CN116096993A - 一种发电方法和发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电方法，液体或水的能量被转化为电能，其特征在于，包括：提供压力容器(1、2)，其包括：第一闭合装置，用于关闭和打开流入口，其中，所述流入口用于借助供给液体或水的装置向所述压力容器(1、2)供应所述液体或水；第二闭合装置，用于关闭和打开流出口，其中，所述流出口用于借助排出液体或水的装置将所述液体或水排出所述压力容器(1、2)；涡轮机(3)，其具有用于产生电能的发电机(4)。本发明从而实现零排放发电，并且根据需要储存由水力发电站以及风力涡轮机发电站和光伏发电站产生的多余电能。

Description

一种发电方法和发电系统
技术领域
本发明涉及将液体的势能转化为电能的电力工程和发电站技术领域，尤其涉及一种发电方法和发电系统。
背景技术
在现有技术中，有许多利用可再生能源发电的方法，如内陆水力发电站、核电站、风力涡轮机发电站(风车)、光伏发电站(光伏板)以及利用海洋潮汐和海洋水流的地热发电站和海上水力发电站。
内陆水力发电站主要建在大河上，河上横跨有大型水坝或拦河坝，使河水回流，为水提供巨大的动能来驱动水力涡轮机。
水坝和拦河坝的修建需要淹没位于水坝和拦河坝上游的大片土地，这往往会导致不利的环境变化并对下游的居民和工业基础设施构成威胁，这是因为如果水坝和拦河坝破损，会使成千上万的人丧生，并且工业设施和住宅开发也会遭到破坏。
与内陆水力发电站运营相关的另一个不利方面是多年来降雨量有限，导致水力发电站所在的许多地区出现干旱。
另一方面，核电站的建设和运营需要高额的财政支出用于放射性废物的建造和储存。与切尔诺贝利事故(俄罗斯)和福岛事故(日本)期间的情况一样，核电站的运营会对人口和环境构成污染风险。
由于这些威胁，核电站引起了社会的强烈反对，这就是为什么许多国家拒绝建造新的核电站，一些国家关闭并拆除已经存在和运营的核电站。
生产清洁电能的其他方式包括风力涡轮机发电站和光伏发电站。遗憾的是，这些电能来源不稳定，因为它们依赖气候条件，不能提供不间断的发电，而且经常在需求较低的时候产生多余的电能。
因此，为了利用风力涡轮机发电站和光伏发电站产生的多余电能，需要建造使用数千个电池的大型电能储存设施，并使用现有和新建的水电站(例如，抽水蓄能电站)，这些是最大的电能储存设施。
当存在多余电能时(主要是在夜间)，抽水蓄能电站从输电网中抽出电能，用于将下游水库的水泵送到上游水库。反过来，在电力需求较高的时期，上游水库的水被引导至水力涡轮机的叶片，从而在电力需求较高时发电几小时。
另一种(尽管很少使用)电能生产方式是利用地球浅层热层产生的蒸汽在地热发电站发电。
此外，还有在全世界总发电量中占比较小的潮汐发电站，其利用海洋潮汐和水流进行发电。
发明内容
本发明提供一种发电方法和发电系统，从而实现零排放发电，并且根据需要储存由水力发电站以及风力涡轮机发电站和光伏发电站产生的多余电能。
在发明人开发的技术方案中，他利用了密闭容器顶部(装满汞或水等液体的容器)出现真空的现象，这一现象最早曾被意大利物理学家和数学家埃万杰利斯塔·托里切利(Evangelista Torricelli)描述过。
1643年，托里切利做了一个著名的实验，他将一根玻璃管(长1m，一端封闭)完全装满汞，然后将开口端放进装满汞的容器中。
玻璃管中汞的液位下降至76厘米(760mm Hg)，因为一部分汞在重力的作用下流向作为连通容器与玻璃管相连的下部容器，并且在玻璃管的顶部封闭端出现了一个空白空间，即所谓的托里切利真空。
托里切利证明了，存在正常值为1013.25hPa的大气压力，这相当于760mm汞施加的静水压力或10332.27mm水柱施加的静水压力，因为水的密度比重比汞的密度比重低13.6倍。
本发明的发明人了解压力(施加在地球表面的大气压力)的作用，熟悉真空泵的工作原理(通过真空泵泵送水或液体)，并且熟悉托里切利的实验。他开发了利用大气压力和真空能量来发挥作用(在这种情况下，用于产生电能)的技术方案。
作为本发明主题的技术方案涉及产生所谓的“纯电能”，为此，使用压力差，即相对于地球表面大气压力的真空负压，这会向处于正常大气压力(1013.25hPa)下的液体或水提供高动能(速度)，液体或水流入压力值(真空)优选地远低于大气压力的真空室，并且液体或水被输送到水力涡轮机的转子叶片上，使转子旋转并驱动发电机，从而产生电能。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种发电方法，其中液体或水的能量被转化为电能，所述方法包括以下步骤：
提供压力容器，其包括：
第一闭合装置，用于关闭和打开流入口，其中，所述流入口用于借助供给液体或水的装置向所述压力容器供应所述液体或水；
第二闭合装置，用于关闭和打开流出口，其中，所述流出口用于借助排出液体或水的装置将所述液体或水排出所述压力容器；
涡轮机，其具有用于产生电能的发电机，其中，涡轮机转子位于所述压力容器内部；
将液体或水供应至所述压力容器内部的所述涡轮机转子，所述涡轮机转子在旋转时驱动所述发电机；
在所述压力容器的顶部产生负压或真空，所述顶部构成真空室，所述涡轮机转子安装在所述真空室的空间内；
设置所述压力容器下部的液柱或水柱的高度，所述下部构成所述涡轮机转子下方的水室或液室；
其中，所述真空室与位于下方的所述液室或水室直接连接，所述真空室与所述水室或液室之间的常规界面由所述液柱或水柱的上表面决定；
然后，打开所述第一闭合装置，并通过所述供应液体或水的装置向所述真空室供应所述液体或水，从而将所述液体或水引导至所述涡轮机转子，使得由于所述真空室中的所述负压或真空与所述压力容器外部的较高压力(优选为大气压力，其对从外部供应的所述液体或水施加压力)之间的压力差，所述液体或水高速流入所述真空室并使所述涡轮机转子旋转，所述涡轮机转子驱动所述发电机并产生电能；
通过打开所述第二闭合装置将多余的液体或水排出所述压力容器并借助用于排出液体或水的装置排出所述液体或水，将所述液室或水室中所述液柱或水柱的所述高度保持在所述涡轮机转子之下。
优选地，所述压力容器的开口端位于下液箱中或下层流中，所述下层流的自由表面上填充有液体或水，其上施加有大气压力。
根据所使用的液体或水，所述液柱或水柱高度h设置在10cm至1033cm的水平高度范围内，甚至更优选地高于1033cm。
在该方法中，设想了三种在所述压力容器中产生真空的替代方法。
在所述真空室中产生真空的第一方法包括以下阶段：
关闭所述第二闭合装置，其用于打开和关闭所述压力容器与放置所述压力容器的所述下液箱或所述下层流之间的所述流出口；
通过打开所述第一闭合装置并借助所述供应液体或水的装置供应水或液体，使用所述液体或水填充所述压力容器，其中，优选地，所述水柱的高度超过所述涡轮机转子的水平高度，更优选地，整个所述压力容器被完全填充；
关闭所述第一闭合装置并打开所述第二闭合装置，因此所述液柱或水柱因其自身重量而下降，直至它被施加在所述下液箱或所述下层流中的所述液体或水上的所述大气压力平衡，从而在所述压力容器的上部的所述真空室中产生真空，使得在均衡(平衡)状态下，填充所述液室或水室的液柱或水柱的上表面位于所述涡轮机转子之下。
在所述真空室中产生真空的第二方法包括以下阶段：
打开所述第二闭合装置，其用于打开和关闭所述压力容器与放置所述压力容器的所述下液箱或所述下层水流之间的所述流出口；
通过至少一个真空泵从所述压力容器中抽出空气，使得所述液柱或水柱的液位上升到所述涡轮机转子底部边缘以下的所需液位，并在所述压力容器的所述上部的所述真空室中产生真空。
在所述真空室中产生真空的第三方法包括：抽出先前填充所述压力容器的液体或水直至所述液柱或水柱的液位降至所述涡轮机转子之下，并且在所述压力容器的所述上部的所述真空室中产生真空。
为了在所述真空室中保持负压或真空并且为了将所述液柱或水柱的液位保持在所述涡轮机转子之下，在向所述真空室供应液体或水的过程中，从所述压力容器中抽出所述液体或水，优选地，抽出的液体或水的体积等于流入所述真空室并落入所述液室或水室的液体或水的体积。
所述液体或水可以从用于液体或水的上液箱供应到压力室，所述上液箱在所述真空室的位置处直接环绕(容纳)所述真空容器，或者通过供应管道或通道与所述上液箱连接。
或者，从水流中直接或借助所述供应液体或水的装置(尤其是，通过管道或通道)向所述真空室供应液体或水，其中，所述真空室位于所述水流中或位于所述水流的高度处。
