CN101251078A - 低谷电在水利工程中的运用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利工程和电力领域，更具体地说是利用低谷电，抽水储蓄或使用，水电站低谷电的产生的方法。利用低谷电，通过水泵将水源处的水抽入水库中储存或使用：在有蓄水条件的地方建水库或增加现有水库的库容，以江河湖泊或一些水库，或一些为抽水而建的水库为水源，利用火电和核电的低谷电，以及汛期水电站洪水转化的低谷电，使用水泵抽取后，流入渠道、管道遂道、河道等输水设施引入水库储存，或抽引入其它缺水地区使用。

Description

低谷电在水利工程中的运用

技术领域

本发明涉及水利工程和电力领域，更具体地说是利用低谷电，抽水储蓄或使用，以及水利低谷电的生产和使用的方法，抽蓄水水库和抽蓄水源水库。

背景技术

在夜间23点至次日7点8个小时，这段时间用电量少，称为低谷电，火电站和核电站的发电机组不能停止，发出的电用不完，目前采用的方法是建抽水蓄能电站，将低谷电的电能抽水转化为水的势能，用电高峰时段再通过水轮机，将水的势能转化为电能使用，在此转化过程中，三度低谷电，只能转化为一度高峰电，损失较大，且还有运行成本。水电站的水轮机开停方便，用于调峰调谷，可以不发低谷电，但是，在汛期，通过泄洪，造成巨大能量损失；据我初步计算，三峡大坝建成后，平均每年泄洪600亿立方米的水，这些洪水转化为电能，再用于抽水，可抽等高，即一百多米扬程高的水200亿立方米左右；三峡大坝有巨大的库容和防洪库容，调节使用洪水的能力较强，多数水电站泄洪与发电的比例比三峡高，全国可开发的水能资源是三峡的约30多倍，将来泄洪产生的水能转化为电能，可抽取100米扬程的水量数千亿，甚至上万亿立方米。目前，全国城市缺水200亿立方米，农业缺水量更多，严重影响农田的数量、产量和产值。目前，解决城市和农业用水主要是在有水源和其它相应条件的地方建坝蓄水供水，或抽取河流湖泊的等水使用等，许多地区因地形、水源等原因限制，水利化程度低，特别在雨季，大量的水毫无利用的排走。对于缺水地区，目前采用远距离调水，如长江水南水北调至北方，一般调水多的时期为干旱时期，调水处的水源也很少，从水电站水库中调水，也影响发电量。许多城市供水需要用水泵抽取，许多农田需要抽水浇灌，在天干的时候，农田需要抽水使用，抽水用电在高峰时段，导致供电紧张或缺电。

发明内容

为克服背景技术中存在的问题，本发明旨在提供一种解决城市和工农业的缺水，增加耕地和农业产量、产值，农业增收，农民致富，治理沙尘暴，缓解石油紧张，节约能源，减少用电高峰时的供电紧张抽蓄水方法和水利工程。

为实现上述目的，本发明通过以下方法实现。

利用现有的水库，或在有蓄水条件的地方建水库或增加现有水库的库容，以江河、湖泊、泉水和一些水库等，以及一些为抽水而建的水库(坝)为水源，利用火电和核电的低谷电，以及汛期水电站剩余洪水转化的低谷电，用水泵抽入水库中储存，直接抽不到水库中的，抽入渠道、管道、遂道、河道或(和)压力高管道等输水设施引入水库储存，供城市生活用水和工农业生产使用，或抽取后通过水利输水设施，引往缺水地区使用。

对于离抽水水源近的现有水库，可以利用低谷电，通过水泵直接抽入水库中储存，可提高供水量，离抽水水源较远，可利用现有或新建的输水设施，抽入输水设施后，流入水库中储存。但是，现有的水库和抽水水源不能满足抽蓄或抽用水的需要，为了充分利用低谷电能，可以采用以下方案：

