CN101713368A - 水流增压高效水力发电方法与系统 - Google Patents

水流增压高效水力发电方法与系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101713368A
CN101713368A CN200910114597A CN200910114597A CN101713368A CN 101713368 A CN101713368 A CN 101713368A CN 200910114597 A CN200910114597 A CN 200910114597A CN 200910114597 A CN200910114597 A CN 200910114597A CN 101713368 A CN101713368 A CN 101713368A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
pressure
energy
diversion conduit
pressure diversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200910114597A
Other languages
English (en)
Inventor
吴杰康
王冰
何芬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University
Original Assignee
Guangxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University filed Critical Guangxi University
Priority to CN200910114597A priority Critical patent/CN101713368A/zh
Publication of CN101713368A publication Critical patent/CN101713368A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Abstract

本发明公开一种水流增压高效水力发电方法与系统,其特征在于:将尾水管管径设计为大于压力引水管管径,并通过外加的增压装置对水库压力引水管入口处水流进行加压,增大水能中动能、压能转化为电能的分量,提高发电效率,提高水能的利用效率。

Description

水流增压高效水力发电方法与系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种水流增压高效水力发电方法与系统,属于水力发电领域。
背景技术
[0002] 水电站利用水库来蓄水,水库库容越大存储的水量越大,水库蓄存的水能就越多。 具有一定流速的水流含有动能,流速越高具有的动能就越大;处于一定高度的水流具有势 能,相对高度越大具有的势能就越大。水流从高处流向低处,可以将势能转化为动能,水流 获得更高的速度。水库里储蓄的水在重力作用下获得高的速度,沿压力引水管向下输移,在 水轮机接口处获得更高的速度。具有一定速度的水流驱动水轮机转动,使水轮机获得机械 能;水轮机驱动发电机,将机械能转化为电能。传统上水电站水轮发电机组输出功率的计算 公式都采用如下数学公式[13]: [0003] P = 9.80nQH (1)
[0004] 式中P为水轮发电机组输出功率(kW) , Q为发电流量,H为发电水头,n为水轮机
发电效率。
[0005] 式(1)是在假设压力引水管入口处水流速度、压强与水轮机出水口处水流速度、 压强相等的前提下得出的。也就是说,水轮发电机组输出功率的传统计算方法只包括势能, 而没有包括动能、压能。传统计算方法,没有考虑水流动能和压能在水库、压力引水管、水轮 机、尾水管的输移,因此在结构和工艺上也没有对水库、压力引水管、水轮机、尾水管进行针 对性改进和优化,使得水能没有得到充分和高效的利用。
[0006] 水轮发电机组从水库水体势能、动能和压能转化而成的电能主要与水库落差、压 力弓I水管入口处水流速度和水库蓄水水位等有关系。
[0007] 水电能源是以发电为主兼顾其他综合利用的资源,为了能够对其利用进行合理的 优化,必须通过数学方法求出其总量,建立函数模型。水电能源是由自然水资源所蕴藏的 能量转化而来,主要是存在于水体中的压能、势能、冲击动能以及水体重力做功所产生的能
