一种管道水力集群式半循环发电站.pdf

一种管道水力集群式半循环发电站，属能源领域水力发电部分的新技术新方法，它是管道真空发电技术、低力能做功的集群组合式发电技术和电能半循环发电技术有机结合的新应用；它主要由自然高位水源、外来电能、抽水泵组、高位水塔、发电管道、水轮发电机、电能管理等组成；发电管道经真空处理装置处理后，确保发电管道内的水流速大于或等于2m/s，N台(组)水轮发电机按等距组群排列安装在管道中并同时发电，电能经处理后输出或并网；本发电技术对改造旧式水电站，以及综合应用到其它的水力发电上，都将产生积极的作用和巨大的效益。

1.  一种槽渠水力集群式半循环发电站，它主要由自然高位水源、拦水坝、蓄水库区、外来电能、抽水泵组、高位水塔、发电管道、管道式水轮发电机、进水口开关阀门、出水口开关阀门、可关闭的充灌水口装置和电能管理等部分组成，其特征是，在具备水力能发电的自然水源处建一栏水坝，使之形成一蓄水库区，在库区旁建一抽水泵组(机)，抽水泵组在外来电能作用下做功，将相应水流量的水抽提到设计的最佳高度的高位水塔内，水(平稳后)从与之连接的经真空技术处理过的真空发电管道中自流，使按设计间距等距排列安装在发电管道中的N台管道真空流水式水轮发电机同时发电，发电尾水自流出低洼处；本电站发出的电能经合并、稳压、分流后，电能输出待用或并网，提水电能实现电站外大循环运行或是通过瞬时选择开关(或其它方法)切断外来电能，提水电能实现电站内部循环运行。

2.  一种槽渠水力集群式半循环发电站的建造方法它主要由自然高位水源、拦水坝、蓄水库区、外来电能、抽水泵组、高位水塔、发电管道、管道式水轮发电机、进水口开关阀门、出水口开关阀门、可关闭的充灌水口装置和电能管理等部分组成，其特征是，在具备水力能发电的自然水源处建一栏水坝，使之形成一蓄水库区，在水坝若干米高处建一高位水塔以增加落差高度，发电管道进水口连接高位水塔，进水口设置开关阀门，管道拉至高出高位水塔水面处，设置管道真空处理装置，并在其适当位置设置可关闭的充灌水口装置，发电管道可按实际地形或实际需要安装，不受形状、长短度限制，管道出口处设置出口开关；在库区旁建一抽水泵组(机)，抽水泵组在外来电能作用下做功，将相应水流量的水抽提到设计的最佳高度的高位水塔内，水(平稳后)从与之连接的经真空技术处理过的真空发电管道中自流，使按设计间距等距排列安装在发电管道中的N台管道真空流水式水轮发电机同时发电，发电尾水自流出低洼处；本电站发出的电能经合并、稳压、分流后，电能输出待用或并网，提水电能实现电站外大循环运行或是通过瞬时选择开关(或其它方法)切断外来电能，提水电能实现电站内部循环运行。

3.  一种(电能)半循环发电技术与建造方法，根据权力要求2所述的技术特征、方法原理，这种(电能)半循环发电的技术与方法，它主要由自然高位水源、拦水坝、外来电能、抽水泵组、高位水塔、发电管道、管道式水轮发电机、电能管理系统等组成，其特征是，当在建设水力发电站时出现管道高度不够或管道受阻没法申展而影响水力能利用、影响效益时，通常通过人为提高管道落差高度以增加管道长度实来现更大效益；它首先在外来电能作用下，让安装在高位水源中的抽水泵组将相应水流量的水提抽到设计最佳高度的高位水塔内，水从与之连接的经真空处理后的真空管道中自流，带动真空管道中N台(组)水轮发电机同时发电，发电尾水流出低处，所发电能经电能管理系合并、稳压、分流后，电能输出待用或并网，提水电能实现电站外大循环运行或是通过瞬时选择开关(或其它方法)切断外来电能，提水电能实现电站内部循环运行。

