双库自调节潮汐能发电方法及其系统.pdf

本发明公开了一种双库自调节潮汐能发电方法及其系统。由上水库进水闸门、上水库、压力管道、水轮发电机组、下水库、下水库出水闸门组成潮汐能发电系统，上水库进水闸门和下水库出水闸门采用顶轴式水力自控闸门，这样上水库可以充分引进潮水、下水库可以充分排出电站尾水，并利用了潮汐的惯性升高与惯性降低，从而最大限度地保持水轮发电机组的工作水头，有效地提高了潮汐能发电转化效率，并解决潮汐电站水库泥沙淤积等问题。与以往的潮汐能发电系统类型相比，这种新型的潮汐能发电系统具有能量转换效率高、使用寿命长、结构简单、操作方便、可全天候连续发电、投资节省等优点，极具研究推广价值。

1、  一种双库自调节潮汐能发电方法，其特征在于当潮位高于上水库水位时，上水库进水闸门自动打开，上水库充分纳潮，上水库进水闸门阻挡潮水挟带的部分泥沙，并对上水库进水闸门后的部分淤沙进行冲刷，当潮位低于上水库水位时，上水库进水闸门自动关闭，保持上水库水位，当潮位低于下水库水位时，下水库出水闸门自动打开，下水库充分泄水，下水库出水闸门拉动并排出下水库的部分淤沙，当潮位高于下水库水位时，下水库出水闸门自动关闭，保持上下水库水位差，通过上下水库水位的自动和自适应调节实现水轮发电机组全天候24小时连续发电，并控制入库泥沙。

2、  一种双库自调节潮汐能发电系统，其特征在于包括上水库进水闸门(1)、上水库(2)、压力管道(3)、水轮发电机组(4)、下水库(5)、下水库出水闸门(6)，上水库(2)设有上水库进水闸门(1)，下水库(5)设有下水库出水闸门(6)，上水库(2)与下水库(5)通过压力管道(3)相连接，在压力管道(3)上设有水轮发电机组(4)。

