水能纳米电网为缺乏基本设施的农村社区提供解决方案

德克萨斯农工大学的研究人员提出了一种经济，绿色的解决方案，可以帮助贫困社区解决水和电需求。

他们的独立水能纳米网格由净化系统组成，该净化系统使用太阳能对水进行净化。他们说，该装置在数学上进行了调整，可以最佳地利用太阳能，从而使水的过滤不受白天太阳能波动的影响。

电气和计算机工程学系教授谢X说：“要为偏远和偏僻的地区提供服务，铺设新的水管或建立电网的基础设施成本是巨大的，而且可能需要很长时间。” “为克服这些障碍，我们提出了一种具有成本效益的解决方案，该解决方案利用太阳能既能净化水又能为基本的家庭发电。”

研究人员在《应用能源》杂志上描述了他们的技术。

在美国，科洛尼亚人是得克萨斯州-墨西哥边境沿线许多农村低收入社区之一，那里基本资源不易获得。由于殖民地很偏远，所以他们的居民主要是农民工，与主要的公用事业和水处理设施隔离开来，因此用电和安全饮用水的手段有限。诸如开水之类的方法可能成本高昂且不适当。

Zachry土木与环境工程系教授Shankar Chellam说：“沸腾的水是最昂贵的净化方法之一，因为它需要大量的能量来加热水。” “而且，尽管沸腾消除了生物污染物，但它并不能除去许多化学污染物。我们需要一种能够同时解决这两个问题的解决方案。”

一种净化水的有效方法是使水通过净化系统。这些机器使用泵将水推过过滤器。但是，泵需要电力，这在菌落中又是稀缺的。因此，研究人员寻求一种解决方案，该解决方案可同时满足殖民地居民的电力和水需求。

首先，为了减少对集中式电源和水的依赖，Xie，Chellam和他们的团队构思了一个能源-水纳米网格，该网格是一个独立的，可安装在卡车上的过滤系统，带有可依靠太阳能发电的泵。接下来，他们开发了一种成本最小化的数学方案，称为基于方案的优化框架，该方案通过选择过滤器的类型，太阳能电池板的数量和尺寸以及太阳能电池的尺寸，将独立设置的总支出降至最低。

该模型表明，如果使用纳滤(一种净化技术)，则仅在高峰可用性期间收集太阳能就足以运行泵和净化水。换句话说，水的纳滤系统在很大程度上不受太阳能日常变化的影响，可以净化足够的水以满足社区每周的用水需求。这样，任何未用于过滤的多余太阳能都可以藏起来，用于存储在电池组中或用于其他基本的家庭基本需求，例如为手机电池充电。

研究人员指出，尽管纳米过滤系统比其他过滤方法更为复杂和昂贵，但其总体优点是可以成功地淡化和去除当地地下水中存在的化学物质，例如砷。他们说，纳滤是用于其他偏远地区海水淡化和水净化的首选方法，在这些偏远地区，水中的污染物尚未为人所知。

切拉姆说：“我们第一次使用了非常严格的数学方法来互连水的净化和能源供应。” “这提出了一个定量框架，不仅可以在殖民地使用，而且可以根据当地情况在任何情况下使用。”