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一種管道水力集群式半循環(huán)發(fā)電站的制作方法

文檔序號(hào):5170567閱讀:306來源:國(guó)知局
專利名稱:一種管道水力集群式半循環(huán)發(fā)電站的制作方法
一種管道水力集群式半循環(huán)發(fā)電站技術(shù)領(lǐng)域一種管道水力集群式半循環(huán)發(fā)電站,屬能源領(lǐng)域的水力發(fā)電部分的新技 術(shù)、新方法和新原理。技術(shù)背景據(jù)本人所知,目前國(guó)內(nèi)外水力發(fā)電技術(shù)不外包括壩后式、引水式、蓄能式 發(fā)電技術(shù),這些水力發(fā)電技術(shù)需要具備相應(yīng)的水流落差才能實(shí)現(xiàn),而且使用的都是傳統(tǒng)的 水輪發(fā)電機(jī),浪費(fèi)和破壞了大量的水能量和水資源;另外,在現(xiàn)實(shí)的傳統(tǒng)水力發(fā)電中,經(jīng)常 有一些水流量大,落差也大的河流或水資源,上下游落差近百米,由于地形環(huán)境約束和舊發(fā) 電技術(shù)的局限,一般人們會(huì)在此建兩至三個(gè)梯級(jí)水電站,但這幾個(gè)電站落差加起來與實(shí)際 海拔落差差距很大,浪費(fèi)了很大水力能量?!耙环N管道水力集群式半循環(huán)發(fā)電站”具備“真 空流水力能”做功技術(shù),水力低動(dòng)力能做功的“集群式發(fā)電技術(shù)”和“半循環(huán)發(fā)電技術(shù)”的綜 合應(yīng)用,完美地解決了目前這種舊技術(shù)和模式的不足。發(fā)明內(nèi)容本人發(fā)明的“一種管道水力集群半循環(huán)發(fā)電站”(以下稱本電站)主要解 決下列三個(gè)課題1、運(yùn)用“管道真空虹吸流水力能發(fā)電技術(shù)”,改變了傳統(tǒng)水力重力流發(fā)電 的舊技術(shù)、舊模式,解決了傳統(tǒng)水力重力流發(fā)電中“水頭損失”的課題;2、運(yùn)用“低動(dòng)力能做 功的集群式發(fā)電技術(shù)”,使水力發(fā)電對(duì)技術(shù)、自然條件等要求變得簡(jiǎn)單而不復(fù)雜、不荷刻,從 而降低了水力發(fā)電成本,尤其是它科學(xué)有效地分解了發(fā)電水力流流體的能量段,使水能量 得到充分利用,解決了傳統(tǒng)水力發(fā)電能量利用不足的課題;3、運(yùn)用“半循環(huán)發(fā)電技術(shù)”,人為 地將水力落差力能有目的的提高,使之繞過不利地形等因素,實(shí)現(xiàn)全落差能發(fā)電(幾個(gè)梯 級(jí)電站的落差加起來,只是該水源全部海拔落差的一半多左右,而使用管道式半循環(huán)發(fā)電 技術(shù),只建一個(gè)電站就可將全部海拔落差完全利用起來),解決了傳統(tǒng)水力發(fā)電嚴(yán)重浪費(fèi)水 力能的課題。一、本電站的技術(shù)與工作原理本電站是以“管道真空虹吸流發(fā)電技術(shù)”和能有效 分解水力能流體點(diǎn)面能量段的低動(dòng)力能做功的“集群式發(fā)電技術(shù)”以及“半循環(huán)發(fā)電技術(shù)” 的綜合應(yīng)用的一種水力發(fā)電的新技術(shù)新模式。本電站是人類首次運(yùn)用“管道真空發(fā)電”、“管 道集群式發(fā)電”和“管道半循環(huán)發(fā)電”三大核心技術(shù)的綜合應(yīng)用的產(chǎn)物。