CN219011141U - 一种富水区双电源隧道水力发电结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种富水区双电源隧道水力发电结构，包括取水拦水坝、引水管道、发电系统、排水系统和监控系统，发电系统包括发电机房，发电机房设置在隧道的通风斜井内与风机房融为一体，发电机房内设有水力发电机组，通过引水管道连通取水拦水坝与水力发电机组，水力发电机组下方设有用于排出发电尾水的尾水通道，尾水通道连通隧道排水系统，发电厂房内设有监控系统；本实用新型利用位于富水区内的隧道附近的消防取水剩余水资源进行发电，实现了利用隧洞附近的水资源同时满足隧道消防用水和发电用水，发出的电用于隧洞的电力供应，同时保留隧洞中的国网供电电路作为应急电路，实现在少电缺电的条件下双电源供电，保证隧洞的用电需求。

Description

一种富水区双电源隧道水力发电结构

技术领域

本实用新型属于隧道工程设计建造技术领域，涉及一种富水区双电源隧道水力发电结构。

背景技术

近年来，随着公路建设已从平原丘陵低山区向中高山区延伸，中高山区特殊的地形、地质条件，致使单个隧道长度及隧道总规模显著增加，超特长隧道越来越多，如国内某高速公路，隧道总规模58.6km，占路线总长度约50％；国内另一条高速公路，隧道总规模84.7km，占路线总长度约49％。隧道规模大，由此带来通风、照明营运费用高。根据某山区高速公路13.4km超长隧道通风系统及照明系统的统计计算，其通风和照明系统的设备功率为8600kW，每年耗电量约1400万度，电费按0.7元/度计，所需电费总计约980万元。故，目前高速公路速度工程运营耗能巨大。为解决上述问题，实现节能减排，目前主要采用在隧道外边坡设置太阳能发电及在隧道中设置风力发电等方式加以解决。

在隧道中设置风力发电，其主要通过车辆在隧道内运行产生的风力或者隧道两端气候差异引起的自然风力发电，其通常需要在隧道主洞壁面安装风力发电装置，如：申请号为CN200910008652.9、实用新型名称为隧道风动发电装置的实用新型专利申请；申请号为CN201610658431.6、实用新型名称为一种高效集风式隧道风能发电装置的实用新型专利申请；申请号为CN201510470350.9、实用新型名称为一种装有涡轮风力发电装置的高速隧道的实用新型专利申请。

但在隧道中设置风力发电装置，存在如下不足：

1、由于隧道内风力并不恒定，因此，其发电量也并不稳定，而为了能获得稳定的电力供应，必须设置大型电池组等储能装置，成本极高。

2、风力发电装置安装于隧道内壁，占用隧道净空空间，且为了提高其发电能力，通常需要设置集风箱等辅助装置，因此，为保证隧道内的净空空间，保障其车辆通过并满足相关技术规范要求，需要增大隧道断面尺寸，从而导致工程量极大增加。

对于附近拥有富水区的隧洞，依靠附近的河流就近建设水力发电站，并架设专线为隧洞进行供电，与国网专线构成双电源，可以有效的缓解供电压力，大幅降低用电成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为解决现有的隧道供电压力巨大，设置风力发电装置发电量不稳定的问题，特提供一种富水区双电源隧道水力发电结构，不仅实现保障消防水源的同时，利用剩余水资源进行发电，也实现为隧道照明等用电提供双电源供电。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种富水区双电源隧道水力发电结构，包括取水拦水坝、引水管道、发电系统、排水系统和监控系统，所述发电系统包括发电机房，所述发电机房设置在隧道的风机房旁，并与隧道风机房融为一体，所述发电机房内设有水力发电机组，所述引水管道连通取水拦水坝与水力发电机组，所述水力发电机组下方设有用于排出发电尾水的尾水通道，所述尾水通道连通排水系统，所述发电机房内设有监控系统。

上述方案中，水力发电机组为冲击式水轮机发电机组，所述引水管道沿通风斜井的边墙设置，并连接至水力发电机组的水轮机的进水口。

上述方案中，所述排水系统包括尾水渠，所述尾水通道连通尾水渠，所述尾水渠连通隧道检查井，所述检查井连通中央排水沟，所述引水管道上设有挡水墙，所述通风斜井内引水管道靠近发电机房处设有截水沟，挡水墙下端固定连接在截水沟上，所述截水沟连通尾水渠。

