CN105402079A - 一种静水压力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静水压力发电系统，属于新能源技术领域。本发明目的在于提供一种通过利用自然静态水体和空气不同的物理属性，采用一种链箱体装置激活静态水体潜藏的总势能进行发电的综合技术系统。该静水压力发电系统包括注气系统、排气系统、链箱体旋转系统和发电系统，该发电系统通过该链箱体旋转系统实现由机械能做功转化成电能发电，该链箱体旋转系统大部分置于静水中，该链箱体旋转系统包括若干个箱体，箱体中装有气囊，该注气系统用于向该气囊注入气体，该注气系统向该气囊注入气体时，该气囊产生一定的空间体积将该箱体中的静水排出，该排气系统用于对该气囊和/或该箱体进行排气，该链箱体旋转系统通过该箱体所受浮力实现循环旋转运行。

Description

一种静水压力发电系统

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种静水压力发电机械系统。

背景技术

随着全球经济的不断发展，对能源的需求会越来越大，能源短缺问题已经成为遏制全球经济快速发展的最严峻问题；近年来，太阳能、风能、潮汐能、地热能、生物能等新能源在不断被人类所重视、开发和利用，但均因能量的转换和利用率受到各种条件的制约、、使用成本高等原因，往往不能满足人们广泛需求或达不到使用希望值。静水压力发电技术的推广运用，将迅速改变迄今能源结构，其创造的附加值非比寻常，创新能力无与伦比。

有鉴于此，如何设计一种新的静水压力发电系统，开发新能源并以实现创新性发电，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过利用自然静态水体和空气不同的物理属性，采用一种技术手段，达到激活静态水体潜藏总势能来进行发电的静水压力发电系统，该静水压力发电系统利用取之不尽用之不竭的空气和水，绿色环保无污染，具有可持续发展性。

为了实现上述发明目的，本发明公开了一种静水压力发电系统，包括一注气系统、一排气系统、一发电系统、一控制系统，所述控制系统用于控制所述注气系统和所述排气系统，其特征在于，所述静水压力发电系统还包括一链箱体旋转系统，所述发电系统通过所述链箱体旋转系统实现由机械能做功转化成电能发电，所述链箱体旋转系统大部分位于静水中，所述链箱体旋转系统包括若干个箱体，所述箱体中装有一气囊，所述注气系统用于向所述气囊注入气体，所述注气系统向所述气囊注入气体时，所述气囊产生一定的空间体积将所述箱体中的静水排出，所述排气系统用于对所述气囊和/或所述箱体进行排气，所述链箱体旋转系统通过所述箱体所受浮力实现循环旋转运动，最终使得机械能转化成电能达到发电目的。

更进一步地，所述注气系统对所述气囊注气完成后，所述排气系统对所述气囊进行排气，当所述排气系统对所述气囊进行排气时，所述箱体为封闭状态。

更进一步地，所述注气系统在所述气囊进行上升运动之前停止对所述气囊进行注气，所述排气系统在所述气囊运行进入上升行程时对所述气囊进行排气。

更进一步地，所述箱体的外部构造为网格状镂空型。

更进一步地，所述箱体的部分或全部可折叠，通过折叠实现所述箱体的打开和关闭。

更进一步地，所述箱体具有一百叶窗，用于打开和关闭所述箱体，所述百叶窗在所述箱体的一滑槽内进行往返滑动，所述百叶窗的往返滑动受控于所述控制系统。

更进一步地，所述排气系统包括一回收系统，所述回收系统用于将所述气囊中的大部分气体回收重复利用，所述回收系统的启或/和停由所述控制系统进行控制。

更进一步地，所述排气系统包括一放气系统，所述放气系统用于将所述气囊中的余下气体排入静水和/或自然空间，所述放气系统的启或/和停由所述控制系统进行控制。

更进一步地，所述放气系统通过所述气囊的一放气阀实现对所述气囊进行放气，所述放气阀受控于所述控制系统。

更进一步地，所述旋转系统包括一主动轮、一从动轮、一链条、一支架，所述主动轮通过所述链条带动所述从动轮，所述支架用于支撑固定所述主动轮、所述从动轮、所述链条。

更进一步地，所述箱体的运行顶端为流线型曲面，运行底端为平面。

更进一步地，所述注气系统包括一压气生产装置、一储气装置、一输气装置、一注气装置，所述储气装置用于存储所述压气生产装置产生的压缩气体，所述注气装置用于将所述储气装置中的气体通过所述输气装置注入所述气囊中，所述注气装置对所述气囊注气的开启或/和关闭由所述控制系统进行控制。

更进一步地，所述注气装置包括一第一软管、一第一导槽、一第一滑动器、一注气枪、一第一软管盘；所述第一软管储存于所述第一软管盘或运行于所述第一导槽腔体内；所述第一软管的一端与所述注气枪连接，另一端与所述储气装置连接，所述第一滑动器套设于所述第一导槽，所述第一滑动器的运动受控于所述控制系统，所述注气枪与所述第一滑动器相套装，所述第一滑动器在所述第一导槽上做循环式往返运行。