A、本電站的技術(shù)要點(diǎn)1、運(yùn)用管道真空虹吸流原理及其相應(yīng)設(shè)備、技術(shù),使水力流 體阻力趨于零,成倍地增加了水力能的能量;2、運(yùn)用低動(dòng)力能做功的集群式發(fā)電技術(shù),科學(xué) 地將發(fā)電水力流流體中的各個(gè)“點(diǎn)面能量”分解成若干均等的“能量段”(本人認(rèn)為,在水的 真空流流體中,“每個(gè)點(diǎn)的流截面”都同時(shí)存在和釋放著“能量”,簡(jiǎn)稱“點(diǎn)面能量”,而每個(gè) “點(diǎn)面能量”產(chǎn)生的能量和都是一樣的,簡(jiǎn)稱“點(diǎn)面能量段”),N臺(tái)(組)低力能做功的水輪 發(fā)電機(jī)按設(shè)計(jì)的若干均等的“點(diǎn)面能量段”進(jìn)行等距組群排列安裝、發(fā)電,收集全部“點(diǎn)面能 量段”的能量之和;3、通過“半循環(huán)發(fā)電技術(shù)”,將水位提到設(shè)計(jì)最有利制高點(diǎn),讓“管道集群 電站”游刃于高山嵩嶺之間,實(shí)現(xiàn)全落差發(fā)電。B、本電站的工作原理在具備水力能發(fā)電的自然水源處建一欄水壩,使之形成一蓄水庫(kù)區(qū),在庫(kù)區(qū)旁建一抽水泵組(機(jī)),抽水泵組在外來電能作用下做功,將相應(yīng)水流量 的水抽提到設(shè)計(jì)的最佳高度的高位水塔內(nèi),水(平穩(wěn)后)從與之連接的經(jīng)真空技術(shù)處理過 的真空發(fā)電管道中自流,使按設(shè)計(jì)間距等距排列安裝在發(fā)電管道中的N臺(tái)管道真空流水式水輪發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā)電,發(fā)電尾水自流出低洼處;本電站發(fā)出的電能經(jīng)合并、穩(wěn)壓、分流后,電能輸出待用或并網(wǎng),提水電能實(shí)現(xiàn)電站外大循環(huán)運(yùn)行或是通過瞬時(shí)選擇開關(guān)(或其它方 法)切斷外來電能,提水電能實(shí)現(xiàn)電站內(nèi)部循環(huán)運(yùn)行。二、本電站的結(jié)構(gòu)本電站主要由自然高位水源、攔水壩、蓄水庫(kù)區(qū)、外來電能、抽 水泵組、高位水塔、發(fā)電管道、管道式水輪發(fā)電機(jī)、進(jìn)水口開關(guān)閥門、出水口開關(guān)閥門、可關(guān) 閉的充灌水口裝置和電能管理等部分組成。其主結(jié)構(gòu)是,在自然高位水源處,建一攔水壩, 為了充分利用水源落差能量,在水壩若干米高處建一高位水塔以增加落差高度,發(fā)電管道 進(jìn)水口連接高位水塔,進(jìn)水口設(shè)置開關(guān)閥門,管道拉至高出高位水塔水面處,設(shè)置管道真空 處理裝置,并在其適當(dāng)位置設(shè)置可關(guān)閉的充灌水口裝置,發(fā)電管道可按實(shí)際地形或?qū)嶋H需 要安裝,不受形狀、長(zhǎng)短度限制,管道出口處設(shè)置出口開關(guān)。本電站的工作程序外來電能做功(抽水泵組提水)一真空虹吸流力能做功(水 在真空發(fā)電管道通過)一機(jī)械動(dòng)力能做功(管道流水式水輪機(jī))一電能(發(fā)電機(jī)做功)一 電能管理(電能合并、并網(wǎng),電能循環(huán))。三、本電站主要結(jié)構(gòu)及功能1、自然高位水源、攔水壩、蓄水庫(kù)區(qū)它們是本電站的發(fā)電水源部分。高位水源的 落差、流量等都是確定本電站技術(shù)指標(biāo)、建設(shè)規(guī)模的重要依據(jù)。