上述方案中，所述取水拦水坝包括拦水坝体，所述拦水坝体顶部中段设置溢流坝段，所述溢流坝段连通拦水坝体的上游河道和拦水坝体的下游河道，所述溢流坝段的断面为实用堰型，所述溢流坝段的迎水面为铅直面，所述溢流坝段的出水面上设有取水口，所述取水口上可拆卸连接有底格栏栅，所述拦水坝体内布置有沉砂池，所述取水口通过取水管路连通溢流坝段和沉砂池，所述取水管路上设有取水阀，所述沉砂池侧壁靠近底部的位置设有引水管道。

上述方案中，所述沉砂池内由下至上依次设有连通的沉泥区、蓄水区、斜管沉淀区，所述斜管沉淀区内设有用于吸附泥沙的斜管，所述沉泥区的底部设有排泥管道，所述排泥管道的一端伸出沉砂池外并在这一端的端部设有排泥泵，所述沉泥区的底部矩形阵列有多个沉泥坑，所述排泥管道包括沿沉砂池的长度方向平行设置在沉泥坑上方的多组排泥总管，所述排泥总管上设有与沉泥坑一一对应的排泥支管，所述排泥支管的进泥端抵靠在沉泥坑的底部，所述引水管道连接在沉砂池远离排泥泵的一侧壁的底部，引水管与沉砂池的连接位置位于蓄水区底部，引水管上设置有引水阀，引水管道与沉砂池的连接处设有拦污栅，所述拦污栅上方设有用于清理拦污栅的冲砂管，所述冲砂管连通取水管路，所述冲砂管上设有冲砂阀。

上述方案中，所述引水管一侧设有消防取水管，所述风机房旁设有消防水池，所述消防取水管连通消防水池，所述消防取水管上设有消防取水阀，所述消防水池连接隧道消防取水系统。

上述方案中，所述水力发电机组一侧副厂房设有变压器，所述隧道内设有供电网络，所述供电网络连通国家电网，所述变压器接入隧道变电所的10kV供电母线，并不向国家电网返送电力。

上述方案中，所述监控系统包括设备内监控组件、设备外监控组件、信息融合装置、故障预警装置、应急处理装置和远程服务器，所述设备内监控组件设置于待监控设备的内部，所述设备外监控组件设置于待监控设备的外部，所述设备外监控组件包括非接触温度传感器、非接触湿度传感器、空气质量检测仪、监控摄像头、振动位移传感器和压力传感器，所述信息融合装置的输入端与设备内监控组件和设备外监控组件连接，所述信息融合装置的输出端分别于故障预警装置和远程服务器连接，所述远程服务器与故障预警装置连接。

上述方案中，所述引水管道、消防取水管路内均设有流量计，所述流量计电性连接信息融合装置，所述取水阀、冲砂阀、引水阀和消防取水阀均电性连接应急处理装置，并受应急处理装置控制。

上述方案中，还包括监控PC端和监控移动端，所述远程服务器通过信号连接至监控PC端和监控移动端。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过取水拦水坝、引水管道、发电系统、排水系统，利用位于富水区内的隧道附近的水资源进行发电，实现了利用隧洞附近的水资源进行发电，发出的电用于隧洞的电力供应，同时保留原隧洞中的供电电路作为应急电路，实现在少电缺电的条件下双电源供电，使得隧洞需要的电力可以充足的供应，保证隧洞的用电需求；

2.本实用新型不仅满足隧道消防取水需要，也满足隧道用电等照明系统所需发电系统取水需求；

3.本实用新型中通过取水拦水坝，结合消防取水坝进行设计，将发电厂房设置在风机房附近，引水管道敷设于通风斜井内，并通过隧道的排水系统排出发电尾水，充分利用隧道自身必备结构，对隧道工程量的影响极小；

4.本实用新型中整个发电系统均设置于隧道主洞外，避免了侵占隧道主洞净空，对隧道主洞通行能力不构成影响。

5.本实用新型中在长深隧道内，利用消防用水剩余水资源，开发清洁能源，创造清洁能源价值，在碳达峰碳中和的契机下，充分利用清洁能源，并可在偏远山区电力资源紧缺、电价过高的情况下进行补充，还可在类似隧道群进行推广运用。