更进一步地，所述第一导槽具有一上腔体和一下腔体，所述第一导槽的所述上腔体和所述第一导槽的所述下腔体相连通，所述第一滑动器配装于所述第一导槽的所述上腔体，所述第一软管位于所述第一导槽的所述下腔体。

更进一步地，所述第一软管盘中包含一第一弹簧，所述第一弹簧用于提供一回复力，将所述第一软管收回并呈螺旋形储存于所述第一软管盘中。

更进一步地，所述注气枪、所述第一软管、所述第一软管盘的数量为n(n为大于或等于3的整数)。

更进一步地，当所述注气系统对所述气囊进行注气时，所述注气枪与所述气囊上专设一注气接合器相咬合，所述注气接合器中具有一注气阀，所述注气阀受控于所述控制系统，所述注气枪拉动所述第一软管随着所述气囊运行。

更进一步地，所述回收系统包括一回收气柜和一回收气体装置，所述回收气体装置将所述气囊中的气体回收至所述回收气柜中，所述回收气柜与所述注气系统相连，所述回收气体装置对所述气囊气体回收的启或/和停由所述控制系统进行控制。

更进一步地，所述回收气体装置包括一第二软管、一第二导槽、一第二滑动器、一排气枪、第二软管盘；所述第二软管储存于所述第二软管盘或运行于所述第二导槽腔体内；所述第二软管的一端与所述排气枪连接，另一端与所述回收气柜相通，所述第二滑动器套设于所述第二导槽，所述第二滑动器的运动受控于所述控制系统，所述排气枪与所述第二滑动器相套装，所述第二滑动器在所述第二导槽上做循环式往返运行。

更进一步地，所述回收系统包括一回收泵，用于从所述气囊中抽出气体或/和用于将回收气体送往所述注气系统中。

更进一步地，所述第二导槽具有一上腔体和一下腔体，所述第二导槽的上腔体和所述第二导槽的下腔体相连通，所述第二滑动器配装于所述第二导槽的所述上腔体，所述第二软管位于所述第二导槽的所述下腔体。

更进一步地，所述第二软管盘中包含一第二弹簧，所述第二弹簧用于提供一回复力，将所述第二软管收回并呈螺旋状储存于所述第二软管盘中。

更进一步地，所述排气枪、所述第二软管、所述第二软管盘的数量为m(m为大于或等于3的整数)。

更进一步地，当所述回收系统对所述气囊进行气体回收时，所述排气枪与所述气囊的一排气接合器相咬合，所述排气接合器中具有一排气阀，所述排气阀受控于所述控制系统，所述排气枪拉动所述第二软管随着所述气囊运行，直至排气结束，所述排气枪自动脱离。

更进一步地，所述静水压力发电系统包括一预驱动系统，用于提供给所述链箱体旋转系统一初始动力。

更进一步地，所述控制系统为DCS控制系统。

更进一步地，所述发电系统包括一发电机，所述发电机设置于地下、地上或高台之上。

更进一步地，所述静水压力发电系统包括一独立电源，所述独立电源用于向所述发电系统和/或所述预驱动系统和/或所述控制系统提供初始电能。

与现有发电技术相比较，本发明所提供的技术方案具有以下优点：第一、开发利用了取之不尽用之不竭的空气和水进行发电，对周边环境无破坏，绿色环保无污染；第二、开发利用了空气和自然水体的自然属性，激活静态水体潜藏的总势能来进行发电，创新开发了重大清洁新能源，实现了发电的可持续发展；第三、发电原理简单、工艺流程短捷、设备制造工艺成熟而且配置方便，通过DCS控制系统易于实施自动控制；第四、通过设置回收系统，实现压力回收再利用，减少了生产运行损耗，降低了发电成本，提高了发电效能；第五、静水压力发电技术的建设场地要求比其他任何类型发电站免受区域、地形地貌限制，只要具有适量的静态水体，并且达到一定的淹深即可建造静水发电站。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是现有技术中动水发电原理图；