2、外來電能、抽水泵組、高位水塔它們都是本電站的提水功能部分,也是本電站 半循環(huán)做功部位。外來電能首先讓抽水泵組將水抽提至高位水塔,再讓水自流進(jìn)入經(jīng)處理 后的真空發(fā)電管道內(nèi)。它們?cè)O(shè)計(jì)得越科學(xué),電站利用水能量就越大,尤其是科學(xué)的高位水塔 位置的確定和高度的設(shè)計(jì),對(duì)本電站起到關(guān)鍵的作用。3、發(fā)電管道、管道流水式水輪發(fā)電機(jī)、進(jìn)水口開關(guān)閥門、出水口開關(guān)閥門、可關(guān)閉 的充灌水口裝置它們都是本電站的真空處理和真空發(fā)電功能部分。發(fā)電管道是水自流通 過并發(fā)電的地方,建造時(shí)務(wù)必按水的虹吸原理要求,發(fā)電管道的進(jìn)水口處和出水口處都設(shè) 開關(guān)閥門,在進(jìn)水管口外若干米距離處(要高于高位水源水平面)設(shè)置真空充灌水裝置,并 將其充灌滿水,確保其牢固密封和絕對(duì)真空;發(fā)電管道的進(jìn)水管口與出水管口要保持設(shè)計(jì) 的相應(yīng)海拔距離并固定不變,發(fā)電管道或高或低或長(zhǎng)或短的放置不拘,可按項(xiàng)目具體個(gè)案 確定,有時(shí)可建很長(zhǎng)很長(zhǎng);管道流水式水輪發(fā)電機(jī),是本電站的專用發(fā)電機(jī),水輪機(jī)的管徑 與發(fā)電管道的管徑要等大,連接關(guān)口要相應(yīng),要求發(fā)電管道內(nèi)的水流速至少要大于或等于 2m/s,N臺(tái)管道流水式水輪發(fā)電機(jī)按設(shè)計(jì)的間隔等距排列安裝在發(fā)電管道內(nèi);另外,發(fā)電機(jī) 選用水下防水型高壓發(fā)電機(jī),也可使用低壓發(fā)電機(jī);本電站也可選用其他適用的管道流水 式水輪機(jī)。4、電能管理是本電站的電能管理部分。它由外來電能、變電站及電能的合并、穩(wěn) 壓、分流、切分開關(guān)、并網(wǎng)等組成,負(fù)責(zé)本電站正常的電能管理及調(diào)配,確保本電站整體安全 平穩(wěn)運(yùn)行。四、本電站的優(yōu)勢(shì)本電站的最大優(yōu)勢(shì)在于實(shí)施技術(shù)方便,建造成本低,充分利用 到了絕大部分水力能量,經(jīng)濟(jì)效益顯著,如一個(gè)同樣的水力發(fā)電自然資源,利用本電站發(fā)電 技術(shù),可在原傳統(tǒng)發(fā)電量的基礎(chǔ)上增加1倍以上的新增發(fā)電能量。


本電站的結(jié)構(gòu)形式與方法,見附圖一種管道水力集群式半循環(huán)發(fā)電站 的結(jié)構(gòu)形式與方法。①為抽水泵機(jī)、②為發(fā)電管道、③為水輪發(fā)電機(jī)、④為外電能、⑤為輸出電能、⑥為自發(fā) 電能、⑦為充灌水口、⑧為提水管道、⑨為高位水塔、⑩為抽水池、Q)為尾水出口具體實(shí)施形式以改造兩個(gè)梯級(jí)水電站為例(二合為一): 某舊電站,一級(jí)站水頭35米,流量2. 5m/s,裝機(jī)約850kw ;二級(jí)站水頭25米,流量 2. 8m/s,裝機(jī)約650kw ;該段河流上下游海拔落差80米。那么,兩個(gè)舊電站總裝機(jī)約1500kw (發(fā)電總落差為70米),這不包括舊式發(fā)電技術(shù) 的“水頭損失”和利用水能不足的水力能量,加上10米落差沒能利用上的水力能量。在同一自然發(fā)電水力資源的條件下,按本電站技術(shù)的發(fā)電量單位比率(初測(cè))計(jì) 算,它的新增發(fā)電量是舊傳統(tǒng)技術(shù)發(fā)電量的1. 