CN101294380A - 水电站二次连续梯级发电装置 - Google Patents

Abstract

水电站二次连续梯级发电技术，包括发电尾流回收引水压力管，坝外电站及坝外发电机厂房、水轮发电机、排放尾流管、排放缓冲池、回水渠等。发电尾流回收引水压力管将水电站发电弃水尾流进行回收，本发明使发电弃水尾流在坝外形成二次发电水头，驱动坝外电站的水轮发电机出力发电，从而实现水电站坝外连续梯级发电。水电站二次连续梯级发电技术是在水电站大坝坝址以外实施，不受大坝基础条件的限制，因而具有技术灵活度大，可操作性强、建设周期短、适应范围广、经济效益显著等技术经济优势和发展潜力。

Description

水电站二次连续梯级发电装置

技术领域

本发明属于再生能源利用技术领域，特别是水力发电技术。

背景技术

随着经济社会的快速发展，人类对能源的需求急骤增长，电力是能源的主要组成部分。我国目前的电力结构仍以燃煤发电为主，为了改变我国电力结构的落后现状，国家出台相关政策鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源发电，水力发电是全社会公认的最清洁、最廉价、最可靠的且已实现了产业化的再生能源。水电在世界各国经济社会发展中起着重要作用。

水力发电是一项投资规模大、建设周期长、需要修建拦水大坝及复杂的水工技术，并伴有水库淹没、占用大量土地和移民搬迁等社会环境问题。因此，对已经建成和投入应用的水力发电站积极进行节能技术改进，增加发电容量、提高水资源发电利用效率，是实现水电企业节能减排目标的重要措施。现有水电企业节能减排的主要技术措施是对水轮发电机组进行扩能增容技术改造，借此达到增加发电出力的目的。但此类技术改造措施因受水轮发电机已有条件的限制，改进效率相对较低。

水电的发电弃水尾流蕴藏着巨大的可用能源，如将其进行回收和实现再利用，所产生的价值将不可估量。但截止目前，在全球范围内还没有发现对水电站发电弃水尾流用管道进行回收，并使形成坝外二次发电水头，以此实现水电站二次连续梯级发电的新技术方案出现。

发明内容

本发明的目的在于设计一种水电站二次连续梯级发电装置，对水电站发电弃水尾流用管道进行回收并使其实现二次连续梯级发电的新的技术方案。

技术方案：水电站二次连续梯级发电装置，其包括固定在大坝一级发电站尾流排放口后的发电尾流回收引水压力管，发电尾流回收引水压力管用发电尾流回收引水压力管基座固定并接入坝外电站的水轮发电机进水口，坝外电站的水轮发电机进水口接排放尾流管并通入排放缓冲池。

坝外电站为多级，并且各级之间有足够的位置落差，以形成额定发电水头。

在排放缓冲池内设置有防浪减流栅墙。

本发明将水电站发电后的弃水尾流用管道进行回收，应用创新优化设计，使其形成二次额定发电水头并出力发电，从而实现在同一座水电站对水资源实施连续高效重复利用的原创性技术方案。本技术具有投资少、收益大、建设周期短、适应范围广、性价比优异等显著特点。本技术方案的实施，可最大限度弥补和克服现有水电站投资规模大、建设周期长、淹没土地、噪音污染等先天性技术缺陷。