图2是本发明所提供的静水压力发电系统的发电原理图；

图3是本发明所提供的静水压力发电系统的简图；

图4是本发明所提供的移动注气式静水压力发电系统的结构示意图；

图5是本发明所提供的固定注气式静水压力发电系统的部分结构示意图；

图6是本发明所提供的浮箱剖视图；

图7是本发明所提供的注气装置结构示意图；

图8是图7的部分断面图。

图中：1-井厢；2-驱动电机；3-发电机；4-链条；5-支架；6-箱体；7-气囊；8-主动轮；9-从动轮；10-压气生产装置；11-地面总储气柜；12-移动注气式调节气柜；13-固定注气式调节气柜；14-注气装置；15-固定注气式调节气柜驱动轮；16-固定注气式调节气柜主动轮；17-固定注气式调节气柜旋转链条；18-固定注气式接合器；19-方框架；20-流线型顶罩；21-平面型底罩；22-注气接合器；23-排气接合器；24-放气阀；25-盘管箱；26-软管盘；27-软管；28-导槽；29-导槽上腔体；30-导槽下腔体；31-定位弹射器；32-弹射气动室；33-端部回转器；34-注气枪。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“DCS控制系统”一词是指迄今极为成熟而且广泛得到应用的自动控制软件包，它采用分功能、分区域、分项位、分特性和需求采集数据，经集成、协调处理后，分别按需求设定程序，使得控制功能分类、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则进行集中控制的系统，其中DCS是英文DistributedControlSystem的简称；“链箱体”是指通过采用特制链条串联多支特制的独立浮箱，使之链接成为能够在静态水体中对气囊进行注气、排气循环操作后做连续运转的特殊结构；“气囊”是指可用于充装空气，并能在充气后形成一定空间体积的物体；“注气枪”和“排气枪”是指能与接合器、软管进行连接实现气体穿入穿出的零部件，两者实质相同，“注气枪”用于注气系统中，“排气枪”用于回收系统中；“接合器”是指实现注气枪与气囊、排气枪与气囊连通的装置；“盘管器”是指用于储存软管，并提供软管回复到原位的回复力的装置；“定位弹射器”是定位器与弹射器两种不同功能设备整合为一体化的装置，其联动功能是：首先促使注气枪(或排气枪)按指令先后从各自的盘管器中克服带状弹簧制约得以‘被动性拉伸式’弹出，遂需要一定动力，故命名为‘弹射’，枪体随即按指令先后进入各自的定位功能位置，定位功能由同体设置的定位系统加以制约，使得注气枪头(或排气枪头)与安装于气囊上的专设接合器能够瞬间对接无误，所以既需要设置‘弹射’动力构件，也需要设置定位控制设备，一旦枪头与接合器进入对接无误状态，枪体必须通过定位弹射器中获得的动力做功能性弹射与对应接合器对接噬合，进行注气或排气行程；“端部回转器”动作原理与前述定位弹射器相似而作用相当；“弹射自动室”是定位弹射器以及回转器构造中的重要配设，以解决‘弹射’功能的驱动力，可设定为电动、气动或电磁弹射。

本发明的目的是提供一种通过利用自然静态水体和空气不同的物理属性，激活静态水体潜藏的总势能来进行发电的静水压力发电系统。

下面结合说明书附图1-8详细说明本发明的具体实施例。

图1是现有技术中动水发电原理图，如图所示，动水发电的普通型式的技术核心，是把流动水体的动能和势能，通过水体本身自上往下流动转化成机械能做功，从而再转化成电能。发电能力大小N＝AγQH(w)，其与水体流量Q(m³/s)、净水头H(m)成线性关系；A＝9.81η(η为机组总效率)，γ为水容重(1000kg/m³)，普通动水发电的经验取值一般为：A＝0.6～0.75。

图2是本发明所提供的静水压力发电系统的发电原理图，如图所示，静水压力发电中的所谓“静水”概念是相对动水发电中之“动水”而言的。静水压力发电是在静态的水体中实现，运行要素正好与前述常规动水发电相反：(1)水体呈静止状态，发电能力大小与空间和时间变量有关，即与静态水体淹没深度H、链箱体积大小V、以及与向链箱体注入空气速度呈线性关系；(2)潜伏在静态水体中用于做功的能量传递方向通过链箱体自下向上运动，因此脱离链箱体系统则谈不上机械做功和能量转化；(3)所以链箱体是接受水体中被激活的潜能并转化为机械能做功的系统，是静水压力发电的核心装置，其中浮箱装配的气囊是整座装置的‘心脏’；链箱体是实现静水压力发电运行的关键装置；(4)只要水体尚存，潜伏于静态水体中的静水压力P及浮力F永远不消失，这是天体赋予自然水体的物理属性，所以只要方法得当，此潜在能源可供人们取之不尽用之不绝；(5)密封于气囊内的空气，是间接激活并且传递动力的重要媒介，它不直接参与能量交换。

因此，静水压力发电技术并非“制造能量”而是通过循环运行状态下的链箱体系统诱导并激活水体中永远潜伏的能量，使之转换成机械能做功并转化成电能。所以，静水压力发电仅仅是物理转换，水体的总潜能永不消失，也不衰退；由于水和空气易得且非常廉价、无污染、十分安全，所以静水压力发电具有无比优越性。

本发明所提供的静水压力发电系统，具体发电量的计算如下：在工程设计中，把通过独立箱体投影底平面视为受力计算面积，体积相等的箱体排开的水体重量为所获得的浮力F，于是根据阿基米德定理可推算出由上百支浮箱连接而成的链式箱体系统在静态水体中自下向上运行做功的机械能，从而计算出转化为电能的能量。单机发电能力(即‘兰德电能’N_ld)计算公式为：

N_ld＝9.81·A_ld·γ·Q_ld·H_ld(w)

