CN106884414A - 中等流量江河激流式水力发电系统 - Google Patents

中等流量江河激流式水力发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中等流量江河激流式水力发电系统，具有一固设于所述中等流量江河中的主坝体，若干可与所述主坝体贯通的用于将流入所述水力发电系统的江河水的动能转化为电能的斜向设置的全封闭式出水通道，所述主坝体内从上而下依次设有若干用于流入所述中等流量江河水的全封闭式中间通道，所述中间通道可同时与所述中等流量江河、若干所述出水通道贯通；所述出水通道内固设有若干用于将流入所述出水通道的江河水水能转化为电能的连续发电机组。本发明提供一种改进现有的水力发电系统，有效地提高现有高坝水电站的水力发电系统的水能利用率。

Description

中等流量江河激流式水力发电系统
技术领域
本发明涉及中等流量江河水力发电水能利用率技术领域，尤其涉及一种中等流量江河激流式水力发电系统。
背景技术
水电站是能将水能转换为电能的综合工程设施，一般由挡水、泄水建筑物形成的水库、水电站引水系统、发电厂房及机电设备等组成。通过将中等流量江河水库的水经引水系统推动水轮发电机组产生电能，再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网，以供其他设备使用。目前很多水电站具有巨大的水能，但是均存在水能利用率较低的问题。全世界大多数江河流量基本在1000～10000立方米/秒。具有巨大的流量落差的河流，如中国的雅鲁藏布江、澜沧江、金沙江、大渡河等，国外如美国的科罗拉多河、非洲的尼罗河等，都适合建造相当规模的水力发电站。总体上看来中国已建成的发电的水电站水能利用率并不高，造成宝贵的水资源浪费，其主要还是发电模式上存在问题，如长江三峡水电站：长江三峡坝高185m。蓄水高程175m。洪峰流量＞6万立方米/秒，年均流量3.8万立方米/秒，枯水期1.2万立方米/秒。全坝设32台机组，总装机容量2250万千瓦，2014年年发电量988亿千万时，采用“轴流式”一水一机发电模式，单机装机容量70～80万千瓦/台。工作流量＞1000立方米/秒。在此种条件和环境下，完全可以通过改进现有的水力发电系统提高发电效率。同时，现有的水电站的水力发电系统仅在水道底部配置一台水力涡轮发电机机组，而机组装机存在容量较小的问题，根本无法对水能进行充分的利用，目前，长江三峡水电站水力发电的发电率仅约50％。同时，现有的水力发电系统采用的水力涡轮机在运转时，水力涡轮机一半的叶片会形成反向水流，从而对涡轮机产生逆势影响，降低了水力涡轮机的工作效率，影响了整机机组的工作效率。
发明内容
本发明针对现有技术中的中等流量江河水电站采用的水力发电系统存在水能利用率较低，不能充分地将水能转化为电能等缺陷，目的在于提供一种改进现有的中等流量江河激流式水力发电系统，有效地提高现有中等流量江河激流式水力发电系统的水能利用率。
实现上述目的的技术方案是：
本发明的中等流量江河激流式水力发电系统，具有一固设于所述中等流量江河中的主坝体，若干可与所述主坝体贯通的用于将流入所述水力发电系统的江河水的动能转化为电能的斜向设置的全封闭式出水通道，所述主坝体内从上而下依次设有若干用于流入所述中等流量江河水的全封闭式中间通道，所述中间通道可同时与所述中等流量江河、若干所述出水通道贯通；所述出水通道内固设有若干用于将流入所述出水通道的江河水水能转化为电能的连续发电机组。
所述中间通道包括所述主坝体内从上而下依次设有的一可与所述出水通道贯通的全封闭式丰水期中间通道、一与可与所述出水通道贯通的全封闭式中水期中间通道和一可与所述出水通道贯通的全封闭式枯水期中间通道。
所述丰水期中间通道、所述中水期中间通道和所述枯水期中间通道内均设有二用于控制流入的所述中等流量江河水启闭的柱状阀门；所述丰水期中间通道、所述中水期中间通道和所述枯水期中间通道经由所述柱状阀门实现各自的全封闭式状态。
所述连续发电机组具有若干均匀分布于所述出水通道内的水力涡轮机的连续发电机组，所述水力涡轮机经由流入所述出水通道的高程蓄水带动产生机械能，进而将所述水力涡轮机产生的机械能转化为电能。
所述连续发电机组的若干所述水力涡轮机外围设有一设于所述出水通道内的全封闭式水道。
所述水道对应于若干所述水力涡轮机两侧均设有一用于将流入所述水道的水流不断导流形成高速水流的反射弧单元，减少水流的逆势，提高水能利用率。
所述出水通道远离所述主坝体的一端固设一位于所述中等流量江河水面以下的用于维持所述出水通道远离所述主坝体一端使用寿命的缓冲区。