2-1. 5倍左右(視不同的電站資源條件)。為了創(chuàng)造最佳發(fā)電效益,本電站設(shè)計(jì)人為提高水頭20米,讓管道順利避開不利地 形與環(huán)境,也就是說,在大壩庫(kù)區(qū)邊的高山上20米處建一高位水塔,實(shí)施人為提水。要保證流量2. 8m/s,新增20米水頭,須安裝兩臺(tái)365KWX2臺(tái)的抽水泵(組)。這 段20米的能量發(fā)電,實(shí)質(zhì)就是電力循環(huán)發(fā)電,所以說這部分叫“半循環(huán)發(fā)電”(原稱“無循 環(huán)發(fā)電結(jié)構(gòu)形式”,即帶電動(dòng)力提水,但發(fā)電尾水不循環(huán)回收的發(fā)電形式)——“真空水力發(fā) 電”加“電能半循環(huán)發(fā)電”。綜上所述,新的發(fā)電水力資源條件是流量2. 8m/s,落差100米。此水力發(fā)電條 件,用真空發(fā)電可產(chǎn)生電能100米X 2. 8m/s X 9. 8 X 2,加上20米人為提高落差新增的電量 (提水耗能量的一倍)??梢?,新增電量為(100米 X 2. 8m/sX9. 8 X 2) + (365KWX 2 臺(tái) X 2)-(850kw+650kw)。
權(quán)利要求
一種槽渠水力集群式半循環(huán)發(fā)電站,它主要由自然高位水源、攔水壩、蓄水庫(kù)區(qū)、外來電能、抽水泵組、高位水塔、發(fā)電管道、管道式水輪發(fā)電機(jī)、進(jìn)水口開關(guān)閥門、出水口開關(guān)閥門、可關(guān)閉的充灌水口裝置和電能管理等部分組成,其特征是,在具備水力能發(fā)電的自然水源處建一欄水壩,使之形成一蓄水庫(kù)區(qū),在庫(kù)區(qū)旁建一抽水泵組(機(jī)),抽水泵組在外來電能作用下做功,將相應(yīng)水流量的水抽提到設(shè)計(jì)的最佳高度的高位水塔內(nèi),水(平穩(wěn)后)從與之連接的經(jīng)真空技術(shù)處理過的真空發(fā)電管道中自流,使按設(shè)計(jì)間距等距排列安裝在發(fā)電管道中的N臺(tái)管道真空流水式水輪發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā)電,發(fā)電尾水自流出低洼處;本電站發(fā)出的電能經(jīng)合并、穩(wěn)壓、分流后,電能輸出待用或并網(wǎng),提水電能實(shí)現(xiàn)電站外大循環(huán)運(yùn)行或是通過瞬時(shí)選擇開關(guān)(或其它方法)切斷外來電能,提水電能實(shí)現(xiàn)電站內(nèi)部循環(huán)運(yùn)行。
2.一種槽渠水力集群式半循環(huán)發(fā)電站的建造方法它主要由自然高位水源、攔水壩、蓄 水庫(kù)區(qū)、外來電能、抽水泵組、高位水塔、發(fā)電管道、管道式水輪發(fā)電機(jī)、進(jìn)水口開關(guān)閥門、出 水口開關(guān)閥門、可關(guān)閉的充灌水口裝置和電能管理等部分組成,其特征是,在具備水力能發(fā) 電的自然水源處建一欄水壩,使之形成一蓄水庫(kù)區(qū),在水壩若干米高處建一高位水塔以增 加落差高度,發(fā)電管道進(jìn)水口連接高位水塔,進(jìn)水口設(shè)置開關(guān)閥門,管道拉至高出高位水塔 水面處,設(shè)置管道真空處理裝置,并在其適當(dāng)位置設(shè)置可關(guān)閉的充灌水口裝置,發(fā)電管道可 按實(shí)際地形或?qū)嶋H需要安裝,不受形狀、長(zhǎng)短度限制,管道出口處設(shè)置出口開關(guān);在庫(kù)區(qū)旁 