抽蓄水水库或水池的建造：在有条件建蓄水水库，但不一定有充足蓄水水源，有可抽水储存的水源或能新建可抽水水源，能为生活和工农业生产提供水源的适宜地方建水库，有可抽水水源，有条件建多级水库的地方再建一级或多级水库，有可抽水水源或新建抽水水源，有条件增加库容的现有水库增加库容，这些水库在有条件引水的地方，引一些水储备；这些水库的库容，由地形、地质、水量需求等条件和可蓄水源决定，可蓄水源包括建水库处原有水源，能引入的水源和能抽取后储存的水源。在农田、工商业和生活用水需要抽取水使用的地区，有蓄水条件的地方建相应蓄水库或蓄水池。

抽水水源点的选择和新建：江河、湖泊、地泉或现有的一些水库可作为抽水水源地，如果现有可提供抽水的水源地水不够充沛，有条件的地方可引水补充水量，例如，长江水南水北调黄河的西线，补充黄河水，或利用其它可抽水的水源地，用低谷电抽水补充水量。现有的可抽水水源地不能满足各种抽蓄水需要，许多河流晴天，特别是干旱季节一般水较少，甚至断流，下雨时非常大，特别在我国北方的平原地区，因此，多数地区必须新建可抽水的水源地，特别是充分利用降雨或融雪为水源抽水。新建抽水水源地一般选择在下雨或融需后水源充足，有条件建水库的地方，水库库容不一定大，但可抽取的水量较多：一些河流或河流附近的低洼地方，一些灌溉渠道附近，低于灌溉渠道的低洼地方，都是可选择的地方；也可以利用新建渠道、压力管道、隧道等引水设施，将水位相对高的水，引往可蓄水的低洼地方建坝储存，其中，可以将干流的水，引往低于引水处的支流河谷建坝储存。

抽蓄引水的方法及配套设施建设：抽蓄水水库离抽蓄水水源近的地方，可以利用低谷电，将水直接抽入水库中储存。在抽蓄水过程中，一般都不能直接抽入蓄水水库中，因此需要建一些配套的水利输水设施：这些配套设施有引水渠道、管道、压力管道和隧道等现用设施，这些设施一般都选择在地势高于蓄水水库的地方，抽入这些输水设施后，流入抽蓄水水库中储存；在抽水地点附近没有地势高于蓄水水库或路程远等而不经济，建高于水库正常水位的水塔，与压力管道连接，抽入水塔中，采用倒虹吸的方法，将水送往蓄水水库，压送至水库中储存，或压入高于蓄水水库正常水的地方，通过输水设施流入水库中储存这与多数城市供自来水原理相同；可以在蓄水水库的附近建蓄水池，将水源引到蓄水池中，如果不到，可利用低谷电抽取送入蓄水池中，利用低谷电，将蓄水池中的水和抽水时不断流入蓄水池中的水抽入水库中；或送往地势高于水库处的下面水池暂存，再抽往地势高于水库的地方，通过上述输水设施送往蓄水水库中储存。水利输水设施的选择根据各种条件决定，根据需要选择最经济，最合适的方案。

低谷电的抽水使用：因低谷电时段是人们睡觉时期，因此，农业生产也不使用水。在抽水使用的农田，在此时段，农业可以抽取水使用：水稻等水生作物，只要几个入看管，就可以实现抽水灌溉，使用喷灌、滴灌等节水技术的农田，看管的人更少。对于输水路程相对远的地方，输水时间长，如东线的南水北调，可以利用低谷电，抽取水后通过输水设施输送使用，在许多地方，利用可抽水的水源或新建可抽水源，建相应的水利输送设施，利用低谷电抽水输送使用，或利用低谷电先抽入高于输水设施的水库，早上再流入输水设施输送使用。