式中:Q_ld为兰德模拟流量，根据链箱体运转过程中主要参数换算成模拟性流量而得，它是时间和空间的函数，Q_ld＝(n－1).a.b./t.(m³/s)；a为独立箱体投影底面积(m²)；b为淹没在水体内相邻浮箱体中心距(m)；n为每小时注满压气浮箱数量；t为注满n支浮箱需要的时间总和(s)；9.81为与能量有关的换算值[N_ld＝1000Q_ld.H_ld/102＝9.81Q_ldH_ld(kw)，即102kg·m/s＝1kw]；H_ld兰德净水头或称兰德淹深(m)；A_ld为兰德出力系数，A_ld＝0.75～0.85为宜；A_ld具有重要研究价值，它与设备类型、性能、传动方式、设备生产工艺和质量有密切关系，所以具有一定的研究、调整空间。

图3是本发明所提供的静水压力发电系统的简图，图4是本发明所提供的移动注气式静水压力发电系统的结构示意图。下面将结合图3和图4进行说明。如图所示，该静水压力发电系统包括发电系统、链箱体旋转系统、预驱动系统、注气系统、排气系统、控制系统；预驱动系统提供初始动力给链箱体旋转系统，使链箱体旋转系统做旋转运动，随后通过注气系统和排气系统使链箱体旋转系统的浮箱所受浮力大于重力，进而利用浮力驱动链箱体旋转系统做循环旋转运行，发电系统则通过该链箱体旋转系统实现由机械能做功转化成电能发电。

链箱体旋转系统位于井厢中，井厢内具有静态水体。链箱体旋转系统包括浮箱、支架5、主动轮8、从动轮9以及连接主动轮和从动轮的链条4；支架5用于支撑该主动轮8、从动轮9、链条4以及浮箱。浮箱间隔式连接于链条4上，浮箱包括箱体6和箱体内的气囊7。在发电运行初始空载启动阶段，所述主动轮8和从动轮9实际功能产生切换，直到进入发电阶段再立即切换恢复所述功能。本发明所提供的移动注气式静水压力发电系统，其所涉及的箱体6具有两种不同的构造。对应于不同的箱体，移动注气式静水压力发电系统具有两种不同的实施方式。下面结合不同构造的箱体来说明其所对应的静水压力发电系统。

方式一：外部构造为缕空状固定开敞型箱体

旋转过程中，当箱体自上而下进入静水时，此时箱体6内充满了静态水体，气囊7中不存在气体，箱体所受重力大于所受浮力，向下运动，并带动链箱体旋转系统做逆时针旋转运动；当箱体6逐渐靠近链箱体旋转系统的底部时，注气系统向该气囊7进行注气，气囊7注气接合器中的注气阀(图中未示出)打开，注气系统通过该注气阀对气囊7进行注气，气囊7逐渐形成一定的空间体积，箱体6内的静态水体因气囊7膨胀而逐渐被挤压向箱体6外排出，直至箱体6内的空间体积被膨胀后的气囊7所撑满；当箱体6到达链箱体旋转系统最底端时，注气系统对气囊7注气完成，气囊7注气阀关闭。此时，箱体6因气囊7所受浮力受到向上的力，遂向上运动，并带动链箱体旋转系统做逆时针旋转运动产生机械能做功。

外部构造属固定开敞型箱体6，所述缕空网格构造易促成箱体6自上往下运行进入水体时，瞬间使得水体从各个方向进入箱体6达到充满状态有利下沉，所述缕空网格构造易促成气囊7注气时，通过挤压方式把充满箱体6的水体从各个方向外排出，有利于较快形成较佳状态浮体向上运行，所述箱体6外部构造有利于力传递，所述箱体6配装气囊保护罩，有利于保护气囊免受意外损害。

方式二：外部构造为活动密闭型箱体，其活动百叶在滑槽内往返滑移，即敞开或关闭箱体，该活动百叶的往返滑移运动受控于控制系统。

活动密闭型链箱体旋转过程中，当箱体自上而下进入静水时，此时水体自然由之前已经敞开的活动百叶间隔涌入箱体6内，致使箱体充满了静态水体，气囊7中不存在气体，箱体6所受重力大于所受浮力，向下运动，并带动链箱体旋转系统做逆时针旋转运动；当箱体6逐渐靠近链箱体旋转系统的底部时，注气系统向箱体6内置气囊7进行注气，此时箱体上的活动百叶逞开敞状态，气囊7注气接合器中的注气阀(图中未示出)打开，注气系统通过该注气阀对气囊7进行注气，气囊7逐渐形成一定的空间体积，箱体6内的静态水体因气囊7膨胀而逐渐通过活动百叶间隔被挤压向箱体6外排出，当箱体6到达链箱体旋转系统最底端时，注气系统对气囊7注气完成，气囊7注气阀关闭，同时活动百叶随注气系统连动逐渐关闭，井厢1中的静态水体无法流入箱体6中，箱体6最终形成密封耐压状态，促使箱体6由沉体转变成为浮体；当箱体6向上运行时，带动链箱体旋转系统做逆时针旋转运动产生机械能做功。本领域的普通技术人员应当知悉，除了通过活动百叶的方式实现箱体的部分或全部折叠，还有其他的方式可以实现。凡属于通过折叠部分或全部箱体来实现箱体的打开和关闭，均属于本发明的范围之内。