在所述真空室中产生的所述负压或真空在某一特定时刻采用低于所述真空室外部的压力值的值，并且该压力优选地为所述大气压力，其中所述负压或真空优选地采用1Pa至101,324Pa范围内的值。
本发明另一方面还提供了一种用于发电的系统，尤其是水厂，用于执行根据第一发明所述的方法，其中所述系统包括：
压力容器：
至少一个流入口；
至少一个流出口；
第一闭合装置，用于关闭和打开所述流入口，其中，所述流入口用于借助供给液体或水的装置向所述压力容器供应液体或水；
第二闭合装置，用于关闭和打开所述流出口，其中，所述流出口用于借助排出液体或水的装置将液体或水排出所述压力容器；
用于向所述压力容器内部供应液体或水的装置；
用于将液体或水排出所述压力容器的装置；
至少一个涡轮机，其中涡轮机转子位于所述压力容器内部；
发电机，用于产生电能，其与所述涡轮机耦合；
所述系统还包括用于在所述压力容器内部产生和/或保持负压或真空的装置；
其中，所述压力容器包括：真空室，用于在所述真空室内部产生负压或真空；液室或水室，用于填充液体或水；
其中，所述真空室位于所述压力容器的上部，所述液室或水室位于所述压力容器的下部、压力室的下方；
其中，所述真空室与所述液室或水室之间的界面随时间变化且取决于所述系统的工作状态或工作周期，并且由填充所述液室或水室的液柱或水柱的上表面决定，以将所述压力容器分为两种介质，即构成其中存在负压或真空的所述真空室的第一种介质以及构成所述水室或液室的第二种介质，所述水室或液室填充有水或液体，使得在电能生产周期内，所述水柱或液柱的所述上表面基本上位于所述真空室中的所述涡轮机转子下方；
其中，所述至少一个入口位于所述真空室中，使得通过所述供应液体或水的装置向所述真空室供应的所述液体或水被引导至所述涡轮机转子，使其旋转并通过所述发电机产生电能。
所述系统还包括用于供应液体或水的上液箱，所述液体或水通过所述至少一个流入口流入所述真空室。
所述上液箱可以位于所述真空室周围，基本上位于所述至少一个流入口所在的区域和高度，其中，所述真空室直接位于所述上液箱中。或者，所述上液箱通过供应管道与所述真空室中的所述至少一个流入口连接。此外，还可以在所述供应管道中安装与所述发电机耦合的附加涡轮机转子。
所述系统还可以包括用于液体或水的下液箱，至少所述液室或水室的底部放置在所述下液箱中，使得在所述下液箱与所述液室或水室之间提供液体或水的流量，尤其是通过位于所述液室或水室中的所述流出口。
优选地位于所述真空室中的所述至少一个流入口内的至少一个阀构成所述第一闭合装置。
在所述下液箱与所述液室或水室之间提供液体或水的调节流量、优选地位于所述液室或水室中的所述至少一个流出口内的至少一个阀构成所述第二闭合装置。
所述系统还可以包括用于液体或水的上供应罐，其中容纳了所述整个上液箱；并且还可以包括用于液体或水的下储存罐，其中容纳了所述整个下液箱。
所述真空室包括空气阀和真空泵。
在其中一个实施例中，所述系统包括具有开口端的真空缸，所述真空缸与所述真空室连接，其中可移动滑动元件放置在所述真空缸中，所述元件优选为活塞或薄膜，用于通过因所述真空室与所述真空室外部的大气压力之间的压力差而使所述可移动元件发生位移来驱动附加发电机，从而产生电能。
所述活塞通过拉索连接到镇流器，并且所述拉索与所述附加发电机耦合以产生电能，优选地通过机械传动装置。
或者，所述活塞与齿条连接，所述齿条与所述附加发电机耦合以产生电能，优选地通过机械传动装置。
在其中一个优选实施例中，所述系统还包括多个压力容器，每个压力容器构成单独的级，其中所述各级以其形成级联系统的方式连接。
本发明另一方面还提供了一种用于产生电能的系统，尤其是水厂，其中液体或水的能量被转化为电能；所述系统包括以下各项：
压力容器，其包括：
至少一个流入口；
至少一个流出口；
第一闭合装置，用于关闭和打开所述流入口，其中，所述流入口用于借助供应液体或水的装置向所述压力容器供应液体或水；
第二闭合装置，用于关闭和打开所述流出口，其中，所述流出口用于借助排出液体或水的装置将液体或水排出所述压力容器；
用于向所述压力容器内部供应液体或水的装置；
用于将液体或水排出所述压力容器的装置；
至少一个涡轮机；
至少一个发电机，用于产生电能，其与所述涡轮机耦合；
用于在所述压力容器内部产生或保持负压或真空的装置；
其中，所述压力容器包括：真空室，用于在所述真空室内部产生负压或真空；液室或水室，用于填充液体或水；
其中，所述真空室位于所述压力容器的上部，所述液室或水室位于所述压力容器的下部、压力室的下方；
其中所述真空室与所述液室或水室之间的界面随时间变化且取决于所述系统的工作状态或工作周期，并且由填充所述液室或水室的液柱或水柱的上表面决定，以将所述压力容器分为两种介质，即构成其中存在负压或真空的所述真空室的第一种介质以及构成所述水室或液室的第二种介质，所述水室或液室填充有水或液体，使得在电能生产周期内，所述水柱或液柱的所述上表面基本上位于所述第一闭合装置或所述真空室中的所述流入口下方；
其中涡轮机转子放置在所述压力容器外部，使得所述涡轮机转子可以通过所述液体和水供应装置供应到所述压力容器的供应液体或水来驱动。
所述涡轮机转子位于管道中，所述管道供应所述供应液体或水并且连接上液箱和所述真空室中的所述流入口。
此外，另一涡轮机转子可以位于所述真空室中，使得流入所述压力容器的液体或水通过所述真空室中的所述流入口引导至所述涡轮机转子上，使其旋转并通过所述发电机产生电能。
本发明另一方面还提供了一种用于产生电能的系统，尤其是水厂，其中液体或水的能量被转化为电能；所述系统包括以下各项：
压力容器，其包括：
至少一个流入口；
至少一个流出口；
第一闭合装置，用于关闭和打开所述流入口，其中，所述流入口用于借助供应液体或水的装置向所述压力容器供应液体或水；
第二闭合装置，用于关闭和打开所述流出口，其中，所述流出口用于借助排出液体或水的装置将液体或水排出所述压力容器；
用于向所述压力容器内部供应液体或水的装置；
用于将液体或水排出所述压力容器的装置；
至少一个涡轮机；
发电机，用于产生电能，其与所述涡轮机耦合；
用于在所述压力容器内部产生或保持负压或真空的装置；
其中，所述压力容器包括：真空室，用于在所述真空室内部产生负压或真空；液室或水室，用于填充液体或水；
其中，所述真空室位于所述压力容器的上部，所述液室或水室位于所述压力容器的下部、压力室的下方；
其中，所述真空室与所述液室或水室之间的界面随时间变化且取决于所述系统的工作状态或工作周期，并且由填充所述液室或水室的液柱或水柱的上表面决定，以将所述压力容器分为两种介质，即构成其中存在负压或真空的所述真空室的第一种介质以及构成所述水室或液室的第二种介质，所述水室或液室填充有水或液体，使得在电能生产周期内，所述水柱或液柱的所述上表面基本上位于所述第一闭合装置或所述真空室中的所述至少一个流入口下方；
其中，所述系统还包括具有开口端的真空缸，所述真空缸与所述真空室连接，其中可移动滑动元件放置在所述真空缸中，所述可移动滑动元件优选为活塞或薄膜，用于通过因所述真空室与所述真空室外部的较高压力(后者优选为大气压力)之间的压力差而使所述可移动滑动元件发生位移来驱动所述发电机。
所述活塞通过拉索连接到镇流器，并且所述拉索与附加发电机耦合以产生电能，优选地通过机械传动装置。或者，所述活塞与齿条连接，所述齿条与所述附加发电机耦合，优选地通过机械传动装置。
另一涡轮机转子可以位于所述真空室中，使得流入所述压力容器的液体或水通过所述真空室中的所述流入口引导至所述涡轮机转子上，使其旋转并通过所述发电机产生电能。
本发明的有益效果：
本发明的优点在于，由于在发电站燃烧能源原材料过程中产生的温室气体排放以及有毒气体和粉尘污染物将被去除，因此有可能以环保、无排放的方式产生电能(包括对居民而言)。
本发明的常见应用将有助于降低电能价格，这将对世界上很多国家的经济发展产生积极影响。
附图说明
图1示出了根据第一实施例的单个水力发电站的示意图；
图1a示出了图1中的水力发电站的其他实施例；
图2示出了根据第二实施例的梯级抽水蓄能电站的示意图；
图3示出了根据第三实施例的潮汐水力发电站的示意图；
图4示出了根据第四实施例的重力压载水力发电站的示意图；
图5示出了根据第五实施例的活塞导轨式水力发电站的示意图；
图中：1.真空室；2.液室或水室；3.涡轮机/涡轮机转子；4.发电机；5.连接/联接涡轮机/涡轮机转子与发电机的轴；6.用于液体或水的上液箱
