CN104452695A - 闸下超低水头贯流式水轮发电站 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种小型发电站，具体涉及一种闸下超低水头贯流式水轮发电站。机组主要由1、尾水管道2、转轮3、导叶4、增速齿轮箱5、发电机8、引水管道等组成。该超低水头发电设备可以适合1.5-2米超低水头建站。采用贯流式发电机组，可以安装于闸门下面。省掉了机组基础、引水道、排水道等大量工程项目。可以节省20％的建设费用。有益效果：这种超低水头贯流式水轮发电站可以将丰富的超低水头水力资源利用起来，而且建设周期短，投资少，收益快。这种小水电不需要大量蓄水，不会影响生态平衡；增加偏远地区人员就业，促进农村经济发展；还能增加绿色能源，减少碳排放，有利环境保护。

Description

闸下超低水头贯流式水轮发电站

所属技术领域：

本发明属于一种小型发电站，具体涉及一种闸下超低水头贯流式水轮发电站。

背景技术：

水能资源在我国能源组成中占有很重要的地位，它是永不枯竭，既能再生、又不污染环境的优质能源。根据普查，我国水能资源居世界第一位，其理论蕴藏量为6.76亿kw，可以开发利用的为3.78亿kw。目前已经开发的仅有9％左右。可见，我国水能资源的开发利用有着广阔的发展前景。

虽然我国水电事业已经有了长足发展，然而，有一个领域仍然没有引起人们的重视，那就是在所有大中小型电站的上、下游以及平原地区还蕴藏着丰富的低水头水力资源。在那些地方由于受地理环境、农田、村庄、交通设施等限制，不便于大量蓄水，建设高水位发电站。但是，在那些地方每隔数百米便可建造一座低水头小容量的水电站。数量之大不可胜数。一个小电站的效益对国家来说虽然微小，但无数小电站的整体效益是可观的，甚至可以超过大电站的效益。除此之外，由于不需要大量蓄水，这样的电站不会对生态平衡造成危害。而且小电站造价低、建设周期短、收效快。不可以小看这些点点滴滴的能源，一个小电站对国家或对一个地区可能微不足道，但相对发展农村经济来说，其作用是值得重视的。我国的改革就是从农村家庭承包开始的，这个经济细胞更小，可它推动了我们整个国家经济的高速发展。发展这样的小电站非常适合农村经济发展的需要，说不定这些小电站的发展还会带动一些地区的经济发展起来。

我国的水电设备制造技术已经步入世界先进行列。小型水电设备像贯流式、轴流式等低水头发电机组的生产日趋成熟，多种多样的低水头水力发电设备：像灯泡贯流式、轴伸贯流式、立井贯流式等都有厂家专门生产。在我国开发这种小型水力资源已经具备了成熟的技术条件。

发明内容：

本发明提供一种闸下超低水头贯流式水轮发电站。

(见说明书附图1、2、3)该超低水头发电设备可以适合1.5-2米超低水头建站。贯流式发电机组可以直接安装于闸门下面。省掉了机组基础、引水道、排水道等大量工程项目。

机组主要由1、尾水管道 2、转轮 3、导叶 4、增速齿轮箱 5、发电机 8、引水管道等组成。

虽然贯流式水轮发电机组比转速较高，但由于水头很低，水轮机转速也必然要低。如果不采取措施直接带动发电机，就要用很高极数的发电机，我国供电频率是50赫兹，所有用电器均按50赫兹设计。达不到50赫兹的电是无法使用的。如果制造24极或32极发电机，它的体积是普通电机的很多倍，那样大的发电机不但价格昂贵，而且安装位置也不允许。所以最佳方案是加装增速齿轮箱，如果通过齿轮箱将发电机的转速增加到1000r/min，便可采用六极发电机；如果将发电机转速提高到1500r/min，便可采用四极发电机。发电机体积变小后不但可以降低工程造价，安装维护都会方便，大大减低生产成本。

由于目前超低水头水轮机组还没有厂家生产定型产品。解决方法是：根据水头及流量资源情况专门设计水轮机转轮，另行选配发电机。

机组设计及效益分析

一、机组设置方案：

以Q_min＝3.5m³/s Q_max＝7m³/s 有效水头H＝1.7m为例。

发电机选用

P₁＝0.00981HQη

＝0.00981×1.7×3000×0.81

＝40.53kw 一号机组选取40kw的6极发电机。

P₂＝0.00981×1.7×5500×0.81

＝81.05kw 二号机组选取80kw的6及发电机。

转轮选型

40kw机组水轮机转轮直径 $\begin{array}{c}{D}_{1-40}=\sqrt{\frac{p}{9.81\×Q_{11}\×H^{1.5}\×\mathrm{\η}}}\\ =\sqrt{\frac{40}{9.81\×2.8\×{1.7}^{1.5}\×0.9}}\\ =0.72m.\end{array}$

80kw机组水轮机转轮直径 $\begin{array}{c}{D}_{1-80}=\sqrt{\frac{80}{9.81\×5.6\×{1.7}^{1.5}\×0.9}}\\ =0.86m.\end{array}$

增速机及发电机极数选配

查GZTE07.30贯流式水轮机综合特性曲线(说明书附图4)，Q₁₁＝2.8m³/s等效转速为290r/min。可以采用增速4倍的行星齿轮增速机，采用6极发电机。

二、经济效益匡算：

1、采用闸下超低水头贯流式水轮发电机组，因为机组直接安装在水闸基础上，无需重建机组基础及引水、排水设施，所以可以节省20％的建设费用。

2、建设周期短，投资少，收益快。三年内即可收回全部投资，以后几十年内都可以连续运行，不断获得效益。

①建设成本

机电设备费：40kw机组价格-12万元 80kw机组价格-26万元

②年效益

年毛收入  43万元

年费用    21万元

净利润    22万元

由以上分析，该工程年收益为总投资的34.9％，三年可收回投资。如果全部投资的50％使用贷款，然后用项目利润还贷，大约一年半的时间即可还清贷款。

二、社会效益：

1、利用超低水头的水力资源发电，是对国家能源的一种补充。

2、增加绿色能源，减少碳排放，有利环境保护。

3、这种小水电不需要大量蓄水，不会影响生态平衡。

4、增加偏远地区人员就业，促进农村经济发展。

附图说明：

说明书附图1——电站主要设施横向剖视图。

说明书附图2——电站主要设施正面图。

说明书附图3——水轮机组倾斜安装的横向剖视图。

说明书附图4——GZTE07.30水轮机转轮综合特性曲线。

说明书附图中：1、尾水管 2、转轮 3、导叶 4、增速器 5、发电机 6、闸门 7、升降机 8、引水管 9、上游水位 10、下游水位。

具体实施方式：

机组安装可以有三种方式：

1、一般情况，可以按“说明书附图1”的方式安装。

2、如果地理环境适宜，可以按“说明书附图3”的方式安装，这种方式可以提高水头。

3、具备其它合理条件的情况下，也可以从闸下移出，利用其它方式安装。

Claims (2)

1.本发明是一种超低水头贯流式水轮发电站，其特征是：机组主要由1、尾水管道 2、转轮 3、导叶 4、增速齿轮箱 5、发电机 8、引水管道等组成。

2.根据权利要求1所述的超低水头贯流式水轮发电站，其特征是：贯流式发电机组可以直接安装于闸门下面。