[0008] (1)进水口处水体微元具有的能量
[0009] 假设水电站某机组压力道管为圆柱形,进水口处一个在x方向上微长度为dx的水
体微元,则该水体微元的受力有重力、水压强及水库四级水体重力分量对其作用力。在这些
作用力共同作用下,水体微元沿着压力引水管进口向出口运动并推动水轮机组转动,最终
实现水能_机械能_电能的耦合转换,水轮发电机组产生电能输出。
[0010] 压强沿压力引水管方向分量对水体微元所做的功或者所具有的能量W工为:
[001 1 ] 『,=仏- & — //JyO如£)2血- 士 WZ)2 (i/ — i/, )dbc (2)
[0012] 其中PpVw、H工、D为压力引水管入口处水体微元的体积、压强、水位、直径,H为水库 蓄水水位,P为水的比重,a为压力引水管倾斜角。
[0013] 水体微元重量在压力引水管入口处所形成的压力沿压力引水管方向的分量所做
3的功或者所具有的能量为:
[0014] <formula>formula see original document page 4</formula> (3)
[0015] 设重量为nv、体积为Vw的水体微元在压力引水管进水口处的速度为Vl, j,i,则其具 有的动能为:
[0016] <formula>formula see original document page 4</formula> (4)
[0017] 重量为nv、体积为Vw的水体微元在压力引水管进水口处所具有势能为: [0018] = ww -j;^!)2^^ (5)
[0019] (2)出水口处水体微元具有的能量
[0020] 对水轮机做功后运动到下游的水体微元,假设水电站水轮发电机组在水轮机出水 口处的压强为P。,则该压强对重量为nv、体积为Vw的水体微元所做的为:
[0021 ] <formula>formula see original document page 4</formula>(6)
[0022] 重量为mw的水体微元在水轮机出水口处截面所形成的压力沿压力道管方向的分 量所做的功或者所具有的能量为:
<formula>formula see original document page 4</formula> (7)
设重量为nv、体积为Vw的水体微元在水轮机出水口处的速度为v。,则其具有的动
[0023]
[0024] 能为:
[0025]
[0026]
[0027]
[0028] [0029] [0030]
得的能』 [0031]
<formula>formula see original document page 4</formula> (8)
重量为nv、体积为Vw的水体微元在水轮机出水口处所具有的势能为:
<formula>formula see original document page 4</formula> (9)
其中H。为水电站水轮机出水口处的高程。 (3)机组电能计算
上游水体微元经过水轮机做功运动到引水管出口 ,根据能量守恒定律,水轮机获 t或功为:
<formula>formula see original document page 4</formula>[0032] <formula>formula see original document page 4</formula>
[0033] [0034] [0035] [0036]
<formula>formula see original document page 4</formula>
令kp为水电站机组水轮机出水口处与压力道管进水口处水体压强之比:
<formula>formula see original document page 4</formula>
kv为梯级水电站机组水轮机出水口处与压力道管进水口处水体流速之比:[0037]、=丄 (12) 、
[0038] HD为水电站机组压力道管进水口处与水轮机出水口处之间的落差: [0039] HD = H厂H。 (13)
[0040] 把水轮机获得的能量或功用电功率表示,则梯级水电站j第i台机组以kW为单位 (lkW = 102kg. m/s)在时段dt内所产生的出力可以表示:
[0041] & =^[(1 —、)i>1+*Vl3(Uv) + i/D]0G (14)
1 , 血
[OO42] 其中QG为机组发电流量,仏=^;^、,巧=丁。
[0043] 对式(14)整理,得:
[0044] iVG =9.8[(1—Ap)尸,+^_Vl3(i-、) + /fD]2G (15)