附图说明

图1为本实用新型具体结构示意图；

图2为本实用新型中拦水坝体的结构示意图；

图3为本实用新型中引水管道的剖视图；

其中附图标记具体为：1-隧道，2-取水拦水坝，3-发电厂房，4-引水管道，5-排水系统，6-消防水池，11-通风斜井，12-截水沟，21-拦水坝体，22-溢流坝段，23-沉砂池，25-冲砂管，31-水力发电机组，32-尾水通道，33-变压器，41-挡水墙，42-引水阀，51-尾水渠，52-检查井，53-中央排水沟，61-消防取水管，62-消防取水阀，211-上游河道，212-下游河道，221-取水口，222-取水管路，223-取水阀，224-底格栏栅，231-拦污栅，232-沉泥区，233-蓄水区，234-斜管沉淀区，235-排泥泵，236-沉泥坑，237-排泥总管，238-排泥支管，251-冲砂阀。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

一种富水区双电源隧道水力发电结构，包括取水拦水坝2、引水管道4、发电系统、排水系统和监控系统，所述发电系统包括发电机房3，所述发电机房3设置在隧道1的风机房3内，两者并排布置，所述发电机房3内设有水力发电机组31，所述引水管道4连通取水拦水坝2与水力发电机组31，所述水力发电机组31下方设有用于排出发电尾水的尾水通道32，所述尾水通道32连通排水系统，所述发电机房3内设有监控系统；

在本实施例中，通过取水拦水坝2、引水管道4、发电系统、排水系统5，利用位于富水区内的隧道附近的水资源进行发电，实现了利用隧洞附近的水资源进行发电，发出的电用于隧洞的电力供应，同时保留原隧洞中的供电电路作为应急电路，实现在少电缺电的条件下双电源供电，使得隧洞需要的电力可以充足的供应，保证隧洞的用电需求。

实施例2

在实施例1的基础上，所述水力发电机组31为冲击式水轮机发电机组，所述引水管道4沿通风斜井11的边墙设置，并连接至水力发电机组31的水轮机的进水口。

实施例3

在实施例1或2的基础上，所述水力发电机组31一侧设有变压器33，所述隧道1内设有供电网络，所述供电网络连通国家电网，所述变压器33接入供电网络，并不向国家电网返送电力。

实施例4

在上述实施例的基础上，所述排水系统包括尾水渠51，所述尾水通道32连通尾水渠51，所述尾水渠51连通隧道1的检查井52，所述尾水渠51连通隧道1的检查井52，所述检查井52连通中央排水沟53，所述引水管道4上设有挡水墙41，所述通风斜井11内引水管道4靠近发电机房处设有截水沟12，挡水墙41下端固定连接在截水沟12上，所述截水沟12连通尾水渠51。

实施例5

在上述实施例的基础上，所述取水拦水坝2包括拦水坝体21，所述拦水坝体21顶部中段设置溢流坝段22，所述溢流坝段22连通拦水坝体21的上游河道211和拦水坝体21的下游河道212，所述溢流坝段22的断面为实用堰型，所述溢流坝段22的迎水面为铅直面，所述溢流坝段22的出水面上设有取水口221，所述取水口221上可拆卸连接有底格栏栅224所述拦水坝体21内布置有沉砂池23，所述取水口221通过取水管路222连通溢流坝段22和沉砂池23，所述取水管路222上设有取水阀223，所述引水管道4连接在沉砂池23侧壁靠近底部的位置；

在本实施例中，通过取水拦水坝2的设置，结合消防取水坝进行设计，将发电厂房3设置在风机房旁，引水管道4敷设于通风斜井11内，并通过隧道的排水系统排出发电尾水，充分利用隧道自身必备结构，对隧道工程量的影响极小；同时整个发电系统均设置于隧道主洞外，避免了侵占隧道主洞净空，对隧道主洞通行能力不构成影响。

实施例6

在上述实施例的基础上，所述沉砂池23内由下至上依次设有连通的沉泥区232、蓄水区233、斜管沉淀区234，所述斜管沉淀区234内设有用于吸附泥沙的斜管，所述沉泥区232的底部设有排泥管道，所述排泥管道的一端伸出沉砂池23外并在这一端的端部设有排泥泵235，所述沉泥区232的底部矩形阵列有多个沉泥坑236，所述排泥管道包括沿沉砂池的长度方向平行设置在沉泥坑236上方的多组排泥总管237，所述排泥总管237上设有与沉泥坑236一一对应的排泥支管238，所述排泥支管238的进泥端抵靠在沉泥坑236的底部，所述引水管道4连接在沉砂池23远离排泥泵235的一侧壁，引水管道4与沉砂池23的连接位置位于蓄水区233底部，引水管道4上设置有引水阀42，引水管道4与沉砂池的连接处设有拦污栅231，所述拦污栅231上方设有用于清理拦污栅231的冲砂管25，所述冲砂管25连通取水管路222，所述冲砂管25上设有冲砂阀251。

