CN105370079A - 人造大型钢质水库制造与应用 - Google Patents

Abstract

人造大型钢质水库是根据力学理论，采用“水桶或钢混水箱”原理，以钢质材料为主，运用一定的技术建造高大水库来代替山体水库。用途有：1、1879年瑞士人创造的抽水蓄(储)能电站的模式是：以山脚下湖泊为下库，在山上建水库为上库，发电站建在两库之间。人造水库改变了原有依山建电站的技术方法，使得在江河、湖泊、海洋边也能建抽水电站，其工程难度小、投资少、收益高，对环境影响小。如在国内推广这项技术，可增装机容量1.5亿千瓦(几个三峡电站)。如向世界推广，国家利益巨大。2、可以最大限度储存雨水，减少雨水的蒸发和雨季“客水”流失，缓解人们生产和生活用水的不足。3、地下储油，数量大，安全性好，节约土地。

Description

人造大型钢质水库制造与应用

技术领域：能源技术(地区性能源开发与利用)

背景技术：目前世界上的水库有两种：一是大自然形成的纯天然水库。二是依山或依岗人工筑坝做成的半天然水库。它们都是利用山体或山岗聚积大自然的水源，为人类开发利用带来好处。我现在要发明一种人造大型钢质水库来替代天然水库或半天然水库的作用，为人类带来更多更大的好处。它的主要特点：一、不依赖山体或山岗的自然条件，在内陆平原、海边、沙滩随处可建。(特殊地质除外)二、水库面积大小、高低基本可随人意。三、不依赖大自然下雨聚水储水，靠抽水储水。四、同人工水库相比不会破坏自然环境，节约土地资源，建造水库成本低。五、水库采用钢制材料为主，也可用其他金属材料建造，也可用钢混结构，钢网布结构建造。六、用途广泛，作用大，经济和社会效益大。

发明内容：人造大型钢制水库(以下简称人造水库)的建造

(一)建造人造水库的基本原理

在选好的地段处理地表，加固地基，在地质条件许可的前提下，选择人造水库的大、小、高、低。再根据力学原理，选择钢结构或钢混结构建造一个人造水库。

(二)人造水库的建造方案

人造水库的建造，可以采用长方体，正方体，圆柱体等图形建造，现在以圆柱体图形(木桶形)为主介绍。

1选址：根据人们生产生活、发电的需要，在一定区域内根据地质条件，选择好地址和面积大小。

2固基：在选好的地点进行地表清除，根据人造水库的高低加固地基，预留进出水口等设施。

3浇铸底围：在处理好的地基的基础上，用钢筋混泥土浇注一个所需底围，形成一个坚固的“水桶”底箍，预留其它设施的出入口。

4构建立柱：在底围周边建几个大型三角型立柱，保证“水桶”正立安全。立柱与“水桶”平行，并用钢绳对角相连增加水库牢固性。

5钢架建围：根据库高、低、大、小选择适当的钢材做支架，周围用适当钢筋做细围，再在细围上面布钢板，保证所用材料能承受水对壁的压力。

6加固人造水库的内外箍：根据木桶原理，在人造水库钢架外围用钢绳加固外箍，在内用钢绳对角连接钢架，减小水对钢架和壁的压力。

7建高压进出水口和安全阀门：进出水口一般选择在库底，安全泄水阀门选择在侧面，所有进水出水口建足够大的水道，防止进出水时影响库基。

8其它：(1)库顶可以安装防蒸发，防冰冻设施。

(2)安装防雷电，航空识别装置。

(3)库内外防腐防锈处理。

(4)库底做防水处理。

(5)安装库内外报警系统。

(6)安装其它设施和建筑物。

具体实施方法：几种人造水库初步规划设计和估算

1.小型人造水库(0.1平方公里以下，库高130米)规划设计与估算。

(1)征地：在合适的地点征地0.1平方公里，占地约150亩，其它配套用地50亩，计200亩。按目前征地价3万元/亩，为600万元。

(2)清表固基：清表固基按每平方200元，为2000万元。

(3)浇铸底围：库底周长1100米，高围1米，基础处理和浇注底围400万元。

(4)构建立柱：建造四根中型立柱，高130米，每根150万元，为600万元。

(5)钢架建围，钢板围边，钢绳加固：采用方钢、角钢作上下、左右支架，圆线钢作内围，钢板作内壁，钢绳作内连外箍，总共用钢4000吨，单价5000元/吨，人工费1000万，计3000万元。

(6)其它：1*进出水道和管网1000万元。

2*防漏防锈处理500万元。

3*附助装置300万元。

4*配置管理用房，环境绿化围墙500万元。

上述直接费8900万元，另加其它费用合计约1亿元，储水量1300万方。

2.中型人造水库(0.1-1平方公里、库高130米)造价估算应为小型水库×倍数×系数(成本下降系数)。如建一个1平方公里，高130米的人造水库其造价为1亿×10×80％＝8亿元，储水为1.3亿方。