建一抽水泵組(機(jī)),抽水泵組在外來電能作用下做功,將相應(yīng)水流量的水抽提到設(shè)計(jì)的 最佳高度的高位水塔內(nèi),水(平穩(wěn)后)從與之連接的經(jīng)真空技術(shù)處理過的真空發(fā)電管道中 自流,使按設(shè)計(jì)間距等距排列安裝在發(fā)電管道中的N臺(tái)管道真空流水式水輪發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā) 電,發(fā)電尾水自流出低洼處;本電站發(fā)出的電能經(jīng)合并、穩(wěn)壓、分流后,電能輸出待用或并 網(wǎng),提水電能實(shí)現(xiàn)電站外大循環(huán)運(yùn)行或是通過瞬時(shí)選擇開關(guān)(或其它方法)切斷外來電能, 提水電能實(shí)現(xiàn)電站內(nèi)部循環(huán)運(yùn)行。
3.一種(電能)半循環(huán)發(fā)電技術(shù)與建造方法,根據(jù)權(quán)力要求2所述的技術(shù)特征、方法原 理,這種(電能)半循環(huán)發(fā)電的技術(shù)與方法,它主要由自然高位水源、攔水壩、外來電能、抽 水泵組、高位水塔、發(fā)電管道、管道式水輪發(fā)電機(jī)、電能管理系統(tǒng)等組成,其特征是,當(dāng)在建 設(shè)水力發(fā)電站時(shí)出現(xiàn)管道高度不夠或管道受阻沒法申展而影響水力能利用、影響效益時(shí), 通常通過人為提高管道落差高度以增加管道長(zhǎng)度實(shí)來現(xiàn)更大效益;它首先在外來電能作 用下,讓安裝在高位水源中的抽水泵組將相應(yīng)水流量的水提抽到設(shè)計(jì)最佳高度的高位水塔 內(nèi),水從與之連接的經(jīng)真空處理后的真空管道中自流,帶動(dòng)真空管道中N臺(tái)(組)水輪發(fā)電 機(jī)同時(shí)發(fā)電,發(fā)電尾水流出低處,所發(fā)電能經(jīng)電能管理系合并、穩(wěn)壓、分流后,電能輸出待用 或并網(wǎng),提水電能實(shí)現(xiàn)電站外大循環(huán)運(yùn)行或是通過瞬時(shí)選擇開關(guān)(或其它方法)切斷外來 電能,提水電能實(shí)現(xiàn)電站內(nèi)部循環(huán)運(yùn)行。
全文摘要
一種管道水力集群式半循環(huán)發(fā)電站,屬能源領(lǐng)域水力發(fā)電部分的新技術(shù)新方法,它是管道真空發(fā)電技術(shù)、低力能做功的集群組合式發(fā)電技術(shù)和電能半循環(huán)發(fā)電技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新應(yīng)用;它主要由自然高位水源、外來電能、抽水泵組、高位水塔、發(fā)電管道、水輪發(fā)電機(jī)、電能管理等組成;發(fā)電管道經(jīng)真空處理裝置處理后,確保發(fā)電管道內(nèi)的水流速大于或等于2m/s,N臺(tái)(組)水輪發(fā)電機(jī)按等距組群排列安裝在管道中并同時(shí)發(fā)電,電能經(jīng)處理后輸出或并網(wǎng);本發(fā)電技術(shù)對(duì)改造舊式水電站,以及綜合應(yīng)用到其它的水力發(fā)電上,都將產(chǎn)生積極的作用和巨大的效益。
文檔編號(hào)F03B13/06GK101846030SQ20091025906
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者歐開億 申請(qǐng)人:歐開億
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