[0045] 从式(15)可以看出,水电站水库可利用的水能包括水体压能、动能、势能,利用水 轮发电机组所获得的电能同水电站落差、发电流量有关,还与压力引水管进出口水体的压 力、速度、引水管倾角以及水电站的库容特征等参数有密切关系。
[0046] 传统的水轮发电机组都是采用上述式(1)的传统计算方法来确定其装机容量的。 [0047] 本发明的作者经过多年研究,得出如下结论:
[0048] 1)水力发电机是通过水库、压力引水管、水轮机、发电机和尾水管将水能转化为机 械能在转化为电能的,电能包括动能、势能和压能等三种分量。
[0049] 2)动能分量与压力引水管入水口处及水轮机出水口处水流速度的平方差成正比。
压力引水管入水口处水流速度大而将水轮机出水口处水流速度控制得小,动能分量将会增
大;压力引水管入水口处及水轮机出水口处水流速度相等,动能分量为0。
[0050] 3)压能分量与压力弓I水管入水口处及水轮机出水口处水流压强之差值成正比。压
力引水管入水口处水流所受压强大而将水轮机出水口处水流压强控制得小,压能分量将会
增大;压力引水管入水口处及水轮机出水口处水流速度相等,压能分量为0。
发明内容
[0051] 基于上述的分析,本发明所要解决的技术问题是,提供一种水流增压高效水力发
电方法与系统,增加水流压力,进一步增大水流速度和压力,提高水能中动能转化效率,实
现更高效的水力发电。
[0052] 本发明的技术方案如下:
[0053] 水流增压高效水力发电方法,将尾水管做成喇叭形状,而且尾水管管径大于压力 引水管管径,同时在水库压力引水管入口处增加一套外部动力的增压装置。其作用在于, 通过扩大尾水管管径,获得压力道管进水口和水轮机出水口水流速度更大的差值。在水轮 机出水口水流速度较小的情况下,在尾水管能够输运与压力引水管一样的发电流量时,使 动能更多地转化为电能;通过对水库压力引水管入口处水流加压并往下注入下端压力引水 管,增大出水与进水的水压差,在尾水管能够输运与压力引水管一样的发电流量时,使压能 更多地转化为电能。
[0054] 水流增压系统,是在水库压力引水管入口处增加外部动力的增压装置,使水流压强增加。水流增压系统包括外加增压动力源、增压水泵,其特征在于,将利用外加增压动力 源将压力弓I水管入口处水流压力增加到适当的水平。
[0055] 水流增压高效水力发电系统,包括水库、外加动力增压装置、压力引水管、水轮机、 发电机、尾水管,其特征在于,尾水管管径大于压力引水管管径。
[0056] 上述的水流增压高效水力发电系统,所述的任意截面尾水管,其截面形状可为圆 形,或椭圆形,或三角形,或方形,或多边形。
[0057] 本发明的优点在于:通过对水库压力引水管进行创新设计,引入外加动力的增压 装置,对水库压力引水管入口处水流实施增压,将压力引水管入口处水流压力增加到更高 的水平,增大水能中动能、压能转化为电能的分量,提高发电效率,提高水能的利用效率。
附图说明
[0058] 附图为本发明水流增压高效水力发电系统的示意图。 具体实施方式
[0059] 如图所示,1为水库,2为外加动力增压装置,3为压力引水管,4为水轮机,5为发电 机,6为尾水管。外加动力增压装置2直接与水库1连接,压力引水管3的进水口与外加动 力增压装置2连接,压力引水管3的出水口与水轮机4的进水口连接。水轮机4的出水口 与大管径尾水管6的进水口直接连接。
[0060] 以口径8m的压力引水管3为例,对水轮机4而言,若压力引水管3的水流速度为 8m/s,在不考虑经过水轮机4后水流速度的变化及其他因素的影响的情况下,如果尾水管6 管径为压力引水管3的管径的两倍,那么尾水管6在输运与压力引水管3 —样的发电流量 条件时,流经尾水管6的水流速度可变为4m/s。如果考虑水能中部分动能分量已经通过水 轮机4转化为机械能,那么尾水管6的水流速度将小于4m/s,甚至会更小。 [0061] 对于新机组,在设计时只要权衡技术和经济的效果,对压力引水管结构进行改造 和增加一套水流增压系统,就可以达到提高水电站发电效益的目的。将尾水管出水口口径 设计为压力引水管口径的k倍,就能够使尾水管水流速度减小1/k。尾水管水流速度的减 小,就能够增大压力引水管和尾水管水流速度的差值,从而使得更大的水流动能分量转化 为电能;增加压力引水管入口水流增压系统,就可以实现压能分量所做功的增长,增加水轮 发电机组出力,提高水电站水能利用率和发电效率。
[0062] 而对于老机组,只要对现有的压力引水管进行结构和工艺上的技术改造,在压力 引水管增加一套加压装置,就能够实现本发明的技术效果。