在上述方式一或方式二的基础上，随即，排气系统在设定位置对气囊7进行排气，该排气系统包括回收系统和放气系统，回收系统和放气系统对气囊7的作用并不限于同步进行；其中，回收系统将气囊7中的气体排出并回收加压后供重复利用，放气系统将气囊7中的余气排出，放气阀位于箱体的箱底四角；一方面，放气系统对气囊7进行余气释放，即将气囊7中的余留气体经放气阀(图中未示出)直接向箱体6侧下方偏外侧保持一定角度排入水中或自然空间，使向下的气流提供给箱体6向上的反向力，反向力进一步推动箱体6向上运动，箱体6带动链箱体旋转系统做逆时针旋转运动；另一方面，回收系统对气囊7中的气体进行回收，回收得到具有一定压力的气体再经注气系统的压气生产装置二次压缩，再度储存入注气系统的储气柜，重复用于对气囊7进行注气。需要说明的是，对应于不同方式的箱体6，排气系统对气囊7进行排气的时间略有不同。在方式一的情形下，箱体6主要靠气囊7所受浮力实现向上运动，因此，排气系统主要对运行到链箱体旋转系统上部位置(不限于水中)的气囊7进行排气，即：所述注气系统对所述固定开敞型箱体气囊7注气完成后，所述箱体6依靠气囊7转变成为浮体，之后所述排气系统对气囊7进入排气行程排气，当所述排气系统对所述开敞型气囊7进行排气时，所述箱体6保持最佳上浮状态；在方式二的情形下，箱体6主要靠自身所受浮力实现向上运动，因此，排气系统可以在箱体6刚开始进入向上运动时就对气囊7进行排气。即：气囊7注气完成后，箱体6内水体被挤压排出，所述箱体6内水体被完全挤压排出后，所述箱体6即形成密封耐压无渗箱体，所述箱体6形成密封耐压箱体后立即进入排气行程进行快速排气，所述快速排气致箱体气囊7内大部气体被排出，致使密闭型箱体6形成亚真空状态，所述亚真空箱体承受浮力与注满压气气囊所承受浮力一致，所以对密闭型箱体内气囊进行注气并非促成气囊上浮，目的是用于排出箱内水体，促使密闭箱体形成亚真空并转换成浮体。

该回收系统包括回收气柜、回收泵、回收气体装置，气囊7上具有排气接合器，该排气接合器内具有排气阀，排气阀的开启和关闭受控制系统进行控制，回收气体装置正是与该排气接合器进行连接，实现对气囊7中气体的回收利用。气囊7中的气体通过回收气体装置被回收储存至回收气柜，随后，该回收气柜中的气体被回收泵进一步输送到压气生产装置10，并稍经压气生产装置的二次压缩之后再度进到注气系统的储气柜中，用于接下来的向气囊进行注气。其中，回收气体装置与注气系统的注气装置原理相同而功能相反，详见下文对图7对注气装置的说明。所以，回收系统只要增加一套地面低压回收气柜、回收泵及回收气体装置则可以实现，即形成压气‘内循环’流程，可以减少压气外排量，起到压力回收再利用，减少生产运行损耗目的，压气分段总回收率可高达70～80％，使得压缩空气制备成本降低60～70％，静水压力发电效益大幅度提高。

注气系统包括压气生产装置10、储气柜、输气管网，压气生产装置10用于产生压缩气体，并进一步存储于储气柜中；储气柜包括总储气柜11和调节储气柜12，总储气柜11通过输气管网的管道向小型调节储气柜12注气，调节储气柜12再向气囊7注气。本发明所提供的静水压力发电系统，其具有两种不同的注气系统，一种为固定式注气系统，另一种为移动式注气系统，下文将结合图5对固定注气式注气系统进行说明。移动注气式静水压力发电系统，其注气系统中除了具有压气生产装置10、储气柜、输气管网外，还具有一注气装置14，该注气装置14用于实现将储气柜中的气体注入到气囊7中。有关注气装置14的详细说明参见下文对附图7的说明。移动式注气流程分两步进行：第一步，由地面总储气柜11通过管道向固定于井底水体中的小型调节储气柜12注气；第二步，由调节储气柜12再向气囊7注气。其中注气装置14均固定在链箱体旋转系统左下侧井厢1侧壁或旋转系统支架5上，注气装置14中的注气枪34与气囊7的接合器连接，注气过程中，注气枪34随着气囊7进行移动。

本发明利用“熵”的原理实现静水压力发电系统的自动注、排气。常言说“人往高处走，水往低处流”，这就是“熵”；在此特别重要的例子是：一个膨胀很大的气球，球内压力大，外部为常压，一旦在膨胀的气球上开一小口子，球内高压气瞬间就自动往外部低压空间跑，这就是本发明利用的‘熵’的原理；结合本发明所涉及的静水压力发电系统进行举例说明，如果我们需要注气的气囊位于水体250公尺深处，该处水的压力若是26kg，我们把压气生产装置生产的气体压力定位在40kg，该气体储存于总储气柜中；进一步地，把调节储气柜及其注气枪内的压力定位在39kg，一旦DCS控制系统指令注气枪以及注气接合器的阀门一经同步打开，立即产生什么效果呢？“熵”的原理即发挥效能，气囊即被自动注气，这就是注气流程；反之，排气原理也如此。