实施例7

在上述实施例的基础上，所述引水管道4与沉砂池23的连接处一侧连接有消防取水管61，所述通风斜井11设有消防水池6，所述消防取水管61连通消防水池6，所述消防取水管61上设有消防取水阀62，所述消防水池连通隧道消防系统。

实施例8

在上述实施例的基础上，所述监控系统包括设备内监控组件、设备外监控组件、信息融合装置、故障预警装置、应急处理装置和远程服务器，所述设备内监控组件设置于待监控设备的内部，所述设备外监控组件设置于待监控设备的外部，所述设备外监控组件包括非接触温度传感器、非接触湿度传感器、空气质量检测仪、监控摄像头、振动位移传感器和压力传感器，所述信息融合装置的输入端与设备内监控组件和设备外监控组件连接，所述信息融合装置的输出端分别与故障预警装置和远程服务器连接，所述远程服务器与故障预警装置连接。

实施例9

所述引水管道4、消防取水管路61内均设有流量计，所述流量计电性连接信息融合装置，所述取水阀、冲砂阀、引水阀和消防取水阀均电性连接应急处理装置，并受应急处理装置控制。

实施例10

在上述实施例的基础上，还包括监控PC端和监控移动端，所述远程服务器通过信号连接至监控PC端和监控移动端。

实验例

1.四川雅康高速公路二郎山隧道双电源供电及消防水源保障工程：坝址以上面积20.4km²，河长7.92km，比降189‰，项目总装机为630kW，总投资约为825.74万元，多年平均发电量达到385.3万kW·h，按电价0.5462元/kW·h计，上网有效电量90％测算，相应年发电收入约191.17万元。

2.汶马高速公路鹧鸪山隧道及洛脚双电源供电及消防水源保障工程：坝址以上流域面积72.8km²，坝址多年平均流量1.82m³/s，正常蓄水位3340m，尾水位3080m，利用落差260m，开发方式为引水式，项目总投资约为6672万元，装机规模为5.4MW，多年平均发电量2440万kw.h，按电价0.55元/kW·h计，上网有效电量90％测算，相应年发电收入约1208万元。

3.汶马高速公路毛木初隧道朴鸭脚双电源供电及消防水源保障工程：坝址以上流域面积57.9km²，坝址多年平均流量1.44m³/s，正常蓄水位3440m，尾水位2840m，利用落差600m，开发方式为引水式，项目总投资约为9955万元，装机规模为10MW。多年平均发电量4523万kw.h，按电价0.58元/kW·h计，上网有效电量90％测算，相应年发电收入约2361万元。

4.汶马高速公路卓克隧道纳足沟双电源供电及消防水源保障工程，坝址以上流域面积132.2km²，坝址多年平均流量3.30m³/s，正常蓄水位2910m，尾水位2780m，利用落差130m，开发方式为引水式，项目总投资为6560万元，装机规模为0.67MW，多年平均发电量2174万kw.h，按电价0.54元/kW·h计，上网有效电量90％测算，相应年发电收入约1057万元。

综上所述，本实用新型可在长深隧道内，利用消防用水剩余水资源，开发清洁能源，创造清洁能源价值，在碳达峰碳中和的契机下，充分利用清洁能源，并可在偏远山区电力资源紧缺、电价过高的情况下进行补充，还可在类似隧道群进行推广运用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种富水区双电源隧道水力发电结构，包括取水拦水坝(2)、引水管道(4)、发电系统、排水系统和监控系统，其特征在于：所述发电系统包括发电机房(3)，所述发电机房(3)设置在隧道(1)的风机房内，发电机房(3)与风机房并排布置，所述发电机房(3)内设有水力发电机组(31)，所述引水管道(4)连通取水拦水坝(2)与水力发电机组(31)，所述引水管道布置在隧道通风斜井(11)内，所述水力发电机组(31)下方设有用于排出发电尾水的尾水通道(32)，所述尾水通道(32)连通排水系统，所述发电机房(3)内设有监控系统。

2.根据权利要求1所述的一种富水区双电源隧道水力发电结构，其特征在于：所述水力发电机组(31)为冲击式水轮机发电机组，所述引水管道(4)沿通风斜井(11)的边墙设置，并连接至水力发电机组(31)的水轮机的进水口。

