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(lái)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(guò)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(lái)，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(lái))，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(guò)“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(lái)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(guò) 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(guò)瞬時(shí)選擇開關(guān)(或其它方 法)切斷外來(lái)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(lái)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(lái)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(guò))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(lái)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(lái)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(guò)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(lái)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(jiàn)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(méi)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(shuō)，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(shuō)這部分叫“半循環(huán)發(fā)電”(原稱“無(wú)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?jiàn)，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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)瞬時(shí)選擇開關(guān)(或其它方法)切斷外來(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)瞬時(shí)選擇開關(guān)(或其它方法)切斷外來(lái)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(lái)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(méi)法申展而影響水力能利用、影響效益時(shí)， 通常通過(guò)人為提高管道落差高度以增加管道長(zhǎng)度實(shí)來(lái)現(xiàn)更大效益；它首先在外來(lái)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(guò)瞬時(shí)選擇開關(guān)(或其它方法)切斷外來(lái) 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(lái)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