7.用于液体或水的下液箱；8.真空泵；9.空气阀；10.空气阀；11.水阀/液阀；12.水阀/液阀；13.水阀/液阀；14.水阀/液阀；15.水阀/液阀；16.水阀/液阀；17.水阀/液阀；18.水/液体供应管道；19.水/液体排放管道；20.通风管道；21.热密封保护装置；22.过滤格栅；23.水泵/液泵；24.供应管道；25.主连接管道；26.出口管道；27.上供应罐；28.下储存罐；29.水泵/液泵；30.水阀/液阀；31.连接管道；32.水阀/液阀；33.水泵/液泵；34.水泵/液泵；35.导向设备；36.水泵/液泵；37.真空缸；38.活塞；39.拉索；40.滑轮；41.筒仓；42.镇流器；43.机械传动装置；44.齿条；45.水泵/液泵；
具体实施方式
图1-5示出了电力生产系统的各种优选示例，在本说明书中，该系统在每种情况下还将称为水力发电站。
示例I
在图1中，以水力发电站的形式示出了本发明的第一实施例的示意图，该水力发电站优选地位于河流、溪流、水道、水库、水坝/拦河坝、堰坝、瀑布的岸边或工业场所(例如，炼油厂)。
该示例中所示的水力发电站包括一个密封压力容器(1、2)，该容器采用具有半圆头(圆顶)和开口端的圆柱形容器的形式。压力容器(1、2)的上部具有真空室1，下部具有液室或水室2。真空室1适合产生负压或真空，液室或水室2适合填充液体或水。真空室1与液室或水室2连接，但是需要注意的是，这是一种取决于水力发电站运行条件的常规分离方式，并且会随时间变化。换言之，这些不是永久分离的元件，并且实际上真空室1与液室或水室2之间没有任何物理屏障。真空室1和液室或水室2的划分仅表示在上部产生真空或负压的状态，压力容器(1、2)的这一部分称为真空室1；而压力容器(1、2)的下部填充有液体或水，称为液室或水室2。例如，可以通过根据上述托里切利的实验产生真空来达到这一条件。
同时，需要说明的是，只要本说明书中没有另行说明，本说明书中使用的术语“真空”、“真空负压”和“负压”彼此等同并且可互换使用，它们通常指的是低于压力容器外部的大气环境压力的压力。优选地，真空室中产生的真空值为1Pa至101,324Pa，更优选地从1000至5000Pa的范围内取值。
真空室1中安装有至少一个阀(11、12)或不同的装置，用于关闭和打开流入口，通过该流入口将液体或水供应到压力容器(1、2)，更准确地说，供应到真空室1内部。流入口、阀或其他闭合装置还可以具有导向装置35，其可提高流入真空室1的水或液体的速度。
优选地，真空室1还具有至少一个空气阀9和至少一个真空泵8。
液室或水室2中安装有至少一个阀(13、14)或其他装置，用于关闭和打开流出口，通过该流出口将液体或水排出液室或水室2。
压力容器(1、2)的开口端浸入液体或水中，该液体或水填充下液箱7或(可选地)下层水流。液室或水室2中的阀(13、14)用于调节下液箱7与液室或水室2之间的液体或水的流量。优选地，下液箱7通过阀(15、16)与排放管道19(例如，通道或管线)连接，通过该排放管道可以将液体或水排放到河流或其他水库等中。优选地，下液箱7还配备用于泵送水或液体的泵23。阀16和泵23能够去除沉淀在下液箱7中的沉积物。
在压力容器(1、2)的上部，在真空室1的高度处存在填充有液体或水的上液箱6。真空室1安装在该上液箱6中，使得填充该上液箱6的液体或水至少在流入口的高度处并且优选地在流入口上方和至少一个阀(11、12)上方环绕真空室1。
液体或水通过供应管道18(例如，通道或管线)供应到上液箱6，该供应管道包括阀17和泵34，以泵送液体或水。优选地，供应管道18包括过滤格栅22，用于阻止水生生物并防止污染物进入上液箱6，这些污染物会进一步损坏涡轮机3的转子叶片。或者，上液箱6也可以是直接将水直接供应到真空室1的下层水流。
由于真空室1内外部的压力差，压力容器(1、2)的设计和制造应采用足够坚固的材料，因为真空室1会受到巨大的大气压力影响，该压力可高达每平方米10,000kg(例如，对于10平方米，压力将高达100公吨(MT))。因此，优选地使真空室1和整个压力容器(1、2)形成球体或圆柱体，这肯定会增加结构的耐用性。
压力容器(1、2)优选为垂直结构，但也可以相对于其浸入其中的液体或水的自由表面以小于直角的角度倾斜。此外，真空室1还可以与至少一个液室或水室2以小于180度的角度连接；换言之，真空室1和液室或水室2并非彼此同轴放置。这样，倾斜的液室或水室2可以具有更大的长度，例如100m。
在液室或水室2倾斜定向的情况下，其下部优选地浸入(作为连通容器)水道而不是下液箱7。类似地，真空室1设置在下层水流中，而不是设置在上液箱6中。
图1所示水力发电站的启动和运行原理
为了实现根据本发明的发电方法，应在压力容器(1、2)中产生负压或真空。为此，液室或水室2中的下阀(13、14)闭合，并且真空室1中的空气阀9和至少一个阀(11、12)以及安装在供应管道18中的阀17开启。开启阀11、12、17会导致液体或水从上液箱6流入压力容器(1、2)。通过这种方式，压力容器(1、2)应该会完全充满液体或水，以获得高于1033com(例如，1200cm)的液柱或水柱高度h。
然后，空气阀9和阀(11、12)闭合，并且液室或水室2中的至少一个阀(13、14)开启，这会导致一部分液体或水从压力室(1、2)流出，使水柱因其重量降低至1033cm的高度，并在压力容器(1、2)的上部(称为真空室1)产生真空。水柱的上表面上方将出现空白空间，即真空。
然后，设置液室或水室2中的液柱或水柱的高度h，使得液柱或水柱的上表面位于涡轮机转子3的底面之下。优选地，液柱或水柱的高度h设置在0.1m至10.33m的水平高度范围内，甚至更优选地高于10.33m(在液体较轻的情况下)。
此外还存在在真空室1中产生负压或真空的其他方法。为此，在开启至少一个阀(13、14)的情况下，真空室1中的空气应通过至少一个真空泵8抽出，这应该会导致液室或水室2中的液体或水的液位上升至所需液位，即位于涡轮机转子3的下边缘之下。然而，这种产生真空的方法需要使用大量电能来驱动真空泵8。
另一种产生负压或真空的方法是抽出先前填充压力容器(1、2)的液体或水，直至液柱或水柱的高度h降至涡轮机转子3之下，并且在压力容器(1、2)上部的真空室1中实现真空。
在真空室1中实现真空之后，阀(11、12)开启，这会导致液体或水从处于正常大气压力下的上液箱6动态地流入真空室1，该真空室中的负压远远低于正常大气压力。根据液体或水的高度h和负压(例如，达到50hPa)，液体或水获得较大的动能(即，高速)，因此液体或水将高速流入真空室1，在该真空室中液体或水将被引导至涡轮机转子3的叶片上，与发电机4耦合的涡轮机转子将发生旋转运动，这将导致电能的产生，而电能可以传输到电网或电能储存设施。
优选地，保持真空室1中的压力(负压)，并且不允许液体或水沸腾。例如，如果水温低于30摄氏度，则50hPa的压力(负压)不会导致水沸腾(气蚀)和蒸发，这对于水力发电站的运行来说并不可取。
液体或水在通过涡轮机转子3的叶片后将失去其提供给涡轮机转子3的动能，然后它将开始自由下落到位于下方的液室或水室2。这将导致液室或水室2中液柱或水柱的液位升高，并且因此导致失去平衡，即超出液室或水室2中的液柱或水柱压力和真空室1中的真空压力之和与空气柱压力(大气压力，施加在作为连通容器与液室或水室2连接的下液箱7中液体或水的自由表面上的压力)值之间的平衡条件，这将导致液体或水从液室或水室2流向下液箱7，液体或水可以从该下液箱排至排放管道19。
在单位时间内流入真空室1并通过真空室1流向位于下方的液室或水室2的相同体积的液体或水也将从液室或水室2流入下液箱7，然后通过排放管道19流入其他液箱或下层水流。
下文详细描述了根据本发明的发电方法的步骤。
a-开启阀11、12、13、14、15、17，这使液体或水相继流入供应管道18，然后依次流入上液箱6、真空室1、液室或水室2、下液箱7和排放管道19；
b-当液体或水开始通过阀15流入排放管道19时，闭合阀13和14，并且开启空气阀9；
c-闭合阀13和14将导致液体或水的液位上升，这将完全填充液室或水室2，并且至少部分或全部填充真空室1，具体取决于上液箱6中液体或水的液位；
d-或者，如果液体或水的液位太低，则闭合空气阀9并启动真空泵8，这将从真空室1中抽出空气，将液柱或水柱升高到所需的最大液位，并且真空室1的上部将留下部分降压(低于大气压力)的空气；
e-之后，如果执行了步骤d，则真空泵8应关闭并且阀11和12应闭合；可选地，仅阀11和12应闭合；
f-然后开启阀13和14，这将导致一部分液体或水在其自身重量的作用下从真空室1流出并且液柱或水柱下降，这同时将导致真空室1上部的空气进一步减压并实现较高负压值的真空；