发电系统是通过将链箱体旋转系统的机械能转化成电能。链箱体旋转系统中，主动轮8是传动系统关键设备，用以接受运转中的浮箱聚集的动能转化成机械能，通过水平轴直接把机械能传递给发电系统；发电机3内置接合器、变速箱等常规配设，之后传递给发电机3转子转化成电能。有关发电机的位置，本领域的普通技术人员应当知悉，发电机3的位置并不局限于地面上，其亦可设置于地下或高台之上。以水井筒体(即井厢)相对地面的位置进行划分，本发明所公开的静水压力发电系统具有三种布置形式：地上式，即水井筒体大部分位于地面上，基础部分位于地面下；地下式，即水井筒体大部分位于地面下；高台式，即水井筒体大部分位于地面上，发电机位于高台上，上述三种类型适用条件各有所异。

放气系统通过气囊7上的放气阀将气囊7中的余留气体排入水中。一方面，使得静水发电排气过程中所产生的噪音较小；另一方面，静水中排气产生向上的反向力，推动箱体6向上运动，间接带动链箱体旋转系统增加运行动力，有利于能量回收。

此外，本发明还包括一预驱动系统，属于常规独立电源供电系统，该预驱动系统用于向发电机系统、控制系统、安全保障系统提供初始电能。本发明还包括一独立电源，该独立电源用于向所述发电系统和/或所述预驱动系统和/或所述控制系统和/或安全监控系统提供初始电能。

该静水压力发电系统主要有6大系统：(1)链箱体旋转系统；(2)控制系统；(3)注气系统；(4)排气系统；(5)预驱动系统；(6)发电系统。其中，排气系统进一步包括放气系统和回收系统。本发明所提供的静水压力发电系统生产工艺流程为：启动安全监控系统→启动控制系统→自下往上分段向井厢内注水达设计水位→启动预驱动系统并带动链箱体旋转系统进入空载运行，向发电机输入初始电源→同时启动自动化注气、排气系统，达到设计运行速度→保持传动与发电系统为空载状态→闭合传动与发电机系统进入发电运行状态→(电能外输至变配电站并输送至用户)。

图5是本发明所提供的固定注气式静水压力发电系统的部分结构示意图。固定注气式静水压力发电系统，其调节储气柜13是一个环状管型储气柜，该储气柜13由固定注气调节气柜旋转链条带动旋转，旋转链条的两端分别是固定注气式调节气柜驱动轮15和固定注气式调节气柜主动轮16，固定注气式旋转链条17与链箱体旋转系统的链条4进行同步旋转，气囊7通过接合器与该调节储气柜13直接相连。接合器中具有气阀(图中未示出)，该气阀的开关由DCS控制系统进行控制。其中，调节储气柜13外侧还安装有压气接收器，接受专设的三只注气枪分别不间断地自动向调节储气柜13注气。因此，固定注气式静水压力发电系统并不需要额外增加移动注气式静水压力发电系统中的注气装置，且固定注气式静水压力发电系统具有易操控、安全、可靠的优点，一旦采用液化空气注气，固定注气式优越性更加凸现。

图6是本发明所提供的浮箱剖视图。如图所示，浮箱通过连接器间隔式铰接于链箱体旋转系统的链条上，浮箱本身包括敞底方形框架19、箱体6、气囊7，其中箱体6位于方形框架19内，静水压力发电系统的气囊7则安装于箱体6内；方形框架19顶部设置便装式流线型顶罩20，框底则设置便装式平底罩21，侧面为平面并内侧面铰接在链条上。放气阀24呈45度角设于箱底的四个角上，其功能是专设排除气囊7中的余气于水体或/和空气中，起到略有余能回收作用；注气接合器22安装于气囊7外侧，在注气过程中发挥功能作用；回收气体接合器23(即排气接合器)亦安装于气囊7外侧，在回收气体过程中发挥功能作用。此外，箱体专设放气阀、注气阀、排气阀的开启和关闭均由DCS控制系统进行控制。需要说明的是，由于注气接合器22、回收气体接合器23、放气阀24的敞口均必须凸出于箱体6框架线之外才能方便与注气枪或排气枪对接，于是视觉上像安装在框架上，实际是安装在气囊7外侧。随着材料和加工技术进步，网箱可用耐压、密封效能较好的活动百页箱取代，有利于降低成本，提高发电效率。

图7是本发明所提供的注气装置的构造示意图，图8是图7的部分断面图。如图7和8所示，该注气装置包括弹簧式可伸缩螺旋型软管盘26、软管27、注气枪34，软管27的一端与调节储气柜连接，另一端与注气枪34相连。同时，软管27螺旋状储存置于软管盘26中，该软管盘26中装有带形弹簧(图中未示出)，用于提供收回软管27的回复力。通过自动控制讯号启动注气枪34向运行中的气囊对接注气，注气满盈则自动脱落。在注气过程中，注气枪34随着气囊进行同步同向运动，注气枪34和气囊专设注气接合器非常靠近，之后通过碰撞式气动开关或者与红外自动控制讯号协调动作，启动同步运行注气阀门开启，再联动安全弹簧闭合器实现自动对接注气，气体注满气囊之后遂自动脱离，完成注气行程。