附图说明

图1为坝外二次发电水头形成技术示意图(剖视图)。

图2为坝外多次连续梯级发电水头形成技术示意图(剖视图)。

图3为二次发电尾流环保技术示意图(俯视图)。

图4为坝外河道型立体电站示意图(俯视图)。

图号说明：

1、发电尾流回收引水压力管

2、发电尾流回收引水压力管基座

3、坝外电站

4、水轮发电机

5、排放尾流管

6、排放缓冲池

7、回水渠

具体实施方式

图1-4给出了本发明具体实施方式。

本发明是在水电站大坝坝址下游通过创新优化设计，使水电站发电弃水尾流形成坝外二次发电水头并实现连续高效梯级发电的新的技术方案。水电站二次连续梯级发电技术方案，由坝外二次发电水头形成技术，坝外电站及坝外发电机厂房和水轮发电机组；二次发电尾流环保技术三部分技术集成。坝外二次发电水头形成技术由发电尾流回收引水压力管1、回收引水压力管基座2组成。发电尾流回收引水压力管1的功能是把水电站大坝发电弃水尾流按照人为创新设计方案形成的二次发电水头管道路径，把发电弃水尾流引入坝外电站及坝外发电机厂房内的水轮机。发电尾流回收引水压力管的上端口呈喇叭状，和大坝发电弃水尾流排放口贯通连接，根据坝址下游地形条件或人为制造条件优化设计，使发电尾流回收引水压力管的上端进口处和下端出口处产生大角度位置落差，形成管道内水流落差，在发电尾流回收引水压力管下端出口处形成和压力管道流量相匹配的坝外二次发电额定水头。发电尾流回收引水压力管下端出口和坝外电站及坝外发电机厂房3的进水口相连通，使回收的发电尾流从发电尾流回收引水压力管中泄出，冲击推动水轮发电机组4的水轮机转轮旋转，转轮带动发电机出力发电。发电尾流回收引水压力管基座2是发电尾流回收引水压力管1的基础支撑，其功能是对发电尾流回收引水压力管起支撑和固定作用，以保证其运转安全可靠。

坝外电站及坝外发电机厂房和水轮发电机组由坝外发电机厂房3、水轮发电机组4、排放尾流管5组成。坝外发电机厂房3受发电尾流回收引水压力管1下端出口处水头位置的支配，其位置在水电站大坝坝址下游(具体位置以河道位置、地形位置和二次发电水头位置而定)。其功能是专为水轮发电机组提供全方位工作运行的固定场所。水轮发电机组4安置在坝外发电机厂房3内，其水轮机转轮的进水口坝外及发电机厂房的进水口与发电尾流回收引水压力管的下端水头出水口相连通，其功能是利用本发明技术方案形成的坝外二次额定水头的冲击力推动水轮机转轮旋转带动发电机出力发电。排放尾流管5的功能是将二次连续梯级发电后的尾流排放到发电机厂房外的排放缓冲池内。

二次发电尾流环保技术由排放缓冲池6、回水渠7组成。其功能是将经过二次连续梯级发电后的尾流经排放尾流管5排入排放缓冲池6，利用排放缓冲池内的库容和设置的防浪减流栅墙，对发电尾流的冲击力和流速实施阻隔衰减，发电尾流经过排放缓冲池的阻隔衰减作用后，大幅度降低了流速，消除了噪音，从排放缓冲池内平稳溢出，经回水渠7流入河道，从根本上解决了发电尾流直接泄入河道，对河道造成的严重冲蚀和泄流造成的噪声污染。达到既利用大坝发电弃水尾流进行二次连续梯级发电，又保护和恢复河道原始环境和生态平衡的双重有益效果。

如河道位置许可，可在河道上建成坝外河道立体电站，利用河道河床的有利条件，修建河床内排放缓冲池，经过二次连续梯级发电后的尾流可从排放尾流管5直接排放到河床排放缓冲池内。

发电尾流回收引水压力管的上端口呈喇叭口形状，和大坝发电尾流排放口贯接，根据水电站坝址下游地形条件和发电弃水尾流排放流量，优化设计出坝外二次发电最佳额定水头位置，在此位置下建造坝外电站及坝外发电机厂房并安装和额定水头相匹配的水轮发电机组。大坝发电尾流排放口和坝外电站及坝外发电机厂房进水口之间的曲线距离和高度落差便是发电尾流回收引水压力管的通行路径，此路径形成了从大坝发电尾流排放口到坝外电站及坝外发电机厂房进水口之间的坝外二次发电额定水头。在发电尾流回收引水压力管的通行路径上根据需要分段修建回收引水压力管基座，以保证回收引水压力管安全可靠运行，在基座上架设发电尾流回收引水压力管，其下端口和坝外电站及发电机厂房的进水口贯通，发电弃水尾流从大坝发电尾流排放口经发电尾流回收引水压力管下泄，发电尾流回收引水压力管对下泄水流起强制收集和导流作用，把本发明技术方案形成的坝外二次发电水头引入坝外电站的水轮机，推动水轮发电机组的转轮旋转带动发电机发电出力。

如坝址下游地形条件许可，根据本发明技术方案的设计原理，可优化设计并实现水电站坝外多次连续梯级发电技术，使同一座水电站的水资源在坝外得到多次连续梯级发电重复利用。

水电站二次连续梯级发电技术，是在水电站坝址下游的有利河道和有利地段实施，或人为制造有利条件实施，不受大坝基础条件的限制，根据发电弃水尾流排放流量和允许落差，优化设计出最大额定水头，匹配相应功率的水轮发电机组，实现最大发电出力。