所述缓冲区具有一直接流入流经所述涡轮机的水流的第一缓冲单元、一用于流入经由所述第一缓冲单元缓冲的落水洞口、一与所述第一缓冲单元一体成型且与所述落水洞口贯通的L形第二缓冲单元和一用于流出经由所述第二缓冲单元缓冲的出水口。
所述出水通道外表面固设有一用于将所述中间通道和所述出水通道抽成真空状态的真空泵，利用所述中等流量江河水的水压和所述中间通道、所述出水通道内压差将所述中等流量江河水吸入所述水力发电系统进行水力发电。
所述出水通道为水平倾斜角度为35度～55度的出水通道。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的中等流量江河激流式水力发电系统，通过在主坝体内从上而下依次设有丰水期中间通道、中水期中间通道和枯水期中间通道，并将丰水期中间通道、中水期中间通道和枯水期中间通道与设有若干反射角单元的水道贯通，同时通过真空泵将中间通道和出水通道抽成真空状态，实现流入水力发电系统的中等流量江河水快速且高速流入出水通道进行产生电能，提高水能的电能转换效率，进一步提高水能利用率。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本发明中等流量江河激流式水力发电系统的结构示意图；
图2为本发明中等流量江河激流式水力发电系统缓冲区结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1和图2，对本发明的中等流量江河激流式水力发电系统进行详细的说明。
如图1所示，本实施例的中等流量江河激流式水力发电系统，具有固设于中等流量江河中的主坝体10，若干可与主坝体10贯通的用于将流入水力发电系统的江河水的动能转化为电能的斜向设置的全封闭式出水通道20。主坝体10内从上而下依次设有若干用于流入中等流量江河水的全封闭式中间通道30。中间通道30可同时与中等流量江河、若干出水通道20贯通。出水通道20内固设有若干用于将流入出水通道20的江河水水能转化为电能的连续发电机组21。
中间通道20包括主坝体10内从上而下依次设有的可与出水通道20贯通的全封闭式丰水期中间通道31、与可与出水通道20贯通的全封闭式中水期中间通道32和可与出水通道20贯通的全封闭式枯水期中间通道33。丰水期中间通道31、中水期中间通道32和枯水期中间通道33内均设有二用于控制流入的中等流量江河水启闭的柱状阀门40。丰水期中间通道31、中水期中间通道32和枯水期中间通道33均经由柱状阀门40实现各自的全封闭式状态。连续发电机组21具有若干均匀分布于所述出水通道内的水力涡轮机211的连续发电机组21，水力涡轮机211经由流入出水通道20的高程蓄水带动产生机械能，进而将水力涡轮机211产生的机械能转化为电能。连续发电机组21的若干水力涡轮机211外围设有设于出水通道20内的与丰水期中间通道31、中水期中间通道32和枯水期中间通道33均贯通的全封闭式水道212。水道212对应于若干水力涡轮机211两侧均设有用于将流入水道212的水流不断导流形成高速水流的反射弧单元213，减少水流的逆势，提高水能利用率。
如图2所示，出水通道20远离主坝体10的一端固设位于中等流量江河水面以下的用于维持出水通道20远离主坝体10一端使用寿命的缓冲区50。缓冲区50具有直接流入流经水力涡轮机211的水流的第一缓冲单元51、用于流入经由第一缓冲单元51缓冲的落水洞口52、与第一缓冲单元51一体成型且与落水洞口52贯通的L形第二缓冲单元53和用于流出经由第二缓冲单元53缓冲的出水口54。出水口54位于枯水期水平面5米以下。落水洞口52引水道底端在水平面-20米。出水通道20外表面固设有用于将中间通道30和出水通道20抽成真空状态的真空泵60，利用中等流量江河水的水压和中间通道30、出水通道20内压差将中等流量江河水吸入水力发电系统进行水力发电。一优选实施例中，出水通道20为水平倾斜角度为35度～55度的出水通道20。另一优选实施例中，连续发电机组21为具有均匀分布于出水通道20内的6～10台涡轮机的连续发电机组21。
本发明中的一实施例中，中等流量江河激流式水力发电系统以8000立方米/秒流量(丰水期的流量)，装机功率30万千瓦/台，采用8台连续发电机组21发电，以每孔水道工作流量2000立方米/秒计算，可装4孔水道，装机32台连续发电机组21，总装机容量960万千瓦；洪峰期流量1.3万立方米/秒、总装机容量是6孔水道、1440万千瓦；枯水期以3000立方米/秒计算，仅1孔水道，4台机组运行，装机120万千瓦。枯水期运行1孔×40天×24小时×120万千瓦＝11.52亿千瓦时；常年中等流量期4孔×180天×24小时×180万千瓦＝311.04亿千瓦时；夏季洪峰期高流量期6孔×40天×24小时×240万千瓦＝138.24亿千瓦时；总装机量：1440万千瓦，年发电总量＝460.8亿千瓦时。综上，本发明中等流量江河激流式水力发电系统采用丰水期8台连续发电机组21、中等流量期6～8台连续发电机组21、低流量期采用4台机组连续发电机组21，可以广泛应用于例如长江流域的降水丰沛地区。