g-将液室或水室2中的液柱或水柱的高度h设置在涡轮机转子3底部边缘的水平高度处(例如，低于0.5m)，以避免干扰涡轮机转子3的旋转运动。
h-或者，如果液柱或水柱的高度h太高，则在指定的时间段内开启空气阀9，以便将适当体积的空气吸入真空室1的上部，这将导致真空室1中的压力增加并因此降低该真空室中的真空负压，并且这进而导致涡轮机转子3下方的液室或水室2中的液体或水柱的高度h降低；
i-然后，在液柱或水柱的高度h稳定并且因此真空室1中的真空负压值稳定之后，开启阀11和12，这将导致液体或水动态地流入真空室1，液体或水被引导至涡轮机转子3的叶片上，涡轮机转子开始旋转运动，并且将驱动发电机4，该发电机将产生电能；
j-流入并驱动涡轮机转子3的液体或水释放其动能并且在通过涡轮机转子3之后自由地下落到作为连通容器与下液箱7连接的液室或水室2，这将导致下液箱7中的液体或水的液位升高并通过阀15流向排放管道19。
以这种方式建造的水力发电站可以在下列情况下以连续(不间断)的方式产生电能：确保上液箱6和下液箱7所处位置有足够的液位差，并且可能有液体或水从下液箱7自由地流向排放管道19然后流向下层水流，例如流向下游河段。
在本发明的一个可选实施例中，水力发电站可以在作为电能储存设施建造和运行时以循环方式产生电能。
为此，上液箱6应位于河流(下层水流)水位的上方，并且供应管道18配备至少一个泵34，该泵将在电力需求较低时将液体或水泵送到上液箱6。另一方面，下液箱7应位于河流(或下层水流)中的液体或水的潜水面高度处，这会使液体或水自动流向河流(或下层水流)。
在第一实施例的前述版本中，在以下情况下填充上液箱6，即在电能需求较低时，例如夜间或电网中的电能过剩时，该电能由风力涡轮机发电站或光伏发电站等不稳定的电能来源产生。水力发电站在电力需求较高时投入运行。
在本发明第一实施例的该版本中，优选地将水力发电站设置在小河、低流量水道上，例如山间溪流，其中在电力需求较低或中等时填充上液箱6。
在本发明第一实施例的第二版本中，水力发电站以循环方式产生电能。为此，上液箱6位于河流或下层水流中的潜水面高度处，其中液体或水可以直接、自动流入上液箱6中。另一方面，下液箱7位于液体或水的潜水面之下，并且通过至少一个泵23将液体或水从下液箱7泵送至河流的下游段或下层水流等。
在第一实施例的第三版本中，水力发电站是电能储存设施，并且以与抽水蓄能电站类似的条件运行，即在电力需求较高时，它产生向电网供应的电能，并且驱动涡轮机转子3的液体或水收集在下液箱7中，在需求较低时，例如夜间或电网中出现电能过剩时，液体或水通过从电网获取电能的至少一个泵23抽出。
在第一实施例的第三版本中，优选地，尤其是在河流水位没有较大差异但河流的水流量较大的低洼地区建造水力发电站，这些水可以在白天和黑夜的任何时刻填充上液箱6或直接供应真空室1。另一方面，在电力需求较低时，填充下液箱7(优选地，具有较大容量)的液体或水将从该下液箱7中抽出。
图1中示出了第一实施例的第四优选版本，其与图1中所示的示例基本相似。
不同之处在于，真空室1位于上液箱6外部，并通过供应管道24(例如，通道或管线)与所述上液箱6连接。
在该版本中，附加涡轮机转子3放置在供应管道24内部，并且与机械传动装置43(该机械传动装置与发电机4耦合)连接，或者在没有机械传动装置43的情况下直接与所述发电机4连接。
该附加涡轮机转子3在与机械传动装置43连接时可以是慢速旋转涡轮机，或者当它直接与发电机4耦合时可以是快速旋转涡轮机。
然而，应当注意的是，也可以设想这样一种实施例版本，即涡轮机转子3放置在真空室1外部，并且通过液体或水供应装置供应到压力容器(1、2)内部的供应液体或水的流量驱动。图1a示出了该实施例的此版本，其中从真空室1中移除了涡轮机转子3，并且电能由安装在供应管道24中的涡轮机转子3产生，该涡轮机转子通过流入的液体或水启动并且使发电机4转动，该发电机进而产生电能。
除上述差异之外，图1a所示水力发电站的启动和运行原理与图1所示水力发电站的启动和运行原理类似。
实施例2：
在图2中，以梯级抽水蓄能电站的形式示出了本发明第二实施例的示意图，该梯级抽水蓄能电站由多级组成，其中每级实际上是单个水力发电站，并且它们作为一个系统(多个发电站)一起工作。
在示出的实施例中，水力发电站由三级组成，每级位于上一级的下方。每级还包括压力容器(1、2)和图1的第一实施例中所示的大多数元件。
发电站梯级优选地位于上供应罐27(位于最高液位处)和下储存罐28(位于最低液位处)之间，并且上供应罐27通过主连接管道25与下储存罐28连接，通过该主连接管道将液体或水从下储存罐28泵送到上供应罐27。
各个相邻级通过连接管道31(例如，通道或管线)彼此连接，使得所述连接管道31将梯级的第一级的下液箱7与位于下方的梯级的第二级的上液箱6连接，以此类推。得益于这种设计，液体或水在闭合循环中循环，并且水力发电站可以作为大型电能储存设施(例如，抽水蓄能电站)运行。
在本实施例的优选版本中，水力发电站包括至少一个大容量的上供应罐27、至少一个大容量的下储存罐28以及至少一个包括容量远小于储罐27和28的上液箱6和下液箱7的梯级。梯级的级数取决于上供应罐27与下储存罐28之间的液位差值。例如，如果上供应罐27与下储存罐28之间的液位差为400米，则该梯级可以包含25至35级。连续流过梯级的各级(作为连通容器工作)的液体或水将在梯级的各级产生电流。在最终流入大容量(例如，以百万立方米计)的下储存罐28之后，在电力需求较低时(例如，夜间)，液体或水将由泵29通过主连接管道25泵送至上供应罐27。
在本实施例的另一版本中，在电力需求较低时，上供应罐27和上液箱6填充有泵34从外部来源泵送的液体或水。另一方面，流向最低位液箱7和下储存罐28的液体或水自动流过排放管道19。
在本实施例的又一版本中，在电力需求较低时，液体或水自动流至最上位液箱6和供应罐27，液体或水从液箱6和供应罐27流向最低位液箱7和储存罐28，然后液体或水由泵36从液箱7和储存罐28泵送至河流或水道等。
优选地，以级联系统运行的水力发电站还可以具有配备空气阀10的通风管道20，以及液箱和储罐6、7、27、28的热密封保护装置21，以防止液体或水蒸发和冻结。
其余附图标记与图1和图1a中的附图标记相同。
图2所示梯级抽水蓄能电站的启动和运行原理
总体设计及启动和运行原理与图1、图1a中所示水力发电站的设计及启动和运行原理类似。
下文详细描述了根据本发明的发电方法的步骤。
a-开启安装在与下储存罐28连接的供应管道18(例如，通道或管线)中的阀17，这会导致液体或水流入，并填充下储存罐28和放置在所述下储存罐28中的梯级最低级的下液箱7；
b-然后开启泵29和位于主连接管道25中的阀30，该泵通过该主连接管道25将液体或水泵送至梯级中最高级的上供应罐27和上液箱6，该上供应罐和该上液箱填充液体或水到预定的液位，优选地在至少一个阀(11、12)之上；
c-然后在所有梯级中开启阀(11、12、13、14、15)和空气阀(9、10)，即在所有真空室1和液箱或水箱2、下液箱7和上液箱6及各级的连接管道31中开启，这将导致液体或水流入所有真空室1和所有液室或水室2以及所有下液箱7和上液箱6；
d-当液体或水开始通过最低位级的阀(13、14)流向下液箱7然后流向下储存罐28时，闭合最低位下液箱7中的阀(13、14)；
e-闭合最低位压力容器(1、2)中的阀(13、14)之后，使用流动的液体或水完全填充液室或水室2，并且使用流动的液体或水完全或部分填充真空室1；
f-然后闭合最低位压力容器(1、2)中的阀(11、12)，这会导致最低位下液箱6中的液位或水位升高；
g-然后闭合高位级的压力容器(1、2)中的阀(13、14)；
h-闭合高位级的压力容器(1、2)中的阀(13、14)将导致流入的液体或水完全填充液室或水室2，并且部分填充(高于阀11、12的上边缘)或完全填充属于该高位级的真空室1，具体取决于属于该级的下液箱6中的液体或水的液位；应重复该过程直至填充最高位压力容器(1、2)；
i-然后关闭泵29并闭合下储存罐28中的阀30；
j-在梯级的每级的所有真空室1中产生真空，并且为此，位于所有级的真空室1中的所有空气阀9应闭合；
k-开启位于各梯级的下液箱7中的液室或水室2中的阀(13、14)，这会导致液柱或水柱因其自身重量而下降；如果真空室1完全填充液体或水，并且液柱或水柱的高度h超过1033cm，例如高度为1200cm，则真空室的上部出现空白空间(即真空)。然而，如果真空室1没有完全填充液体或水，并且液柱或水柱的高度h为1000cm或更小，例如500cm，则液柱或水柱的高度h也将降低，并且真空室1上部的空气将减压(产生负压)到真空室1中的负压值、液柱或水柱的压力值以及对下液箱7中液体或水的开放表面施加压力的大气压力值之间的指定平衡水平；