水电站低谷电的产生：火力低谷电，一般入都知道，水电低谷电，还没有这个概念。在汛期，因水量过大，而夜间低谷电时期连火电都过剩，因此，水轮机不发电，当水位达到一定高度或可以泄洪时，开闸泄洪；水利低谷电，是利用水电站汛期多余的洪水，在低谷电时段水轮机发的电，通过电网，送往上述抽蓄水处使用。在汛期的初期或中期，为防洪需要，一般水电站都要泄大量洪水，使水位从正常水位降至防洪限制水位，这些水可用于发低谷电；在泄洪前一段时间，通过增发低谷电，逐步将水位降至防洪限制水位，在汛期，当水电站水位超过防洪限制水位，或者预计洪水将来临前等，都可以发低谷电。汛期水电低谷电充足的时期，也是可抽水最多的时期，理论上，当全国水能资源开发基本完成，南水北调等引水工程已实现，水电、火电和核电的低谷电，抽取的水量加一般蓄水和引水设施，可以满足全国的工农业和生活需要，最缺水的地区是北方的干旱、半干旱以及沙漠地区，因多数地方海拨较低，抽水扬程不高，同样的电能抽取的水较多，加上新建的蓄水水源，使用节水技术，抽入水使用后都可以变成良田。

使用低谷电抽蓄水，包括用现有的水库和新建的水库抽蓄水，例如，建蓄水量够该片农田一天以上使用、工商业和生活用水的抽蓄水池或水坝，使用时不再抽取或减少抽水扬程，可使多数通过抽蓄水搞农业生产的地方不再使用高峰电，特别是一些抽水使用，有条件建蓄水坝的城市，工商业和生活抽水用电减少，减少、甚至避免用电高峰时段的用电争峰而造成的电力紧张；农业用水量最大的时期，一般是夏季遇到干旱的地区，也是该地区生活用电最多，全国总体上水电低谷电最多时期，通过全国互连的电网，解决抽水所用低谷电，远距离抽送水，解决水源。各种抽蓄水库的蓄水和供水，使雨季的雨水得到广泛运用，提高该地区的水利化程度，并减少各种供水的用高峰电抽水，减轻用电高峰时期的供电紧张。

在陕北和黄土高原等黄河流域地区，在有条件的地方可以建一些水库，在融雪产生的春汛和夏秋汛期，利用低谷电，抽取大量黄河水储存，供缺水时期使用。四川、重庆等地区，可蓄水的山谷较多，可建一些水库，长江干支流常年都有水，都可以利用低谷电抽水储存，以汛期抽水量最多。在三线南水北调中，其中，东线是抽取长江水，从京杭运河流往华北地区，调水过程需要几级抽水，目前，专家一致认为中线的丹江口水库调水最经济，因此，中线南水北调早已实施，但是，利用低谷电，我认为东线是最经济的：1、中线需要新建河道，造价较高，需要十年左右时间，京杭运河改造费用低，时间短；2、中线调水是以减少丹江口水库高峰发电量为代价的，从京杭运河抽水需要多级，主要是流动水头势能损失，抽水扬程低，以低谷电三度转化为一度高峰电，加上转化成本，以1/4高峰电的价格计算，调相同的水量，实际两者电能价值差不多，东线有些时间还可以淮河等河流的水；3、丹江口水库流域多在北方地区，且水源有限，水量最多时期是北方汛期，基本不需要调水，北方五月分用水最多的时期主要靠存储的水调水，长江水源充沛，五月分南方，特别是江南地区已进入汛期，水量更充沛。在南水北调的过程中，在有条件的地区，可以建水库，抽取一些运河中的水储存。在北方，特别是西北广大地区，充分利用当地的水源和蓄水水库蓄水或抽蓄水，在各种调水工程的配合下，利用低谷电大量抽引水，例如，南水北调后的黄河水和附近的水源，通过输水设施送入供农田使用或储存后再使用，可使农田业产量成倍增加，并利用荒地，甚至沙漠开垦大量耕地，采用农业节水技术，可供水的耕地面积更多，开垦的耕地更多，解决全国的耕地和粮食紧张；大量的水源抽入西北干旱、半干旱和沙漠地区，加上利用当地的水源抽蓄水，利用开垦农田和建设防护林、经济林等，可以治理沙尘暴；有了水源保障，各种石油替代农作物的产量可以提高，可种植的面积增加，产量数倍增加，生产出大量替代能源，缓解石油紧张。