一种管道水力集群式半循环发电站
技术领域一种管道水力集群式半循环发电站，属能源领域的水力发电部分的新技术、新方法和新原理。
技术背景据本人所知，目前国内外水力发电技术不外包括坝后式、引水式、蓄能式发电技术，这些水力发电技术需要具备相应的水流落差才能实现，而且使用的都是传统的水轮发电机，浪费和破坏了大量的水能量和水资源；另外，在现实的传统水力发电中，经常有一些水流量大，落差也大的河流或水资源，上下游落差近百米，由于地形环境约束和旧发电技术的局限，一般人们会在此建两至三个梯级水电站，但这几个电站落差加起来与实际海拔落差差距很大，浪费了很大水力能量。“一种管道水力集群式半循环发电站”具备“真空流水力能”做功技术，水力低动力能做功的“集群式发电技术”和“半循环发电技术”的综合应用，完美地解决了目前这种旧技术和模式的不足。
发明内容本人发明的“一种管道水力集群半循环发电站”(以下称本电站)主要解决下列三个课题：1、运用“管道真空虹吸流水力能发电技术”，改变了传统水力重力流发电的旧技术、旧模式，解决了传统水力重力流发电中“水头损失”的课题；2、运用“低动力能做功的集群式发电技术”，使水力发电对技术、自然条件等要求变得简单而不复杂、不荷刻，从而降低了水力发电成本，尤其是它科学有效地分解了发电水力流流体的能量段，使水能量得到充分利用，解决了传统水力发电能量利用不足的课题；3、运用“半循环发电技术”，人为地将水力落差力能有目的的提高，使之绕过不利地形等因素，实现全落差能发电(几个梯级电站的落差加起来，只是该水源全部海拔落差的一半多左右，而使用管道式半循环发电技术，只建一个电站就可将全部海拔落差完全利用起来)，解决了传统水力发电严重浪费水力能的课题。
一、本电站的技术与工作原理：本电站是以“管道真空虹吸流发电技术”和能有效分解水力能流体点面能量段的低动力能做功的“集群式发电技术”以及“半循环发电技术”的综合应用的一种水力发电的新技术新模式。本电站是人类首次运用“管道真空发电”、“管道集群式发电”和“管道半循环发电”三大核心技术的综合应用的产物。
A、本电站的技术要点：1、运用管道真空虹吸流原理及其相应设备、技术，使水力流体阻力趋于零，成倍地增加了水力能的能量；2、运用低动力能做功的集群式发电技术，科学地将发电水力流流体中的各个“点面能量”分解成若干均等的“能量段”(本人认为，在水的真空流流体中，“每个点的流截面”都同时存在和释放着“能量”，简称“点面能量”，而每个“点面能量”产生的能量和都是一样的，简称“点面能量段”)，N台(组)低力能做功的水轮发电机按设计的若干均等的“点面能量段”进行等距组群排列安装、发电，收集全部“点面能量段”的能量之和；3、通过“半循环发电技术”，将水位提到设计最有利制高点，让“管道集群电站”游刃于高山嵩岭之间，实现全落差发电。
B、本电站的工作原理：在具备水力能发电的自然水源处建一栏水坝，使之形成一蓄水库区，在库区旁建一抽水泵组(机)，抽水泵组在外来电能作用下做功，将相应水流量的水抽提到设计的最佳高度的高位水塔内，水(平稳后)从与之连接的经真空技术处理过的真空发电管道中自流，使按设计间距等距排列安装在发电管道中的N台管道真空流水式水轮发电机同时发电，发电尾水自流出低洼处；本电站发出的电能经合并、稳压、分流后，电能输出待用或并网，提水电能实现电站外大循环运行或是通过瞬时选择开关(或其它方法)切断外来电能，提水电能实现电站内部循环运行。
二、本电站的结构：本电站主要由自然高位水源、拦水坝、蓄水库区、外来电能、抽水泵组、高位水塔、发电管道、管道式水轮发电机、进水口开关阀门、出水口开关阀门、可关闭的充灌水口装置和电能管理等部分组成。其主结构是，在自然高位水源处，建一拦水坝，为了充分利用水源落差能量，在水坝若干米高处建一高位水塔以增加落差高度，发电管道进水口连接高位水塔，进水口设置开关阀门，管道拉至高出高位水塔水面处，设置管道真空处理装置，并在其适当位置设置可关闭的充灌水口装置，发电管道可按实际地形或实际需要安装，不受形状、长短度限制，管道出口处设置出口开关。