Claims (4)

  1. 水流增压高效水力发电方法,其特征在于,尾水管管径大于压力引水管管径。
  2. 2. 水流增压高效水力发电系统,包括水库、外加动力增压装置、压力引水管、水轮机、发 电机、尾水管,其特征在于,尾水管管径大于压力引水管管径。
  3. 3. 水流增压系统,是在水库压力弓I水管入口处增加增压装置,使水流压强增加。水流增 压系统包括外加增压动力源、增压水泵,其特征在于,将利用外加增压动力源将压力引水管 入口处水流压力增加到适当的水平。
  4. 4. 如权利要求3所述的水流增压系统,其特征在于,经过加压后压力引水管水流压力 大于压力弓I水管入口处水流压力。
CN200910114597A 2009-12-01 2009-12-01 水流增压高效水力发电方法与系统 Pending CN101713368A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910114597A CN101713368A (zh) 2009-12-01 2009-12-01 水流增压高效水力发电方法与系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910114597A CN101713368A (zh) 2009-12-01 2009-12-01 水流增压高效水力发电方法与系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101713368A true CN101713368A (zh) 2010-05-26

Family

ID=42417280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910114597A Pending CN101713368A (zh) 2009-12-01 2009-12-01 水流增压高效水力发电方法与系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101713368A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102852698A (zh) * 2012-06-01 2013-01-02 黄永生 水力发电机组的改造技术
CN104421094A (zh) * 2014-07-25 2015-03-18 刘光 水轮机
CN104819087A (zh) * 2014-02-03 2015-08-05 钟炽昌 自动发电机
CN108915933A (zh) * 2018-07-11 2018-11-30 何港港 一种小型水力发电装置
CN109469575A (zh) * 2018-09-28 2019-03-15 庄筱琳 一种自然水利发电船

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102852698A (zh) * 2012-06-01 2013-01-02 黄永生 水力发电机组的改造技术
CN104819087A (zh) * 2014-02-03 2015-08-05 钟炽昌 自动发电机
CN104421094A (zh) * 2014-07-25 2015-03-18 刘光 水轮机
CN108915933A (zh) * 2018-07-11 2018-11-30 何港港 一种小型水力发电装置
CN109469575A (zh) * 2018-09-28 2019-03-15 庄筱琳 一种自然水利发电船

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108953039B (zh) 一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统
CN101713368A (zh) 水流增压高效水力发电方法与系统
CN101311525A (zh) 具有多样能源输入的水电系统
CN201110242Y (zh) 虹吸式管道发电装置
WO2006085782A1 (en) Re-circulating water in close-looped hydropower system
US20040088971A1 (en) Unlimited power system
CN101737231A (zh) 风力增压高效水力发电方法与系统
CN104121139A (zh) 多级水锤泵发电装置
CN207647678U (zh) 一种小型水力发电装置
CN102493922A (zh) 风水力综合发电系统
CN101737230A (zh) 水电站尾水管基于风力发电-电动机组的增压方法及高效发电系统
CN213116530U (zh) 一种液压式梯式水轮发电装置
CN101725135A (zh) 大型水电站水能重复利用与高效发电方法及系统
CN202659406U (zh) 回流抽水式水力发电装置
CN202370753U (zh) 风水力综合发电系统
WO2020239131A1 (zh) 一种垂直轴风力发电机的一体式储能水池与塔筒基础
CN101539090A (zh) 水力发电机高效发电方法及系统
CN101713366A (zh) 多尾水管高效水力发电方法及系统
CN208441958U (zh) 一种超低水头水力发电机
CN101737229A (zh) 椭圆形尾水管扩流方法及高效发电系统
CN202900528U (zh) 一种新型流体加速装置
CN101566120A (zh) 水电站尾水增压与高效发电系统
CN101713369A (zh) 高细管高效水力发电方法及系统
CN202789301U (zh) 水增力循环发电机组
CN201924324U (zh) 循环式水利发电装站

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100526