本发明中等流量江河激流式水力发电系统的工作原理为：
首先，将开启真空泵60，将中间通道30和出水通道20抽成真空状态。然后打开根据中等流量江河水的水位高度，打开丰水期中间通道31、中水期中间通道32和枯水期中间通道33内设有的柱状阀门40，使得江河水流入到水力发电系统内，进而进入出水通道20内，带动连续发电机组21的水力涡轮机211转动，同时经由设在对应于若干水力涡轮机211两侧用于将流入水道212的水流不断导流形成高速水流的反射弧单元213，减少水流的逆势，提高水能利用率。实现加速带动通过带动若干水力涡轮机211的叶片转动将江河水的动能转化为机械能，进而有发电机组21转化成电能。
以上详细描述了本发明的各较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种中等流量江河激流式水力发电系统，具有一固设于所述中等流量江河中的主坝体，若干可与所述主坝体贯通的用于将流入所述水力发电系统的江河水的动能转化为电能的斜向设置的全封闭式出水通道，其特征在于，所述主坝体内从上而下依次设有若干用于流入所述中等流量江河水的全封闭式中间通道，所述中间通道可同时与所述中等流量江河、若干所述出水通道贯通；所述出水通道内固设有若干用于将流入所述出水通道的江河水水能转化为电能的连续发电机组。
2.如权利要求1所述的中等流量江河激流式水力发电系统，其特征在于，所述中间通道包括所述主坝体内从上而下依次设有的一可与所述出水通道贯通的全封闭式丰水期中间通道、一与可与所述出水通道贯通的全封闭式中水期中间通道和一可与所述出水通道贯通的全封闭式枯水期中间通道。
3.如权利要求2所述的中等流量江河激流式水力发电系统，其特征在于，所述丰水期中间通道、所述中水期中间通道和所述枯水期中间通道内均设有二用于控制流入的所述中等流量江河水启闭的柱状阀门；所述丰水期中间通道、所述中水期中间通道和所述枯水期中间通道经由所述柱状阀门实现各自的全封闭式状态。
4.如权利要求1所述的中等流量江河激流式水力发电系统，其特征在于，所述连续发电机组具有若干均匀分布于所述出水通道内的水力涡轮机的连续发电机组，所述水力涡轮机经由流入所述出水通道的高程蓄水带动产生机械能，进而将所述水力涡轮机产生的机械能转化为电能。
5.如权利要求4所述的中等流量江河激流式水力发电系统，其特征在于，所述连续发电机组的若干所述水力涡轮机外围设有一设于所述出水通道内的全封闭式水道。
6.如权利要求5所述的中等流量江河激流式水力发电系统，其特征在于，所述水道对应于若干所述水力涡轮机两侧均设有一用于将流入所述水道的水流不断导流形成高速水流的反射弧单元，减少水流的逆势，提高水能利用率。
7.如权利要求1所述的中等流量江河激流式水力发电系统，其特征在于，所述出水通道远离所述主坝体的一端固设一位于所述中等流量江河水面以下的用于维持所述出水通道远离所述主坝体一端使用寿命的缓冲区。
8.如权利要求7所述的中等流量江河激流式水力发电系统，其特征在于，所述缓冲区具有一直接流入流经所述涡轮机的水流的第一缓冲单元、一用于流入经由所述第一缓冲单元缓冲的落水洞口、一与所述第一缓冲单元一体成型且与所述落水洞口贯通的L形第二缓冲单元和一用于流出经由所述第二缓冲单元缓冲的出水口。
9.如权利要求1所述的中等流量江河激流式水力发电系统，其特征在于，所述出水通道外表面固设有一用于将所述中间通道和所述出水通道抽成真空状态的真空泵，利用所述中等流量江河水的水压和所述中间通道、所述出水通道内压差将所述中等流量江河水吸入所述水力发电系统进行水力发电。
10.如权利要求1所述的中等流量江河激流式水力发电系统，其特征在于，所述出水通道为水平倾斜角度为35度～55度的出水通道。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023164787A1 (zh) * 2022-03-02 2023-09-07 庞圣龙 一种水渠式可扩容的水力发电系统

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