本电站的工作程序：外来电能做功(抽水泵组提水)→真空虹吸流力能做功(水在真空发电管道通过)→机械动力能做功(管道流水式水轮机)→电能(发电机做功)→电能管理(电能合并、并网，电能循环)。
三、本电站主要结构及功能：
1、自然高位水源、拦水坝、蓄水库区：它们是本电站的发电水源部分。高位水源的落差、流量等都是确定本电站技术指标、建设规模的重要依据。
2、外来电能、抽水泵组、高位水塔：它们都是本电站的提水功能部分，也是本电站半循环做功部位。外来电能首先让抽水泵组将水抽提至高位水塔，再让水自流进入经处理后的真空发电管道内。它们设计得越科学，电站利用水能量就越大，尤其是科学的高位水塔位置的确定和高度的设计，对本电站起到关键的作用。
3、发电管道、管道流水式水轮发电机、进水口开关阀门、出水口开关阀门、可关闭的充灌水口装置：它们都是本电站的真空处理和真空发电功能部分。发电管道是水自流通过并发电的地方，建造时务必按水的虹吸原理要求，发电管道的进水口处和出水口处都设开关阀门，在进水管口外若干米距离处(要高于高位水源水平面)设置真空充灌水装置，并将其充灌满水，确保其牢固密封和绝对真空；发电管道的进水管口与出水管口要保持设计的相应海拔距离并固定不变，发电管道或高或低或长或短的放置不拘，可按项目具体个案确定，有时可建很长很长；管道流水式水轮发电机，是本电站的专用发电机，水轮机的管径与发电管道的管径要等大，连接关口要相应，要求发电管道内的水流速至少要大于或等于2m/s，N台管道流水式水轮发电机按设计的间隔等距排列安装在发电管道内；另外，发电机选用水下防水型高压发电机，也可使用低压发电机；本电站也可选用其他适用的管道流水式水轮机。
4、电能管理：是本电站的电能管理部分。它由外来电能、变电站及电能的合并、稳压、分流、切分开关、并网等组成，负责本电站正常的电能管理及调配，确保本电站整体安全平稳运行。
四、本电站的优势：本电站的最大优势在于实施技术方便，建造成本低，充分利用到了绝大部分水力能量，经济效益显著，如一个同样的水力发电自然资源，利用本电站发电技术，可在原传统发电量的基础上增加1倍以上的新增发电能量。
附图说明本电站的结构形式与方法，见附图：一种管道水力集群式半循环发电站的结构形式与方法。
①为抽水泵机、②为发电管道、③为水轮发电机、④为外电能、⑤为输出电能、⑥为自发电能、⑦为充灌水口、⑧为提水管道、⑨为高位水塔、⑩为抽水池、为尾水出口
具体实施形式以改造两个梯级水电站为例(二合为一)：
某旧电站，一级站水头35米，流量2.5m/s，装机约850kw；二级站水头25米，流量2.8m/s，装机约650kw；该段河流上下游海拔落差80米。
那么，两个旧电站总装机约1500kw(发电总落差为70米)，这不包括旧式发电技术的“水头损失”和利用水能不足的水力能量，加上10米落差没能利用上的水力能量。
在同一自然发电水力资源的条件下，按本电站技术的发电量单位比率(初测)计算，它的新增发电量是旧传统技术发电量的1.2-1.5倍左右(视不同的电站资源条件)。
为了创造最佳发电效益，本电站设计人为提高水头20米，让管道顺利避开不利地形与环境，也就是说，在大坝库区边的高山上20米处建一高位水塔，实施人为提水。
要保证流量2.8m/s，新增20米水头，须安装两台365KW×2台的抽水泵(组)。这段20米的能量发电，实质就是电力循环发电，所以说这部分叫“半循环发电”(原称“无循环发电结构形式”，即带电动力提水，但发电尾水不循环回收的发电形式)——“真空水力发电”加“电能半循环发电”。
综上所述，新的发电水力资源条件是：流量2.8m/s，落差100米。此水力发电条件，用真空发电可产生电能：100米×2.8m/s×9.8×2，加上20米人为提高落差新增的电量(提水耗能量的一倍)。
可见，新增电量为：【(100米×2.8m/s×9.8×2)+(365KW×2台×2)】-(850kw+650kw)。