l-从真空室1流出的液体或水在重力的作用下自由下落到低位液室或水室2，根据连通容器的原理，液体或水从该液室或水室流向下液箱7，这会导致这些下液箱7中的液体或水的液位略微升高至液体或水开始溢出到下储存罐28的指定液位；
h-然后设置所有压力容器(1、2)中(即，所有级的液室或水室2中)的液柱或水柱的高度h；如果液柱或水柱的高度太高，则相关真空室1中的空气阀9在指定的时间段内开启，这将导致空气流入真空室1并因此降低负压，并且这进而导致液柱或水柱的高度h降至涡轮机转子3的下边缘以下的水平高度；
n-然后在最上位的第一级的真空室1中开启阀11和12，这将导致液体或水高速动态地流入真空室1，直接引导至涡轮机转子3的叶片上，该涡轮机转子与发电机4耦合。液体或水的动能将传递至涡轮机转子3的叶片上，该涡轮机转子将与发电机4的转子一起开始旋转运动，从而通过梯级中最上位的第一级开始电能生产过程；
o-流入真空室1后的液体或水会将其动能传递至涡轮机转子3的叶片上，并且自由下落到位于下方的液室或水室2，根据连通容器的原理，液体或水从该液室或水室流向下液箱7；
p-之后，当液体或水开始通过阀15流向下一低级的上液箱6时，液阀或水阀(11、12)在低位级的真空室1中开启，而在梯级的最低位级中，液体或水将开始从下液箱7溢出到下储存罐28；
r-开启低位级的真空室1中的阀(11、12)将导致液体或水动态地流入到涡轮机转子3的叶片上，该涡轮机转子将与发电机4的转子一起开始旋转运动，从而通过该低位级开始电能生产；
s-启动连续的低位级时的过程与上文所示过程类似(水力发电站可以具有多个级，尤其是几个或几十个，甚至是一百多个，这取决于最高位上级与最低位级之间的液位差大小)；
t-当梯级复合体的最低级启动时，从位于最低位级的下液箱7中流出的液体或水开始流向下储存罐28，该下储存罐优选地具有适当安装在供应管道18中的阀门(17、32)、与排放管道19连接的出口管道26以及安装在出口管道26中的泵36，从而能够从下储存罐28中去除沉积物并将其排放至排放管道19。
假设上供应罐27和下储存罐28可以优选地具有以数百万立方米计的大容量，并且在电力需求较低时(例如，电力价格较低的夜间)，可以将储存罐28中的液体或水泵送至上供应罐27。
示例III
在图3中，以潮汐水力发电站的形式示出了第三实施例的示意图，其中潮汐水力发电站利用海洋潮汐，优选地位于海滨和/或海岸上。
图3中所示的附图标记与图1、图1a、图2中的附图标记相同。
潮汐水力发电站由以下部分组成：至少一个上供应罐27，其具有大容量并且在海洋最高潮时充满海水；至少一个下储存罐28，其容量优选地大于上供应罐27并且在海洋最低潮时排空海水。此外，潮汐水力发电站还具有浸入下液箱7和上液箱6(真空室1所处位置)中的压力容器(1、2)。压力容器(1、2)优选地位于上供应罐27与下储存罐28之间。上液箱6优选地位于上供应罐27中，下液箱7位于下储存罐28中。
图3所示潮汐水力发电站的启动和运行原理
总体设计及启动和运行原理与图1、图1a和图2中所示水力发电站的设计及启动和运行原理类似。
下文详细描述了根据本发明的发电方法的步骤。
a-当海洋潮汐接近最高潮时，开启位于供应管道18中的阀17，该供应管道与大容量(例如，1-25立方米)的上储存罐27连接，这会导致将上供应罐27填充至预定的最大液位并填充位于其中的下液箱6，然后闭合阀17；
b-同时打开空气阀9、10，以及阀11、12、13、14和15，这会导致海水流入真空室1、低位液室或水室2以及低位液箱7；
c-在海水充满真空室1、液室或水室2和下液箱7，并开始通过阀15流出到下储存罐28之后，闭合阀(13、14)，这会导致液室或水室2完全充满海水，并且真空室1部分或完全充满海水，达到上供应罐27中的海水液位；
d-然后闭合空气阀9和阀(11、12)，开启阀(13、14)，这会导致水柱的高度h降低，并且一部分液体或水从真空室1流向液室或水室2，然后流向下液箱7，然后再流向下储存罐28；因此，真空室1中会出现真空或空气压力降低的空白空间；
e-然后设置液室或水室2中的液柱或水柱的高度h，如果液位太高，则在指定的时间段内开启空气阀9，这将导致空气流入真空室1，并且因此将液柱或水柱的高度h降至涡轮机转子3的下边缘以下的水平高度；
f-然后闭合空气阀9，并且开启位于真空室1中的阀(11、12)，这会导致液体或水高速动态流入，并且因此有较大动能流入真空室1，其被引导至涡轮机转子3的叶片上。液体或水的动能将传递至涡轮机转子3的叶片上，并转化为与发电机4的转子连接的涡轮机转子3的旋转运动，从而启动电能生产过程；
g-流入真空室1后的液体或水将失去其动能(即，涡轮机转子3的叶片上的速度)并且自由下落到位于下方的液室或水室2，根据连通容器的原理，液体或水从该液室或水室流出到下液箱7，然后从该下液箱流出到下储存罐28，其中位于排放管道19中的阀32将一直保持闭合状态；
h-在开始电力生产工作之后，上供应罐27中收集的液体或水的液位将逐渐下降几小时或高达二十小时，在同一时间段内，海洋将继续涨潮，当达到最高潮时，阀17开启，一部分新的液体或水将流入，将上供应罐27充满至其最大液位，然后阀17将闭合。
通过提供容量足够大的上供应罐27以及容量成比例地大于上供应罐27的容量的下储存罐28，可以通过适当地调整水流参数来确保至少一个涡轮机3的连续运行和电能生产。
填充上供应罐27和排空下储存罐28的原理
a-当海洋潮汐接近最高潮时，上供应罐27充满海水至其最高液位，之后可以启动水力发电站和电力生产，通过涡轮机转子3的海水将收集在下储存罐28；
b-当海平面接近其最小值时，则至少一个排放管道19中的至少一个阀32将开启，并且充满水的下储存罐28将被完全排空，然后阀32应闭合(或者，该储罐可以通过安装在排放管道19中的泵45排空)；
c-随着海洋连续涨潮和退潮，应循环重复运行周期，即充满上供应罐27、发电并排空下储存罐28，并且水力发电站将能够24小时全天候运行。
潮汐水力发电站可以在中等海潮(高度至少为5-7米)地区建造和运行，为此，应设计并建造深度为(例如)1-2米、表面积较大(例如，100公顷-1000公顷)且水柱高度h较小(例如，1,5-2米)的浅式液体或水储罐。
另一方面，在海潮高度较高(例如，10-18米)的地区，可以使用位于上供应罐27与下储存罐28之间的几个梯级，这将大大增加所产生的电能。
示例IV
在图4中，以活塞压载水力发电站的形式示出了本发明第四实施例的示意图，其中，除真空(真空能量)利用影响镇流器的重力(重力能)之外，该电站优选地位于河流、溪流、水道的岸边、水库(水坝/拦河坝、堰坝、瀑布)的岸边和/或工业场所(例如，炼油厂)。
图4中所示元件的附图标记与图1、图1a、图2和图3中所示元件的附图标记相同。
与上述实施例不同，根据第四实施例的压力容器(1、2)包括与真空室1密封连接的真空缸37。优选地，真空缸37大致水平放置并与真空室1的流入口连接，并且阀11安装在该流入口中。活塞38在真空缸37中执行往复运动，该活塞通过机械传动装置43(例如，皮带传动装置或链条传动装置)与放置在筒仓41内的镇流器42连接。在该示例中，活塞38通过拉索39(例如，绳索、皮带、链条)与镇流器42连接。拉杆39缠绕在与附加发电机4连接的滑轮40(可能是绞盘或齿轮)上。活塞38和镇流器42的移位使滑轮40运动，从而通过附加发电机产生电能。
在该实施例的另一版本中，机械传动装置43驱动水泵/液泵，该水泵/液泵将间接产生电能，或者在各种应用中其可用于泵送水/液体。
镇流器42非常重，优选为5-50吨(MT)，并且放置在筒仓41内的工作深度，例如地下100米或更深。筒仓41的深度取决于真空缸37的工作长度，在这种情况下，该工作长度也应该是100米或更长。
在该实施例的又一版本中，筒仓41可以由塔台(地面上的结构)来代替。
图4所示活塞压载水力发电站的启动和运行原理
总体设计及启动和运行原理与图1-3中所示水力发电站的设计及启动和运行原理类似，因此仅描述使用真空缸37和镇流器42所产生的区别。
打开空气阀9和阀11、12、13、14、15、17之后，液体或水流入上液箱6、真空室1、液室或水室2，然后流入下液箱7，并且在充满后，液体或水将开始通过阀15流出并流入排放管道19。阀(13、14)闭合，导致液体或水的液位上升，这将完全填充液室和水室2，然后将真空室1和真空缸37填充至上液箱6中液体或水的液位；然后，活塞38将位于其初始位置，镇流器42将降至筒仓41的底部。