在电力充足时期，或者严重缺水地区，或者抽水扬程低等，下雨时可以用平谷电，甚至高峰电抽蓄水储存，减少水流走。在经济条件允许的条件下，上述抽水也可以由平谷和高峰电完成或辅助完成，例如，在某低扬程抽水点不分昼夜的抽取泉水到一个有一定库容的水库中暂存，提供较多水源，在低谷电时段，从此水库中，通过较高扬程抽入另一个水库储存。

通过上述抽蓄引水，可使许多干旱和半干地区，特别是北方的许多没有使用的荒地变为良田，使许多耕的产量和产值增加，部分地区甚至几倍、十多倍增加，解决全国的粮食紧张；低谷电能抽取的水量是目前城市缺水的几十倍，在其它引水工程的配合下和城市节水，几乎可以解决城市缺水；减少利用低谷电抽蓄水蓄能发电，减少电能损失；利用水电站过剩的洪水发电，节约水能和增加电力资源；通过水库或水池的抽蓄水，减少工农业和城市在用电高峰期的抽水供电，缓解用电高峰时供电紧张。

本发明的有益效果是：1、解决大部分城市和工业缺水问题；2、通过增加蓄水量和引水量，有了丰富的农业用水，增加大量耕地和增加粮食单产，解决全国的粮食紧张，农业增收，农民致富；3、节约大量电力和水能资源；4、减少用电高峰期的抽水用电，缓解供电紧张；5、治理沙尘暴；6、缓解石油紧张。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明进一步说明，水利工程因地形、地质和水利条件等不同而不同，因此本发明不局限于具体实施方式。

实施例1

红塔区飞井水库向东风水库引水和抽蓄水工程：红塔区的两座最大水库是东风水库和飞井水库，东风水库蓄水量9400万立方米，飞井水库蓄水量1000多万立方米。目前，因玉溪大河和人工湖景观水需要，飞井水库和它的主要水源的九龙池的水，已经通过压力管道引向离东风水库坝下约300多米的地方，在此管道上再接压力管道，使之到达东风水库坝下，管口向上转，形成倒虹吸，提高水位，减少输水势能损失，在坝下建10万立方米左右的蓄水池，储存压力管道引来的水，在东风水库闸门旁，略高于最高水位处开一个孔，使抽水管道从此处穿过，利用水泵，在夜间低谷电时，将从飞井水库引来的水从蓄水池中抽入东风水库储存。此工程抽水扬程在25米左右，每度电可抽10多立方米的水，一般一立方米的水库蓄水，价值比一度电高。

飞井水库除供给农业等需要，每年可以向东风水库抽蓄1至2千万立方米的水，为了增加可抽水量，可以从清水河引水和从黑龙潭抽引水剩余的水。从地理位置上看，通过隧道将清水河的水引入最近，红塔区已有引水使用方案，用于景观水，引入飞井水库的途径由具体测量决定；黑龙潭水除了夏初一个月左右，都有剩余的水，可以建一个蓄水量5万立方米左右的蓄池或坝，搜集剩余的水，利用低谷电抽取后，沿山修一条引水渠道或管道，流入飞井水库储存。引入两股泉水后，飞井水库每年可以增加约4000万立方米以上的进水，可抽取供给东风水库的水年可达到5000万至6000万立方米。此两处引水和现飞井水库的水源九龙池都是地泉水，除下大雨或暴雨，水质都是一类，但泉水含钙离子偏高，流入飞井水库后，因碳酸钙岩石不存在的逆反应和长时间的热分解，钙离子将大幅减少。通过环境保护，飞井水库的水可以保持一类。

东风水库目前只能储蓄现有的雨水，为储备飞井水库提供的水，需要在东风水库上游在建一座水库(此建水库的方案90年代已有，因几百人的移民问题和后几年雨水偏少等而放弃)，蓄水量5000至6000万立方米，储存原有一半左右雨水，加上现在东风水库加固增容的一千多万立方米，用水量的增加和不断循环使用，可以储存抽入的水。

实施例2

洛河乡地区抽蓄水工程：洛河位于玉溪大河下游，即北盘江红塔区段的最下面，除研和镇，红塔区境内的水几乎从此处流出，目前，红塔区的水利化程度达到37％，接近国际公认的最高标准40％，但从洛河流出的水，比全部水利工程的蓄水还多。洛河为山谷地带，河两边有大小几十个可蓄水的山谷，如清水河谷、甸苴河谷等。

