CN1117215C - 一种水力循环蓄能发电的设备 - Google Patents

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Abstract

一种水力循环蓄能发电的设备，其工作流程是：敞开式蓄能水库的水通过输水管道，联通新式水轮机，带动发电机运行，作功后的水量在敞开式蓄能水库的高水位压力和新式水轮机转动传递下，经回水管道被输送到密闭式贮水库内，密闭式贮水库的最高水位低于敞开式蓄能水库的最高水位，形成高处水向低处流动的趋势，密闭式贮水库的水用水电泵送回敞开式蓄能水库中，形成压力水循环蓄能发电作功，达到提高功效的目的。

Description

一种水力循环蓄能发电的设备
本发明涉及一种水力循环蓄能发电技术及其设备。
一、现有水力蓄能发电的运行特点
现有的水力蓄能发电是在用电低峰期利用多余的电力将下游的水用抽水泵抽回到上游的水库，把电能转化为蓄水能，当用电高峰期，再把上游水库的蓄水通过水轮发电设备发电，将蓄水能转化为电能，供电网用户使用。其主要作用是用电低峰期将多余的电能转化为蓄水能贮存起来，在用电高峰期再转化为电能满足用户使用的需要，起到调节用电高低峰值的作用，从能量守恒定律来讲现有蓄能发电的方法只是使能的形式相互转化，将水能转化为电能再将多余的电能转化为蓄水能，以此反复，它不能增加更多的功效。
众所周知，水力发电是把水的势能转化为电能，其势能取决于水的流量和水头，其计算公式为NS＝AQH，即出力＝系数×水头×流量，成为水轮机的输出功率，水轮机驱动发电机，将机械能转化为电能，其计算公式为N＝NSnfhc，即发电机的功率＝水轮机的出力×发电机的功率×传动效率，成为水轮发电机额定功率，完成水能→机械能→电能的转化过程，能量的形态由水能转换为电能。
水的蓄能发电，是将电能转换为蓄水能，这种转换是通过水电泵来实现的。水电泵的功率P＝rQH，即水电泵的有效功率＝水的重度×水的流量×水泵的扬程。由于上游水库的落差不变，所以水轮机和水电泵所作的功基本相等，即上游的水量经过一定落差经水轮机作功之后，流入下游的蓄水库，然后再用水电泵以相同的扬程抽回到上游水库，这样水轮机和水电泵所作功的能量不变。
二、本水力循环蓄能发电技术及其设备
本发明的目的是提供一种水力循环蓄能发电技术及其设备。
本发明所述的水力循环蓄能发电的设备如图所示：敞开式蓄能水库1通过输水管道2联通新式水轮机3这时水力(水头+流量)驱动水轮机转动，带动水轮发电机4运转，这样就完成水能转换成机械能，机械能转换成电能，将发电力输入电网，作功之后的水在敞开式蓄能水库1的高水位压力和新式水轮机3的加压下，经回水管道5被输送到密闭式贮水库6中，该密闭式贮水库6的最高水位应低于敞开式蓄能水库1的最高水位1～2米，形成高处水向低处流动的趋势，由于密闭式水库6处于封闭状态，其水量保持液体压力经水电泵7与敞开式蓄能水库1形成联通，同步启动水电泵，密闭式贮水库6的水被抽回敞开式蓄能水库1内，形成压力水循环发电作功；其中水电泵7首次启动，随着敞开式蓄能水库1的水流下落将密闭管道和密闭式贮水库6内的空气排除，减少空气阻力，形成相对真空，使得新式水轮机3作功后的水源源不断地回流进密闭式贮水库6内，再经水电泵抽回敞开式蓄能水库1内形成压力水循环作功过程。
三、水力循环蓄能发电作功过程的运行特点及原理
已知，水力发电要靠水的流量和水落差(水头)作功。那么，敞开式蓄能水库的水量和水头，既可以由自然水力资源条件而定，也可以由工程设计而定，形成一定的蓄水量和水头。而密闭式贮水库的容量，取决于水轮机的流量，其容量为水轮机流量的2.5倍至5倍。由于密闭式贮水库与敞开式蓄能水库近邻，其最高水位，仅低于敞开式蓄能水库最高水位几米。当水电泵将两个水库联通时，其扬程大大缩短。这就为提高功效创造了必要条件。