与上述实施例不同，实现真空的阶段不仅包括在真空室1中实现真空，还包括在真空缸37中实现真空。为此，应闭合安装在真空室1中的空气阀9和阀12，然后应开启位于液室或水室2下部的阀(13、14)，这将导致一部分液体或水排出，并且因此将真空室1和真空缸37中液体或水的高度h降至涡轮机转子3的底部边缘以下和真空缸37的下边缘以下的水平高度，从而在真空室1和真空缸37中实现空白空间(即真空)。
为了获得高负压值的真空，例如1000-5000Pa，实现真空前的水柱高度h应大于1013cm。在这样的真空负压值以及真空缸37和活塞38的直径(例如130cm，相当于1平方米)下，大气压力对活塞38的工作区域所施加的压力将约为10000kg，即10吨(MT)。
建议选择适当的真空负压值，以防止水沸腾并蒸发，从而降低真空负压值。
或者，为了实现真空，可以在事先闭合阀(12、13)之后，通过安装在液室或水室2下部的泵23来抽出液体或水。
优选地，在液室或水室2中获得较高的液柱或水柱(例如，高度为800cm-1000cm)，这将在真空室1和真空缸37中实现高负压值。
为了保持稳定的真空负压，尤其是高负压值(例如，1000Pa)的真空，可以使用连接至真空室1的真空泵8，该真空泵将抽出从受低压影响的液体或水中析出的空气(气体)，因为溶解在液体或水中的气体会从受低压影响的液体或水中释放，这可能导致真空负压增加。
真空室1和真空缸37内部具有高真空(例如，3000Pa的量级)将导致在真空缸37的开口端一侧的活塞38(处于正常大气压力下)的外表面上产生较大的压力(即空气压力)，并且这将导致活塞38朝向真空室1移位至真空缸37的内部。
活塞38通过拉索39(绳索/皮带/链条)与镇流器42连接，该拉索连接、缠绕在滑轮40上，并且处于正常大气压力(即1013hPa)下的空气压力将使活塞38滑向真空缸37，并且同时在筒仓41中提升镇流器42并使滑轮40旋转。
在真空室1和真空缸37内部产生真空期间，大气压力会将活塞38推向(移位)真空缸37的内部，同时将镇流器42提升到筒仓41中的上转折点。
如果真空室1内部并且因此真空缸37内部存在高负压真空值(例如3000Pa)，且在活塞38的垂直于直径为130cm的真空缸37的轴线的外平面(相当于1平方米)上施加1013.25hPa的正常大气压力，则将在活塞38的1平方厘米表面上施加1kg的大气压力，在活塞38的工作面等于1平方米时，这将使影响整个活塞38的力的值约为10,000kG，即10吨(MT)。
选择镇流器42的参数，其重量应分别小于作用于移入真空缸37内部的活塞38的大气压力。
与活塞38一起移入真空缸37内部的拉索39将使固定在机械传动装置43的轴上的滑轮40运动，该滑轮可以是所谓的单向自由轮，或者它可以通过离合器等与机械传动机构43脱离。
另一方面，当活塞38滑出真空缸37并且镇流器42落入筒仓41时，即在镇流器42执行工作期间，滑轮40将反向旋转，并且将与机械传动装置43耦合，该机械传动装置与附加发电机4的转子连接，在镇流器42向筒仓41底部下落的整个时间段内，该机械传动装置将开始电能生产过程。
接下来，应通过开启阀12来清除真空室1和真空缸37内部的真空，这将导致液体或水动态地流入真空室1内的涡轮机转子3的叶片上以及真空缸37中，从而在指定的时间段内产生电能。流入的液体或水将导致活塞37移位到真空缸37的开口端的初始点，拉杆39的自由段落入筒仓41内部，而镇流器42将开始缓慢落入筒仓41内部，同时它将导致滑轮40旋转，该滑轮开始旋转运动，在镇流器42向筒仓41底部下落的整个时间段内，其将驱动附加发电机4的转子并在第一工作周期内开始电能生产。
旋转滑轮40将随着机械传动装置43的输入轴一起缓慢旋转，使机械传动装置43的输出轴开始快速旋转运动，该机械传动装置与附加发电机4的转子连接，从而在给定的工作周期内，即在镇流器42下落的整个时间段内，启动电能生产过程。
在镇流器42落到筒仓41的底部之后，给定工作周期内的电能生产过程将结束，并且应以上述方式从头开始在真空室1和真空缸37内部实现真空的另一个过程以及电能生产过程。
根据图1中所示实施例的示例，可以将阀11应用于真空缸37中，这将提供在镇流器42下落期间关闭真空缸37的可能性，并且在该时间段内，可以仅在真空室1中产生真空并切换至水力发电站工作模式。
在本实施例的另一优选版本中(附图中未示出)，可以使用一个机械传动装置43，该机械传动装置具有至少两个滑轮40(或者，绞盘或齿轮)，与至少一个附加发电机4连接，以连续方式从至少两个真空气缸37和两个镇流器42交替馈电(驱动)。
或者，设想使用柔性膜来代替活塞38并建造梯级型发电站。另外，还可以多个真空缸37(例如，与一个真空室1连接的两个真空缸)以及多个镇流器42。
在本实施例的其他优选版本中，可以使用高度较小(例如，5米高)的液柱或水柱，然后真空室1和真空缸37内部的负压值将约为大气压力值的一半(即约为507hPa)，这将在活塞38的外表面上产生0.5kG/cm2的大气压力，并且对具有垂直于真空缸37的轴线的1平方米表面积的活塞38施加的压力(推力)将约为5000kG，即5吨(MT)。
使用较低的液柱或水柱，将能够在液体或水的高度h约为10米时将水力发电站整个结构的高度从(例如)12米降低至约7米的发电站结构，即液柱或水柱的高度h约为5米时真空室1和真空缸37以及液室或水室2和下液箱7的高度，这允许在给定的河流或溪流倾斜段中具有更多梯级。
优选地，水力发电站位于山区河流、水流量不大但水流梯度(落差)较大的溪流上，这可以允许建造和运行多级，这些级可以位于河流或溪流中，也可以位于液体或水储罐中，如图3所示。
在本实施例的其他优选版本中(附图中未示出)，水力发电站可以位于工业场所，这是因为可以利用其他因素，即泵送至不同液位的其他液体而不是水，例如原油及其衍生物、在污水系统和废水处理厂中流动的液体化合物或废水以及通过输送管道输送的液体(包括水、原油)，这些液体随着地形区域的起伏而上升和下降。
还应当注意的是，可以设想没有安装在真空室1中的涡轮机转子3的实施例的版本。在这种情况下，因真空室和环境压力(真空室外)之间的压力差而驱动的移动元件(活塞38或薄膜)的运动将产生电能，并且该移动元件与发电机4耦合。该版本与图4中的实施例相同，其中从真空室1中移除了涡轮机转子3。
示例V
图5以活塞杆水力发电站的形式示出了第五实施例的示意图，其中，为了产生电能，该水力发电站使用真空(真空能量)以及转换活塞38的平面运动的机构，例如齿条44或链条或摩擦绞盘。
图5中所示元件的附图标记与图4中所示元件的附图标记相同。下面将对差异进行描述。
构成驱动齿轮40(或者，绞盘或摩擦滑轮)的元件是滑动齿条44(或摩擦条)，活塞38使该滑动齿条移位，导致齿轮40旋转，以驱动机械传动装置43并间接驱动附加发电机4的转子，从而产生电能。
可以使用绳索、链条或皮带来代替齿条44。
绳索或链条或皮带可以缠绕在绞盘/齿轮/摩擦滑轮上，其末端固定在滑动齿条44的起始端和末端。
实现真空的原理与所有其他示例中实现真空的原理类似，尤其是与图4中第四实施例所示的原理相同。
此外，运行原理与图4所示水力发电站的运行原理类似，不同之处在于，活塞38驱动与齿轮40啮合的齿条44(使其移位)，使其开始旋转运动，从而通过发电机4产生电能。
齿条44可以放置在真空缸37的延伸部分中，在其开口端一侧打开并以滑动方式安装，与活塞38连接。
在使用液体或水填充真空室1和真空缸37期间，流出的液体或水使活塞38移位至其初始位置，即工作行程的返回位置。
在将活塞38移动到其初始位置(即工作行程的返回位置)时，齿条44也会移位并且与齿轮40啮合，导致该齿轮旋转但不会使机械传动装置43发生旋转，因为齿轮40是单向自由轮或通过离合器等与机械传动装置43脱离。
另一方面，当齿轮40开始向相反方向旋转，同时齿条44滑入真空缸37时，齿轮40将与安装在机械传动装置43中的轴或离合器啮合，这将在给定的工作周期内开始发电过程。将活塞38和齿条44移位至其末端位置(即工作行程的返回位置)之后，例如这可能花费几十分钟或更长时间，将重复实现真空和电能生产的整个周期。在本实施例的该示例中，可以采用图4所示实施例的示例中描述的类似方式实现连续的发电过程。