3、  根据权利要求2所述的一种双库自调节潮汐能发电系统，其特征在于所述的上水库进水闸门(1)采用半开顶轴式水力自控闸门。

4、  根据权利要求2所述的一种双库自调节潮汐能发电系统，其特征在于所述的下水库出水闸门(6)采用全开顶轴式水力自控闸门。

双库自调节潮汐能发电方法及其系统
技术领域
本发明属于潮汐能发电领域，特别是一种双库自调节潮汐能发电方法及其系统。
背景技术
能源危机与环境污染已成为人类发展面对的重大问题，发展清洁的可再生能源为世界各国所共识。潮汐能以其可再生性、巨大的蕴藏量和良好的环保效应成为未来最具发展潜力的绿色能源之一，潮汐发电是当前潮汐能利用的主要方式。由于潮汐能转换成电能的转换效率低和电站水库的泥沙淤积等问题导致潮汐电站一次性投资大，经济效益不高，从而影响了潮汐能发电的应用规模。
潮汐电站主要有单库单向式、单库双向式和双库单向式三种类型，最早出现的单库单向式电站结构简单、投资少，但不能连续发电(日均发电10-12h)，潮汐能利用效率低(电站效率仅为22％)，这种型式的电站已经逐渐被放弃；其后出现的单库双向式电站可以实现部分连续发电(日均发电16-20h)，只在水库内外水位相同的平潮时才不能发电，目前规划建设的潮汐电站大多采用这种型式，但这种电站厂房和机组结构复杂，对水轮发电机组设计参数有很高要求；而最近出现的双库单向式电站基本可以实现全日连续发电，由于它最符合水电站的原理使得引入成熟的水力发电技术成为可能，开始得到研究人员的青睐，其缺点是降低了水轮机的工作水头，潮汐能利用率没有真正发挥出来，此外由于现有技术条件的限制导致水轮发电机组运行工况复杂，虽然如此，这种类型的潮汐电站却是今后研究发展的主要方向，据有关学者指出：这种新型的潮汐电站开发模式将使潮汐能开发的经济性、电能质量的可控性、资源开发的拓展性具备了大规模市场开发的商业价值。需要指出的是，以上三种类型的潮汐电站目前还都没有考虑水库的泥沙控制问题，由于近海潮汐挟带大量的泥沙，泥沙进入水库会导致水库淤积减小水库的有效库容和磨损水轮机，对电站的使用寿命有着致命的影响，这点往往被研究人员所忽视。即使是在常规水电站设计中，保证发电机组出力、控制入库泥沙也是两个关键性的问题。所以，发展双库单向式潮汐电站发电技术，提高其工作水头、控制入库泥沙，是今后潮汐能发电技术的主要研究趋势。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种双库自调节潮汐能发电方法及其系统。
双库自调节潮汐能发电方法是：当潮位高于上水库水位时，上水库进水闸门自动打开，上水库充分纳潮，上水库进水闸门阻挡潮水挟带的部分泥沙，并对上水库进水闸门后的部分淤沙进行冲刷，当潮位低于上水库水位时，上水库进水闸门自动关闭，保持上水库水位，当潮位低于下水库水位时，下水库出水闸门自动打开，下水库充分泄水，下水库出水闸门拉动并排出下水库的部分淤沙，当潮位高于下水库水位时，下水库出水闸门自动关闭，保持上下水库水位差，通过上下水库水位的自动和自适应调节实现水轮发电机组全天候24小时连续发电，并控制入库泥沙。
双库自调节潮汐能发电系统包括：上水库进水闸门、上水库、压力管道、水轮发电机组、下水库、下水库出水闸门，上水库设有上水库进水闸门，下水库设有下水库出水闸门，上水库与下水库通过压力管道相连接，在压力管道上设有水轮发电机组。
所述的上水库进水闸门采用半开顶轴式水力自控闸门。
所述的下水库出水闸门采用全开顶轴式水力自控闸门。
本发明是将水库的控制闸门设计成顶轴式水力自控闸门，其中半开顶轴式水力自控闸门具有适时充分引水并适时自动关闭以保持上水库库水位的作用，还具有挡沙和闸下冲淤等功能，全开顶轴式水力自控闸门具有适时充分泄水并适时自动关闭以保持上下水库水位差的作用，还具有拉沙功能，及时排除下水库的淤沙。
本发明能控制入库泥沙，巧妙地运用潮汐自然变化规律充分保持潮汐电站的工作水头，此外除了利用潮汐原有的势能还能借助闸门自重将潮汐的部分动能转化为发电势能，显著提高了潮汐能量转换效率。本发明投资节省、环境友好、结构简单、操作方便、工作寿命长，能适应极端气象条件和潮汐电站站址的自然条件，实现全天候24小时连续发电，并保持很高的发电效率。
附图说明
图1是双库自调节潮汐能发电系统的平面示意图
图2是用于上水库的半开顶轴式水力自控闸门示意图
图3是用于下水库的全开顶轴式水力自控闸门示意图
具体实施方式
双库自调节潮汐能发电方法是：当潮位高于上水库水位时，上水库进水闸门自动打开，上水库充分纳潮，上水库进水闸门阻挡潮水挟带的部分泥沙，并对上水库进水闸门后的部分淤沙进行冲刷，当潮位低于上水库水位时，上水库进水闸门自动关闭，保持上水库水位，当潮位低于下水库水位时，下水库出水闸门自动打开，下水库充分泄水，下水库出水闸门拉动并排出下水库的部分淤沙，当潮位高于下水库水位时，下水库出水闸门自动关闭，保持上下水库水位差，通过上下水库水位的自动和自适应调节实现水轮发电机组全天候24小时连续发电，并控制入库泥沙。
如图1、2、3所示，双库自调节潮汐能发电系统包括上水库进水闸门、上水库、压力管道、水轮发电机组、下水库、下水库出水闸门，上水库设有上水库进水闸门，下水库设有下水库出水闸门，上水库与下水库通过压力管道相连接，在压力管道上设有水轮发电机组。
所述的上水库进水闸门采用半开顶轴式水力自控闸门。所述的下水库出水闸门采用全开顶轴式水力自控闸门。
本发明在海边选择适宜建设潮汐电站的地段，筑坝或围堤建库，通过在上水库蓄积潮水、并排泄下水库尾水形成上下水库水位落差以势能推动水轮发电机组发电。在实际运用中，可在上水库进水闸门和下水库出水闸门的上下侧分别加设检修闸门和事故闸门，以备电站非常规运用、紧急事故处理和电站检修之用。本发明的双库自调节潮汐能发电方法及其系统，它可以适应潮汐变化的自然规律，自动调节上下水库水位，最大可能地提高水轮发电机组的工作水头以保证潮汐能的转换效率，并通过挡沙、冲淤、拉沙三个环节来控制进入电站水库的泥沙，从而延长潮汐电站的使用寿命。