在玉溪大河末端或者己进峨山境内处建坝，使建坝后的水库最高水位低于大河从坝子(盆地)流入山谷的处的河底，此水库长10公里左右，库容较大，暂叫洛河水库。在一些山谷(相当支流)上建水位比红塔区坝子水位高的抽蓄水水库，利用低谷电，抽取洛河水库中的水储存于抽蓄水水库中，从山体上修引水渠道、管道等引水设施，引抽蓄水入玉溪坝子使用；抽蓄水水库的水位只需要高于水库最高水位30米，就可以引往红塔区坝子的多数地方使用，最大可实现蓄供水量超过红塔区现有水库之和。此水库的蓄水主要来自下雨，受城市和农村农田污染，但晴天很少有水流入，下雨时城市和农村农田污水的数倍、数十倍，甚至数百倍、千倍的稀释，加上水库的净化，可供农业和工业使用，集中处理后供工业和生活非饮用水使用。此项工程，因在洛河河谷和各支流河谷的蓄水量极大，可实现水利化高于现水利化之和，使红塔区水利化程度达到80％左右。

实施例3

实施例2的问题是需要移民几千人和沿没一些耕地，为了减少淹没损失，可采用引干流水入下游抽蓄水水库山谷，即支流或相当支流的河谷。在玉溪大河从坝子进入山谷后的适宜地区，可建一不高于河岸的小坝或闸门将水拦截，在河岸的一边建引水渠道或压力管道，或者在河中的部分河道建压力管道，减少水流过程中的水头损失，将水引入低于引水处一定距离的支流河谷下段，建坝储存，如果引水道在抽蓄水山谷的河对岸，可从河底用倒虹吸等压力输水的方法引入；在这些坝的河谷上方再建一较高的坝，利用低谷电抽取下段坝的水至上方的坝储存，用实施例2的引水设施，将水输送红塔区盆地使用。引入支流需要的渠道或压力管道的引水量根据需要确定，比如说，能通过一年一遇或几年一遇的水，蓄水河谷以无人或少人的地方最佳。通过渠道或压力管道引到蓄水河谷的水位，比蓄水河谷底部高，例如，离坝子3公里多的清水河河谷下部，引水建坝后，可有约20米高的水位，储存几十万立方米的水，在往上的清水河河谷，地理条件可建几百米高的坝，移民几十人。清水河以下的河谷，建坝后，引蓄水的水位更高。

在全国，类似实施例2和3中河谷到处都有，在北方缺水地区实施，经济价值更高。

Claims (9)

1. 一种低谷电利用的方法和水利工程，其特征是：利用低谷电，通过水泵将水源处的水抽入水库中储存。

2. 根据权利要求1的利用低谷电抽蓄引水的方法和水利工程，其特征是：用于抽水的水电低谷电，是水电站利用多余的洪水，水轮机在用电低谷时段发的电。

3. 根据权利要求1的低谷电利用方法和水利工程，其特征是：低谷电抽取的水，抽入输水设施中，再流入水库中储存。

4. 根据权利要求1、2的低谷电利用方法和水利工程，其特征是：在有条件处建水库、蓄水池或增加现有水库的库容，所建或所增加库容的水库不一定有充足现有水源。

5. 根据权利要求1的低谷电利用方法和水利工程，其特征是：抽水水源处在有条件的地方新建，新建抽水水源处选择在通过各种水利技术，能提供较多抽水水源的地方。

6. 根据权利要求1、5的低谷电利用方法和水利工程，其特征是：在蓄水条件较好的低洼处建坝蓄水。

7. 根据权利要求1、5、6的低谷电利用方法和水利工程，其特征是：抽水水源处的水可以从其它水源处引入或抽引入。

8. 根据权利要求1、2的低谷电利用方法和水利工程，其特征是：利用低谷电，通过水泵抽取使用。

9. 根据权利要求1、2、8的低谷电利用方法和水利工程，其特征是：利用低谷电抽取的水，通过远距离输水设施输送使用。