将阀11应用于真空缸37中，这将提供在齿条44移位期间关闭真空缸37的可能性，并且在该时间段内，可以仅在真空室1中产生真空并将活塞杆水力发电站切换至图1所示第一实施例中的水力发电站工作模式。
同样，在该示例中，与实施例的第四示例的情况相同，可以设想没有安装在真空室1中的涡轮机转子3的实施例的版本。
图5中所示元件的其他附图标记与图1-4中所示元件的附图标记相同。

Claims (31)

1.一种发电方法，液体或水的能量被转化为电能，其特征在于，包括：
提供压力容器(1、2)，其包括：
第一闭合装置，用于关闭和打开流入口，其中，所述流入口用于借助供给液体或水的装置向所述压力容器(1、2)供应所述液体或水；
第二闭合装置，用于关闭和打开流出口，其中，所述流出口用于借助排出液体或水的装置将所述液体或水排出所述压力容器(1、2)；
涡轮机(3)，其具有用于产生电能的发电机(4)，其中，涡轮机转子(3)位于所述压力容器(1、2)内部；
将液体或水供应至所述压力容器(1、2)内部的所述涡轮机转子(3)，所述涡轮机转子(3)在旋转时驱动所述发电机(4)；
在所述压力容器(1、2)的顶部产生负压或真空，所述顶部构成真空室(1)，所述涡轮机转子(3)安装在所述真空室(1)的空间内；
设置所述压力容器(1、2)下部的液柱或水柱的高度(h)，所述下部构成所述涡轮机转子(3)下方的水室或液室(2)；
其中，所述真空室(1)与位于下方的所述液室或水室(2)直接连接，所述真空室(1)与所述水室或液室(2)之间的常规界面由所述液柱或水柱的上表面决定；
然后，打开所述第一闭合装置，并通过所述供应液体或水的装置向所述真空室(1)供应所述液体或水，从而将所述液体或水引导至所述涡轮机转子(3)，使得由于所述真空室(1)中的所述负压或真空与所述压力容器(1、2)外部的较高压力(优选为大气压力，其对从外部供应的所述液体或水施加压力)之间的压力差，所述液体或水高速流入所述真空室(1、2)并使所述涡轮机转子(3)旋转，所述涡轮机转子(3)驱动所述发电机(4)并产生电能；
通过打开所述第二闭合装置将多余的液体或水排出所述压力容器(1、2)并借助用于排出液体或水的装置排出所述液体或水，将所述液室或水室(2)中所述液柱或水柱的所述高度(h)保持在所述涡轮机转子(3)之下。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力容器(1、2)的开口端位于下液箱(7)中或下层流中，所述下层流的自由表面上填充有液体或水，其上施加有大气压力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，3.在所述真空室(1)中产生真空包括：
关闭所述第二闭合装置，其用于打开和关闭所述压力容器(1、2)与放置所述压力容器(1、2)的所述下液箱(7)或所述下层流之间的所述流出口；
通过打开所述第一闭合装置并借助所述供应液体或水的装置供应水或液体，使用所述液体或水填充所述压力容器(1、2)，其中，优选地，所述水柱的高度超过所述涡轮机转子(3)的水平高度，更优选地，整个所述压力容器(1、2)被完全填充；
关闭所述第一闭合装置并打开所述第二闭合装置，因此所述液柱或水柱因其自身重量而下降，直至它被施加在所述下液箱(7)或所述下层流中的所述液体或水上的所述大气压力平衡，从而在所述压力容器(1、2)的上部的所述真空室(1)中产生真空，使得在均衡(平衡)状态下，填充所述液室或水室(2)的液柱或水柱的上表面位于所述涡轮机转子(3)之下。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述液柱或水柱高度(h)设置在10cm至1033cm的水平高度范围内，甚至更优选地高于1033cm。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，5.在所述真空室(1)中产生真空包括：
打开所述第二闭合装置，其用于打开和关闭所述压力容器(1、2)与放置所述压力容器(1、2)的所述下液箱(7)或所述下层水流之间的所述流出口；
通过至少一个真空泵(8)从所述压力容器(1、2)中抽出空气，使得所述液柱或水柱的液位上升到所述涡轮机转子(3)底部边缘以下的所需液位，并在所述压力容器(1、2)的所述上部的所述真空室(1)中产生真空。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述真空室(1)中产生真空包括：抽出先前填充所述压力容器(1、2)的液体或水直至所述液柱或水柱的液位降至所述涡轮机转子(3)之下，并且在所述压力容器(1、2)的所述上部的所述真空室(1)中产生真空。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，为了在所述真空室(1)中保持负压或真空并且为了将所述液柱或水柱的液位保持在所述涡轮机转子(3)之下，在向所述真空室(1)供应液体或水的步骤中，从所述压力容器(1、2)中抽出所述液体或水，优选地，抽出的液体或水的体积等于流入所述真空室(1)并落入所述液室或水室(2)的液体或水的体积。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体或水从用于液体或水的上液箱(6)供应到真空室(1)，所述上液箱(6)在所述真空室(1)的位置处直接环绕(容纳)所述真空容器(1、2)，或者通过供应管道(24)或通道与所述上液箱(6)连接。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从水流中直接或借助所述供应液体或水的装置(尤其是，通过管道或通道)向所述真空室(1)供应液体或水，其中，所述真空室位于所述水流中或位于所述水流的高度处。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述真空室(1)中产生的所述负压或真空在某一特定时刻采用低于所述真空室(1)外部的压力值的值，并且该压力优选地为所述大气压力，其中，所述负压或真空优选地采用1Pa至101,324Pa范围内的值。
11.一种用于产生电能的发电系统，尤其是水厂，用于执行根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述系统包括：
压力容器(1、2)，其包括：
至少一个流入口；
至少一个流出口；
第一闭合装置，用于关闭和打开所述流入口，其中，所述流入口用于借助供给液体或水的装置向所述压力容器(1、2)供应液体或水；
第二闭合装置，用于关闭和打开所述流出口，其中，所述流出口用于借助排出液体或水的装置将液体或水排出所述压力容器(1、2)；
用于向所述压力容器(1、2)内部供应液体或水的装置；
用于将液体或水排出所述压力容器(1、2)的装置；
至少一个涡轮机(3)，其中，涡轮机转子(3)位于所述压力容器(1、2)内部；
发电机(4)，用于产生电能，其与所述涡轮机(3)耦合；
所述系统还包括用于在所述压力容器(1、2)内部产生和/或保持负压或真空的装置；
其中，所述压力容器(1、2)包括：真空室(1)，用于在所述真空室内部产生负压或真空；液室或水室(2)，用于填充液体或水；
其中，所述真空室(1)位于所述压力容器(1、2)的上部，所述液室或水室(2)位于所述压力容器(1、2)的下部、压力室(1)的下方；
此外，所述真空室(1)与所述液室或水室(2)之间的界面随时间变化且取决于所述系统的工作状态或工作周期，并且由填充所述液室或水室(2)的液柱或水柱的上表面决定，以将所述压力容器(1、2)分为两种介质，即构成其中存在负压或真空的所述真空室(1)的第一种介质以及构成所述水室或液室(2)的第二种介质，所述水室或液室(2)填充有水或液体，使得在电能生产周期内，所述水柱或液柱的所述上表面基本上位于所述真空室(1)中的所述涡轮机转子(3)下方；
其中，所述至少一个入口位于所述真空室(1)中，使得通过所述供应液体或水的装置向所述真空室(1)供应的所述液体或水被引导至所述涡轮机转子(3)，使其旋转并通过所述发电机(4)产生电能。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于供应液体或水的上液箱(6)，所述液体或水通过所述至少一个流入口流入所述真空室(1)。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述上液箱(6)位于所述真空室(1)周围，基本上位于所述至少一个流入口所在的区域和高度，其中，所述真空室(1)直接位于所述上液箱(6)中。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述上液箱(6)通过供应管道(24)与所述真空室(1)中的所述至少一个流入口连接。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于液体或水的下液箱(7)，至少所述液室或水室(2)的底部放置在所述下液箱(7)中，使得在所述下液箱(7)与所述液室或水室(2)之间提供液体或水的流量，尤其是通过位于所述液室或水室(2)中的所述流出口。