本发明所述的水力循环蓄能发电的设备，水流循环作功的全过程为密闭式的，它的水轮机是采用液压式；即敞开式蓄能水库的底部，由输水管道和水轮机联通。又由回水管道与密闭式贮水库联通；最后，采用水电泵将两个水库联通，这就成为水流在封闭条件下循环作功，创造产生液体压力的条件。
敞开式蓄能水库的水量，通过水库自身的水位压力和输水管道的落差，驱动水轮机作功。其功率为NS＝AQH，联动发电机的功率为N＝NSnfnc。其所发的电量输送入电网。作功后的回水，既依靠两个水库的水位差，又依靠封闭条件下水轮机驱动产生的液体压力(其传递到各点的压力值不变)，返回到密闭式贮水库之内。确切地讲，回水从水轮机到密闭式贮水库这段距离，是靠水位差原理和液压传动原理实现回流。因此，当水电泵启动，向敞开式蓄能水库送水时，大大地缩短了扬程。所以，水电泵所作的功耗，大大低于水轮发电机的输出功率。其计算公式为有效功率＝水轮发电机输出功率-水电泵输出功率。其功效＝发电机输出功率/水电泵输出功率。从水轮机的功率计算公式和水电泵的功率计算公式的换算中，可以分析出：当水轮机和水电泵的流量相等的条件下，液压式水力循环蓄能发电技术，其敞开式蓄能水库落差(即水头)越大，水电泵扬程越小，发电的功效就越大。
水电泵不断地将等量的水，从密闭式贮水库输送到敞开式蓄能水库，使水轮机的回水持续有递补的空间，而流回敞开式蓄能水库的水量，又始终保持其蓄能水库的水位，所以，其水作功的总量不变，故此能连续循环作功。
由于水能在密闭流动状态之下，其压力值不变。当水电泵启动之后，封闭状态的水量形成冲击式流动，产生自行循环的动力和水电泵的作用下形成强制循环，这样两种循环成为互补循环的过程。进一步提高了液压式水力循环蓄能发电的有效功率。
四、实施的例证
实施例1
已知：敞开式蓄能水库容量10万米3，密闭式贮水库容量0.5万米3，水头100米，水轮机流量0.1万米3/S。
因密闭式水循环，其水流系数可忽略不计。
水轮机的出力＝水头×流量＝100×1,000＝100,000KW
发电机有效功率＝水轮机出力×发电机效率×传动效率
              ＝100,000×0.9×0.9＝81,000KW
水电泵流量为0.1万米3/S，扬程为1米，水的重度1米3＝1吨
水电泵功率＝流量×扬程×重度＝1,000×1×1＝1,000KW
发电有用功率＝发电机功率-水电泵功率＝81,000-1,000＝80,000KW
Figure C9711586400051
实施例2
敞开式蓄能水库容量为1万米3，密闭式贮水库容量为0.05万米3，水头50米，水轮机流量为0.02万米3/S。
水轮机的功率＝50×200＝10,000KW
发电机的有效功率＝10,000×0.9×0.9＝8,100KW
水电泵流量0.02万米3/S，扬程1米，水重度1吨/米3。
水电泵功率＝200×1×1＝200KW
发电有用功率＝8,100-200＝7,900KW

Claims (4)

1.一种水力循环蓄能发电的设备，其特征是它的敞开式蓄能水库(1)的水量通过输水管道(2)联通水轮机(3)驱动发电机(4)运行，作功后的水量在敞开式蓄能水库的高水位压力和水轮机密闭状态中转动传递压力下，经回水管道(5)被送到密闭式贮水库(6)，密闭式贮水库(6)的最高水位低于敞开式蓄水库(1)的最高水位，形成高处水向低处流动的趋势；密闭式贮水库通过水电泵(7)与敞开式蓄水库(1)联通，同步启动水电泵(7)，密闭式贮水库(6)的水被抽回敞开式蓄水库(1)中，形成压力水循环发电作功。
2.根据权利要求1所述的水力循环蓄能发电的设备，其特征是它的水循环作功全过程为密闭式工作状态。
3.根据权利要求1所述的水力循环蓄能发电的设备，其特征是它的水轮机具有密闭状态下的传递压力水的特性。
4.根据权利要求1所述的水力循环蓄能发电的设备，其特征是密闭式贮水库(6)的容量，取决于水轮机的流量，其容量为水轮机流量的2.5倍至5倍。
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