本发明技术方案所依据的科学原理：

本发明技术方案是依据流体动力学作功原理和水的落差势能作功原理组合优化设计而成，在水电站大坝发电尾流排放口以外，根据坝址下游河道和地形条件，或人为制造有利条件，根据发电弃水尾流排放流量，应用坝外二次发电水头形成技术，设定二次发电额定水头，使发电弃水尾流实现二次最大连续梯级发电出力。

本技术方案中，坝外二次发电水头形成技术是本技术方案中的控制性关键核心技术。发电尾流回收引水压力管是本技术方案中的控制性关键核心设备。

本技术方案是水电领域实现节能减排目标的控制性关键核心技术方案。

本发明技术的工作原理，发电弃水尾流从大坝发电尾流排放口排出，进入发电尾流回收引水压力管，从发电尾流回收引水压力管下泄，由于发电尾流回收引水压力管上下两端的人造巨大落差形成的二次发电额定水头，使下泄尾流经由发电尾流回收引水压力管下端泄出时产生强大的流体动能，此流体动能经发电尾流回收引水压力管引入坝外电站及发电机厂房进水口与水轮发电机组的转轮接触并作用与转轮，强大的流体动能推动转轮旋转带动发电机出力发电。发电作功后的尾流消失大部分动能后经发电排放尾流管排出，进入排放缓冲池，在排放缓冲池内，经缓冲池库容缓解和池内设置的防浪阻流栅墙的阻隔衰减作用，原咆哮而下的发电尾流在池内变的鸦雀无声，平稳地从排放缓冲池内溢出，经回水渠再次流入河道，恢复自然流淌状态。经过二次发电尾流环保技术处理，有效消除了发电尾流造成的噪音污染和对河道的严重冲蚀，有效保护了库区环境和生态平衡。如坝外电站建在河道上，成为河道型立体电站，可充分利用河道河床的有利条件修建排放缓冲池，可节省大量土地和更有效的保护生态环境。

本发明技术的有益效果：

本发明技术与现有技术相比，其突出的实质性特征是水电站坝外二次发电水头形成技术在水电领域的应用。实现了水电领域真正意义上的节能减排并使其产生质的飞跃。

本发明技术特征所直接带来得有益效果：

对水电站发电弃水尾流进行回收利用，使其二次连续梯级出力发电，使水资源在同一座水电站得到连续重复利用，提高水资源循环利用效率。

不修建大坝，在坝外形成二次额定水头发电，具有投资少、收益大、建设周期短，见效快等显著经济社会效益。

坝外二次发电水头形成技术为水电领域的发展提供了原创性技术方案，为水电领域的节能减排开辟了新的技术途径。

使水电企业发电成本大幅度降低，提升水电产品在电力市场的竞争能力。

使水电企业发电结构和资源整合配置更趋合理，对改善我国能源结构起到积极作用。

大幅度提升水电领域技术开发水平，促进水电事业可持续发展。

本发明技术特征所产生的必然的技术效果

本发明技术方案是在坝外经过创新组合优化设计使大坝发电弃水尾流形成二次连续梯级发电水头。不受大坝基础条件的制约，技术灵活性大，可操作性强，适应范围广。

根据坝址下游河道和地形条件，可组合优化设计成多级次连续梯级发电水头，实现一库多次连续梯级发电。

不修建大坝，不存在淹没和移民问题，无环境忧患和社会负担。

坝外二次发电水头形成技术和二次发电尾流环保技术消除了发电尾流对河道的严重冲蚀和噪音污染，克服了水电站设计的先天性技术缺陷，有效地保护了大坝安全，延长大坝使用寿命。

本发明技术实施后，运行安全可靠，建造成本低廉，利于环境保护，为本发明技术实现产业化奠定了技术基础。

有效保护库区环境和生态平衡，使本发明的技术和经济价值得到全面体现。

Claims (3)

1、水电站二次连续梯级发电装置，其特征是包括固定在大坝一级发电站尾流水头后的发电尾流回收引水压力管(1)，发电尾流回收引水压力管(1)用发电尾流回收引水压力管基座(2)固定并接入坝外电站(3)的发电机上，坝外电站(3)的发电机上接排放尾流管(5)并通入排放缓冲池(6)。

2、根据权利要求1所述的水电站二次连续梯级发电装置，其特征是坝外电站(3)为多级，并且各级之间有足够的位置落差。

3、根据权利要求1所述的水电站二次连续梯级发电装置，其特征是在排放缓冲池(6)内设置有防浪减流栅墙。

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