气囊分别设有DCS控制系统控制的注气阀、排气阀(即回收气体阀)、放气阀，当无压气囊在水体左侧自上往下运动到达设定位置时，触动碰撞开关或者其他类型的位置开关，即指令注气枪从始端回转器弹出与气囊专设注气接合器连接启动注气，随着箱体移动，盘管箱25内与带式弹簧联动的软管随之被释放，拉伸至气体充满气囊位置时，再触动碰撞开关，随即联动关闭注气阀，同时启动注气枪34脱离器，使得注气枪随同软管27复位进入端部回转器33再进入导槽28，并沿设定导槽28复位到待注气定位弹射器31，周而复始完成注气流程；

当注满气体的浮箱越过主动轮底端，进入水体右侧自下往上运行至设定位置时，如同前述原理进入排气行程并实现排气运行。

编号分别为A_h、B_h、C_h中空环状滑动器31(即定位弹射器)分别装配在相对应滑动导槽A_d、B_d、C_d上下贯通的上腔体29内，滑动器31中具有一弹射气动室32，用以提供滑动器弹射动力。滑动导槽28具有一上腔体29和一下腔体30，上腔体29和下腔体30相连通，滑动器31固定于上腔体29，软管27位于下腔体30。在讯号控制下，滑动器31轻松地往返滑动于导槽28空腔及定位器之间，且绝不错位；3支滑动器31分别装配3根与注气枪34连接的高压软管27，它们在滑动器31驱使下在导槽28腔及套管内可自由伸张、收缩或平移，软管27长度根据需要设定，软管27始端接调节储气柜，管体成螺旋状存储于制约性弹簧软管盘26，软管27末端分别对应连接高压注气枪A、B、C，于是高压气枪遵循讯号在设定的相对导槽腔体快速往返移动，伸张对位施行注气，注满脱离收缩复位进入下一行程，软管27往返运动中完全避免互相缠绕，运作简捷、技术成熟。需要说明的是，尽管回收气体装置与注气装置名称不同，但两者实为同一装置，原理相同，仅安装有差异。同样地，注气枪和排气枪亦属于同一装置。此外，回收系统中的回收气体装置与注气装置一样，采用碰撞式气动阀或电磁阀控制，技术成熟，运行可靠、常规设计解决。

本领域的普通技术人员应当知悉，上文中所提到的接合器中的注气阀、排气阀(即回收气体阀)、放气阀，均不限于电磁阀，其亦可以是气动阀、碰撞式开关等其他阀门。

静水发电技术与现有其它发电技术相比较，本发明所提供的静水压力发电系统具有以下优点：第一、开发利用了取之不尽用之不绝的空气和水进行发电，对周边环境无破坏，绿色环保无污染；第二、开发利用了空气和自然水体的自然属性，激活静态水体潜藏的总势能来进行发电，创新开发了重大清洁新能源，实现了发电的可持续发展；第三、发电原理简单、工艺流程短捷、设备制造工艺成熟而且配置方便，通过DCS控制系统易于实施自动控制；第四、通过设置回收系统，实现压力回收再利用，减少了生产运行损耗，降低了发电成本，提高了发电效能；第五、静水压力发电技术的建设场地要求比其他任何类型发电站免受区域、地形地貌限制，只要具有适量的静态水体，并且达到一定的淹深即可建造静水发电站。

如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (28)

1.一种静水压力发电系统，包括一注气系统、一排气系统、一发电系统、一控制系统，所述控制系统用于控制所述注气系统和所述排气系统，其特征在于，所述静水压力发电系统还包括一链箱体旋转系统，所述发电系统通过所述链箱体旋转系统实现由机械能做功转化成电能发电，所述链箱体旋转系统大部分位于静水中，所述链箱体旋转系统包括若干个箱体，所述箱体中装有一气囊，所述注气系统用于向所述气囊注入气体，所述注气系统向所述气囊注入气体时，所述气囊产生一定的空间体积将所述箱体中的静水排出，所述排气系统用于对所述气囊和/或所述箱体进行排气，所述链箱体旋转系统通过所述箱体所受浮力实现循环旋转运动，最终使得机械能转化成电能达到发电目的。

2.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述注气系统对所述气囊注气完成后，所述排气系统对所述气囊进行排气，当所述排气系统对所述气囊进行排气时，所述箱体为封闭状态。

3.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述注气系统在所述气囊进行上升运动之前停止对所述气囊进行注气，所述排气系统在所述气囊运行进入上升行程时对所述气囊进行排气。

4.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述箱体的外部构造为网格状镂空型。

5.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述箱体的部分或全部可折叠，通过折叠实现所述箱体的打开和关闭。