3.建大型人造水库(1-10平方公里，库高130米)造价估算：建大型人造水库应为中型人造水库为基数×倍数×系数。如要建10平方公里高130米的人造水库，造价为8×10×80％＝64亿元，储水13亿方。

4.人造水库建造方案技术范围

上述人造水库所述为圆柱体，钢质材料为主建造，也可运用其它金属材料。形状是正方体，长方体等都应属人造水库范围，在平地，半山坡地，高岗地，荒滩，沙滩，海滩用土石或混凝土所制人造水库也应属此范围，特别是在沿海做人造水库抽海水储能，放入大海发电这一独特创造，更属此范围。

二.人造大型钢质水库的应用

人造水库的应用有三种：一是用于抽水储能发电。二是用于人们生产和生活用水。三是储存石油。

(一)人造水库在抽水储能发电上的应用

1意义和作用

全世界目前抽水发电项目，都是选择在两个天然水库(或半天然)之间建设，而且上游水库靠大自然来水。自然条件的限制影响抽水储能电站的发展，全国目前抽水储能发电占全年发电的比例为千分之几，如果采用人造水库技术就不受自然条件的限制，只要在有天然下库的地方(或者人造下库)建造一个人造上库，并在人造水库下方或旁边同时建抽水储能发电站方可【以下合称人造抽水电站】，我国是一个江河、湖泊、大海较多的国家，特别是把大海也看做下库，在大海边建人造抽水电站更方便，沿海发达大、中、小城市很需要抽水储能发电站，其作用与意义非常之大。

2实际用途和优点

(1)目前抽水发电站建设的基本条件

抽水发电站目前一般要满足下列三个基本条件：一是要有两个天然或半天然的上水库和下水库，而且要求越近越好。二是上下库库容较大，落差越大越好。三是上下库之间所建电站与负荷集中区越近越好使电损小。

以上三条限制抽水发电事业的发展，造成了抽水电站只能在偏远山区开山毁林建电站。

(2)人造水库在抽水电站应用上特点

有了人造水库就能解决原来抽水发电建设中的难题，有利条件和特点如下：

1*只要有下库的地方，可就近建造人造水库，使上下库距离很近。

2*根据下库容大小，可建造适当的上库，落差可以做到较大。

3*人造抽水电站基本上都可建在负荷集中的地方。

我国发达大中城市绝大部分在沿海、沿江河、沿湖泊地方。那些地方有天然的下库，又是负荷集中区，我们只要在那周边建人造上库，就可同时在其下方或旁边配套建设抽水电站，易建设、电损少、效益高。比如；武汉市城市群负荷集中，也非常需要抽水电站来调峰，武汉在长江边，周围湖泊多，很容易找个合适湖泊在旁边建人造水库作上库，把大湖作下库，抽水发电站就很好建成。又如我国负荷最集中的深圳，周边有大海，在大海边建一个人造上库，把海水抽到人造水库储能，再又把海水放入大海(下库)发电，这就更方便高效。再如在京、津、冀地区，城市群较集中，负荷也集中。在天津海边建几个人造上库，大海为下库。这些抽水发电站既能发电又能为这一地区减少雾霾作贡献。

4*人造抽水电站不开山挖路破坏大自然，也不依赖大自然的来水，自身抽水储能发电。

5*人造水库建造方法简单易操作，不开山挖路，建设难度小、周期短，投资少、效益高。

6*唯一不足：人造水库在用于抽水发电时，水头变化大，给抽水和发电机组工作时带来难度，但我国目前浙江天荒坪抽水电站，用变频抽水和发电机组基本解决了这一难题，有成功的经验。

3实际应用和效益分析

人造水库解决了抽水发电中的难题，在实际应用就很容易，如在湖北省孝感市孝南区王母湖和野猪湖南端建一个人造水库，再同时在其下方建一个抽水发电站，那么这个电站就距离武汉市30公里，距离孝感城区18公里，距湖北汉川火电厂20公里，距几大高压电网走廊5公里，再看王母湖和野猪湖做下库的条件，两湖在正常水位22米时分别36平方公里和10平方公里，两湖相邻相通水平面一致，24米时(超过24米为排渍水位)两湖总面积约60平方公里，我们把水位控制在22米至24米之间属正常范围(因长江、汉江与其相通，随时可补充水源)，留1米以内的水位作发电用水，其可用发电库容为6000万立方米。这样既能发电解决武汉地区用电上的调峰、填谷问题，又能正常养殖，生态环境不受影响。再把人造水库和电站同时建在较好地段，根据下库容量可建一个占地面积0.5平方公里，约750亩，半径400米高130米的人造上库，其库容6500万立方米。发电库容保持在6000万平方米，其装机容量P＝ngh×85％＝9.8×6000万m³/(60×60×10)×(130-30/2+30)×85％＝110万千瓦(最高水头130米最低水头30米、流量按10小时计算)，可安装两台50万千瓦机组，三台30万千瓦，日发电1000万千瓦时，年发电32亿度。其综合收益按每度0.1元计算为3.2亿元，税收近亿元。其电站投资应该是：人造水库建设成本估算1亿×5×80％＝4亿元，加抽水机组、发电机组和输变线路、变电站分别10亿元和1亿，总成本15亿元。十年以内可收回成本。