16.根据权利要求11、12、13或14所述的系统，其特征在于，优选地位于所述真空室(1)中的所述至少一个流入口内的至少一个阀(11、12)构成所述第一闭合装置。
17.根据权利要求11或15所述的系统，其特征在于，在所述下液箱(7)与所述液室或水室(2)之间提供液体或水的调节流量、优选地位于所述液室或水室(2)中的所述至少一个流出口内的至少一个阀(13、14)构成所述第二闭合装置。
18.根据权利要求11、12、13、14或16所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于液体或水的上供应罐(27)，其中容纳了所述整个上液箱(6)。
19.根据权利要求11、15或17所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于液体或水的下储存罐(28)，其中容纳了所述整个下液箱(7)。
20.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述真空室(1)包括空气阀(9)和真空泵(8)。
21.根据上述权利要求11-20中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有开口端的真空缸(37)，所述真空缸(37)与所述真空室(1)连接，其中，可移动滑动元件放置在所述真空缸(37)中，所述元件优选为活塞(38)或薄膜，用于通过因所述真空室(1)与所述真空室(1)外部的大气压力之间的压力差而使所述可移动元件发生位移来驱动附加发电机(4)，从而产生电能。
22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述活塞(38)通过拉索(39)连接到镇流器(42)，并且所述拉索(39)与所述附加发电机(4)耦合以产生电能，优选地通过机械传动装置(43)。
23.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述活塞(38)与齿条(44)连接，所述齿条(44)与所述附加发电机(4)耦合以产生电能，优选地通过机械传动装置(43)。
24.根据权利要求11-23中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个压力容器(1、2)，每个压力容器构成单独的级，其中，所述各级以其形成级联系统的方式连接。
25.一种用于产生电能的发电系统，尤其是水厂，其中，液体或水的能量被转化为电能，其特征在于，所述系统包括：
压力容器(1、2)，其包括：
至少一个流入口；
至少一个流出口；
第一闭合装置，用于关闭和打开所述流入口，其中，所述流入口用于借助供应液体或水的装置向所述压力容器(1、2)供应液体或水；
第二闭合装置，用于关闭和打开所述流出口，其中，所述流出口用于借助排出液体或水的装置将液体或水排出所述压力容器(1、2)；
用于向所述压力容器(1、2)内部供应液体或水的装置；
用于将液体或水排出所述压力容器(1、2)的装置；
至少一个涡轮机(3)；
至少一个发电机(4)，用于产生电能，其与所述涡轮机(3)耦合；
用于在所述压力容器(1、2)内部产生或保持负压或真空的装置；
其中，所述压力容器(1、2)包括：真空室(1)，适于在所述真空室内部产生负压或真空；液室或水室(2)，适于填充液体或水；
其中，所述真空室(1)位于所述压力容器(1、2)的上部，所述液室或水室(2)位于所述压力容器(1、2)的下部、压力室(1)的下方；
此外，所述真空室(1)与所述液室或水室(2)之间的界面随时间变化且取决于所述系统的工作状态或工作周期，并且由填充所述液室或水室(2)的液柱或水柱的上表面决定，以将所述压力容器(1、2)分为两种介质，即构成其中存在负压或真空的所述真空室(1)的第一种介质以及构成所述水室或液室(2)的第二种介质，所述水室或液室(2)填充有水或液体，使得在电能生产周期内，所述水柱或液柱的所述上表面基本上位于所述第一闭合装置或所述真空室(1)中的所述流入口下方；
其中，涡轮机转子(3)放置在所述压力容器(1、2)外部，使得所述涡轮机转子(3)可以通过所述向所述压力容器(1、2)供应液体或水的装置供应所述液体或水来驱动。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述涡轮机转子(3)位于管道(24)中，所述管道(24)供应所述供应液体或水并且连接上液箱(6)和所述真空室(1)中的所述流入口。
27.根据权利要求25或26所述的系统，其特征在于，所述涡轮机转子(3)位于所述真空室(1)中，使得流入所述压力容器(1、2)的所述液体或水通过所述真空室(1)中的所述流入口引导至所述涡轮机转子(3)上，使其旋转并通过所述发电机(4)产生电能。
28.一种用于产生电能的发电系统，尤其是水厂，其中，液体或水的能量被转化为电能，其特征在于，所述系统包括：
压力容器(1、2)，其包括：
至少一个流入口；
至少一个流出口；
第一闭合装置，用于关闭和打开所述流入口，其中，所述流入口用于借助供应液体或水的装置向所述压力容器(1、2)供应液体或水；
第二闭合装置，用于关闭和打开所述流出口，其中，所述流出口用于借助排出液体或水的装置将液体或水排出所述压力容器(1、2)；
用于向所述压力容器(1、2)内部供应液体或水的装置；
用于将液体或水排出所述压力容器(1、2)的装置；
至少一个涡轮机(3)；
至少一个发电机(4)，用于产生电能，其与所述涡轮机(3)耦合；
用于在所述压力容器(1、2)内部产生或保持负压或真空的装置；
其中，所述压力容器(1、2)包括：真空室(1)，适于在所述真空室内部产生负压或真空；液室或水室(2)，适于填充液体或水；
其中，所述真空室(1)位于所述压力容器(1、2)的上部，所述液室或水室(2)位于所述压力容器(1、2)的下部、压力室(1)的下方；
其中，所述真空室(1)与所述液室或水室(2)之间的界面随时间变化且取决于所述系统的工作状态或工作周期，并且由填充所述液室或水室(2)的液柱或水柱的上表面决定，以将所述压力容器(1、2)分为两种介质，即构成其中存在负压或真空的所述真空室(1)的第一种介质以及构成所述水室或液室(2)的第二种介质，所述水室或液室(2)填充有水或液体，使得在电能生产周期内，所述水柱或液柱的所述上表面基本上位于所述第一闭合装置或所述真空室(1)中的所述至少一个流入口下方；
其中，所述系统还包括具有开口端的真空缸(37)，所述真空缸(37)与所述真空室(1)连接，其中，可移动滑动元件放置在所述真空缸(37)中，所述可移动滑动元件优选为活塞(38)或薄膜，用于通过因所述真空室(1)与所述真空室(1)外部的较高压力(后者优选为大气压力)之间的压力差而使所述可移动滑动元件发生位移来驱动所述发电机(4)。
29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述活塞(38)通过拉索(39)连接到镇流器(42)，并且所述拉索(39)与附加发电机(4)耦合以产生电能，优选地通过机械传动装置(43)。
30.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述活塞(38)与齿条(44)连接，所述齿条(44)与所述附加发电机(4)耦合，优选地通过机械传动装置(43)。
31.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述涡轮机转子(3)位于所述真空室(1)中，使得流入所述压力容器(1、2)的液体或水通过所述真空室(1)中的所述流入口引导至所述涡轮机转子(3)上，使其旋转并通过所述发电机(4)产生电能。
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