機器使用泵將水推過過濾器。但是，泵需要電力，這在菌落中又是稀缺的。因此，研究人員尋求一種解決方案，該解決方案可同時滿足殖民地居民的電力和水需求。

首先，為了減少對集中式電源和水的依賴，Xie，Chellam和他們的團隊構思了一個能源-水納米網格，該網格是一個獨立的，可安裝在卡車上的過濾系統，帶有可依靠太陽能發電的泵。接下來，他們開發了一種成本最小化的數學方案，稱為基于方案的優化框架，該方案通過選擇過濾器的類型，太陽能電池板的數量和尺寸以及太陽能電池的尺寸，將獨立設置的總支出降至最低。

該模型表明，如果使用納濾(一種凈化技術)，則僅在高峰可用性期間收集太陽能就足以運行泵和凈化水。換句話說，水的納濾系統在很大程度上不受太陽能日常變化的影響，可以凈化足夠的水以滿足社區每周的用水需求。這樣，任何未用于過濾的多余太陽能都可以藏起來，用于存儲在電池組中或用于其他基本的家庭基本需求，例如為手機電池充電。

研究人員指出，盡管納米過濾系統比其他過濾方法更為復雜和昂貴，但其總體優點是可以成功地淡化和去除當地地下水中存在的化學物質，例如砷。他們說，納濾是用于其他偏遠地區海水淡化和水凈化的首選方法，在這些偏遠地區，水中的污染物尚未為人所知。

切拉姆說：“我們第一次使用了非常嚴格的數學方法來互連水的凈化和能源供應。” “這提出了一個定量框架，不僅可以在殖民地使用，而且可以根據當地情況在任何情況下使用。”