6.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述箱体具有一百叶窗，用于打开和关闭所述箱体，所述百叶窗在所述箱体的一滑槽内进行往返滑动，所述百叶窗的往返滑动受控于所述控制系统。

7.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述排气系统包括一回收系统，所述回收系统用于将所述气囊中的大部分气体回收重复利用，所述回收系统的启或/和停由所述控制系统进行控制。

8.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述排气系统包括一放气系统，所述放气系统用于将所述气囊中的余下气体排入静水和/或自然空间，所述放气系统的启或/和停由所述控制系统进行控制。

9.如权利要求8所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述放气系统通过所述气囊的一放气阀实现对所述气囊进行放气，所述放气阀受控于所述控制系统。

10.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述链箱体旋转系统包括一主动轮、一从动轮、一链条、一支架，所述主动轮通过所述链条带动所述从动轮，所述支架用于支撑固定所述主动轮、所述从动轮、所述链条。

11.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述箱体的运行顶端为流线型曲面，运行底端为平面。

12.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述注气系统包括一压气生产装置、一储气装置、一输气装置、一注气装置，所述储气装置用于存储所述压气生产装置产生的压缩气体，所述注气装置用于将所述储气装置中的气体通过所述输气装置注入所述气囊中，所述注气装置对所述气囊注气的开启或/和关闭由所述控制系统进行控制。

13.如权利要求12所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述注气装置包括一第一软管、一第一导槽、一第一滑动器、一注气枪、一第一软管盘；所述第一软管储存于所述第一软管盘或运行于所述第一导槽腔体内；所述第一软管的一端与所述注气枪连接，另一端与所述储气装置连接，所述第一滑动器套设于所述第一导槽，所述第一滑动器的运动受控于所述控制系统，所述注气枪与所述第一滑动器相套装，所述第一滑动器在所述第一导槽上做循环式往返运行。

14.如权利要求13所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述第一导槽具有一上腔体和一下腔体，所述第一导槽的所述上腔体和所述第一导槽的所述下腔体相连通，所述第一滑动器配装于所述第一导槽的所述上腔体，所述第一软管位于所述第一导槽的所述下腔体。

15.如权利要求13所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述第一软管盘中包含一第一弹簧，所述第一弹簧用于提供一回复力，将所述第一软管收回并呈螺旋形储存于所述第一软管盘中。

16.如权利要求13所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述注气枪、所述第一软管、所述第一软管盘的数量为n(n为大于或等于3的整数)。

17.如权利要求13所述的静水压力发电系统，其特征在于，当所述注气系统对所述气囊进行注气时，所述注气枪与所述气囊上专设一注气接合器相咬合，所述注气接合器中具有一注气阀，所述注气阀受控于所述控制系统，所述注气枪拉动所述第一软管随着所述气囊运行。

18.如权利要求7所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述回收系统包括一回收气柜和一回收气体装置，所述回收气体装置将所述气囊中的气体回收至所述回收气柜中，所述回收气柜与所述注气系统相连，所述回收气体装置对所述气囊气体回收的启或/和停由所述控制系统进行控制。

19.如权利要求18所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述回收气体装置包括一第二软管、一第二导槽、一第二滑动器、一排气枪、第二软管盘；所述第二软管储存于所述第二软管盘或运行于所述第二导槽腔体内；所述第二软管的一端与所述排气枪连接，另一端与所述回收气柜相通，所述第二滑动器套设于所述第二导槽，所述第二滑动器的运动受控于所述控制系统，所述排气枪与所述第二滑动器相套装，所述第二滑动器在所述第二导槽上做循环式往返运行。

20.如权利要求18所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述回收系统包括一回收泵，用于从所述气囊中抽出气体或/和用于将回收气体送往所述注气系统中。

21.如权利要求18所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述第二导槽具有一上腔体和一下腔体，所述第二导槽的上腔体和所述第二导槽的下腔体相连通，所述第二滑动器配装于所述第二导槽的所述上腔体，所述第二软管位于所述第二导槽的所述下腔体。

22.如权利要求19所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述第二软管盘中包含一第二弹簧，所述第二弹簧用于提供一回复力，将所述第二软管收回并呈螺旋状储存于所述第二软管盘中。

23.如权利要求19所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述排气枪、所述第二软管、所述第二软管盘的数量为m(m为大于或等于3的整数)。

24.如权利要求19所述的静水压力发电系统，其特征在于，当所述回收系统对所述气囊进行气体回收时，所述排气枪与所述气囊的一排气接合器相咬合，所述排气接合器中具有一排气阀，所述排气阀受控于所述控制系统，所述排气枪拉动所述第二软管随着所述气囊运行，直至排气结束，所述排气枪自动脱离。

25.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述静水压力发电系统包括一预驱动系统，用于提供给所述链箱体旋转系统一初始动力。

26.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述控制系统为DCS控制系统。

27.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述发电系统包括一发电机，所述发电机设置于地下、地上或高台之上。

28.如权利要求1所述的静水压力发电系统，其特征在于，所述静水压力发电系统包括一独立电源，所述独立电源用于向所述发电系统和/或所述预驱动系统和/或所述控制系统提供初始电能。