又如在深圳建一个人造抽水电站，由于大海库容无限大，上库根据需要可建几个大型人造水库和抽水电站，如果建造一个3×30万千瓦机组的人造抽水电站，其成本大约15亿元，建设周期30个月可完成，目前深圳在建抽水发电站三台30万千瓦机组，投资59亿，建设周期69个月。

4前景分析

(1)我国全年装机发电约13亿千瓦，水电3.亿千瓦，抽水发电2500万千瓦，抽水发电占比约千分之二，如果用电低峰储能占比按12％，可新增抽水发电1.5亿千瓦，也就是增加近10个三峡电站(1820万千瓦)的水平，全国按10年发展完成上述目标，每年新增发电1500万千瓦，就是40个70万千瓦电站或60个50万千瓦电站(抽水发电一般工作10小时以内)。新增发电量1000亿度以上，税收近100亿。减少煤耗3000万吨，二氧化碳排放5000万吨，二氧化硫90万吨，二氧化氮300万吨。其经济和社会效益巨大，

(2)由于我发明的人造水库储能发电的办法科技含量不高，我国有成熟的技术可解决其中很多问题，基本解决了科学界寻找储存电能的办法，这样可以大大减少其它储存电能研究和开发的投资，减少社会资源的浪费。

(3)目前全球没有任何国家使用这一技术，如果我国率先使用这一技术并向全球推广，将打破100多年来一直利用山体水库建抽水发电站的历史(1879年瑞士人建成的笫一座抽水电站)，其前景和战略意义就非常巨大。

(二)人造水库在农业生产和生活用水方面的应用

1.意义与作用

我国是一个农业和人口大国，也是一个缺水大国，如何将大自然的雨水不被蒸发和流失掉，或减少蒸发和流失，用有限的办法保留保存一些雨水，或在丰水季节吸收一些雨水储存起来在缺水的时候用上去，其作用与意义是非常大的。

2.实际应用和效益分析

我国缺水的地方很多，特别是北方地区和南部山区，北方是降水量少，很多储水的湖泊、水库、塘堰干枯，现在有不少农村采用小规模的地窖储水，没有大规模储水办法，让有些本可储存的水被流失或蒸发掉，南部山区降水量虽然大一些，但由于地势较高，大量的雨水成为“客水”被流走。例如：湖北省孝感市孝昌县是一个北高南低的山区县，虽然年降雨量1000毫米左右，但还是缺水，主要原因是大量的客水没有留足，当地有三座水库和人造塘堰因库容小不能满足需要。如果我们在孝昌县城的府河边建造一个人造水库，平时将“客水”抽储起来，或在丰水时从府河中抽水储存，在缺水时用水，其作用当然很大。如果我们在城边建一个0.1平方公里，高130米的人造水库(因县城在府河边)一次性可储水1300万m³，可解决10万至20万人口用水，或可解决30万亩农田生产用水。如做一种补充水源，一座人造水库就能解决全县大部份生产和生活用水。其经济效益可这样分析，如作孝昌县生活补充用水输出给水厂，按水价50％计算约为2元/吨，一次性可收2600万元，除电费人工费600万元，年收益2000万元，上述这样的水库造价1亿元，机电设备按2000万元计算，大约11年可收回投资。如用于农业用水1元/吨，大约20年收回投资。30万亩农田平均每亩增收100元，可增收3000万元。如果在我国北方严重缺水地区，采用这一技术，其经济和社会效益更大。

(三)人造水库在储油方面的应用

由于人造水库具有储存量大，占地面积小的特点，在储油方面的应用效益肯定明显，因为油价很高，每吨2-10元差价，就非常可观，但由于受战略安全和生产安全的制约，目前应用有限，所以不再详述。

Claims (3)

1.人造大型钢质水库的建造，只要是用钢质材料制成的水库，是钢混结构，或是钢网布制成的水库，或用其它金属替代材料。

2.人造大型钢质水库用于抽水储能发电和人们生产生活用水，不论大小都属保护范围，特别是把人造水库为上库、大海为下库、抽水电站一起建设。

3.人造大型钢质水库应用在储存石油上，无论大小，也无论是地上还是地下，都属权益保护范围。