3.根据权利要求2所述的一种富水区双电源隧道水力发电结构，其特征在于：所述水力发电机组(31)一侧设有变压器(33)，所述隧道(1)内设有供电网络，所述供电网络连通国家电网，所述变压器(33)接入供电网络位于隧道端头的供电母线，并不向国家电网返送电力。

4.根据权利要求1所述的一种富水区双电源隧道水力发电结构，其特征在于：所述排水系统包括尾水渠(51)，所述尾水通道(32)连通尾水渠(51)，所述尾水渠(51)连通隧道(1)的检查井(52)，所述检查井(52)连通中央排水沟(53)，所述引水管道(4)上设有挡水墙(41)，所述通风斜井(11)内引水管道(4)靠近发电机房处设有截水沟(12)，挡水墙(41)下端固定连接在截水沟(12)上，所述截水沟(12)连通尾水渠(51)。

5.根据权利要求1所述的一种富水区双电源隧道水力发电结构，其特征在于：所述取水拦水坝(2)包括拦水坝体(21)，所述拦水坝体(21)顶部中段设置溢流坝段(22)，所述溢流坝段(22)连通拦水坝体(21)的上游河道(211)和拦水坝体(21)的下游河道(212)，所述溢流坝段(22)的断面为实用堰型，所述溢流坝段(22)的迎水面为铅直面，所述溢流坝段(22)的出水面上设有取水口(221)，所述取水口(221)上可拆卸连接有底格栏栅(224)所述拦水坝体(21)内布置有沉砂池(23)，所述取水口(221)通过取水管路(222)连通溢流坝段(22)和沉砂池(23)，所述取水管路(222)上设有取水阀(223)，所述引水管道(4)连接在沉砂池(23)侧壁靠近底部的位置。

6.根据权利要求5所述的一种富水区双电源隧道水力发电结构，其特征在于：所述沉砂池(23)内由下至上依次设有连通的沉泥区(232)、蓄水区(233)、斜管沉淀区(234)，所述斜管沉淀区(234)内设有用于吸附泥沙的斜管，所述沉泥区(232)的底部设有排泥管道，所述排泥管道的一端伸出沉砂池(23)外并在这一端的端部设有排泥泵(235)，所述沉泥区(232)的底部矩形阵列有多个沉泥坑(236)，所述排泥管道包括沿沉砂池的长度方向平行设置在沉泥坑(236)上方的多组排泥总管(237)，所述排泥总管(237)上设有与沉泥坑(236)一一对应的排泥支管(238)，所述排泥支管(238)的进泥端抵靠在沉泥坑(236)的底部，所述引水管道(4)连接在沉砂池(23)远离排泥泵(235)的一侧壁，引水管道(4)与沉砂池(23)的连接位置位于蓄水区(233)底部，引水管道(4)上设置有引水阀(42)，引水管道(4)与沉砂池的连接处设有拦污栅(231)，所述拦污栅(231)上方设有用于清理拦污栅(231)的冲砂管(25)，所述冲砂管(25)连通取水管路(222)，所述冲砂管(25)上设有冲砂阀(251)。

7.根据权利要求6所述的一种富水区双电源隧道水力发电结构，其特征在于：所述引水管道(4)与沉砂池(23)的连接处的一侧设有消防取水管(61)，所述通风斜井(11)设有消防水池(6)，所述消防取水管(61)连通消防水池(6)，所述消防取水管(61)上设有消防取水阀(62)，所述消防水池(6)连通隧道的消防取水系统。

8.根据权利要求7所述的一种富水区双电源隧道水力发电结构，其特征在于：所述监控系统包括设备内监控组件、设备外监控组件、信息融合装置、故障预警装置、应急处理装置和远程服务器，所述设备内监控组件设置于待监控设备的内部，所述设备外监控组件设置于待监控设备的外部，所述设备外监控组件包括非接触温度传感器、非接触湿度传感器、空气质量检测仪、监控摄像头、振动位移传感器和压力传感器，所述信息融合装置的输入端与设备内监控组件和设备外监控组件连接，所述信息融合装置的输出端分别与故障预警装置和远程服务器连接，所述远程服务器与故障预警装置连接。

9.根据权利要求8所述的一种富水区双电源隧道水力发电结构，其特征在于：所述引水管道(4)、消防取水管(61)内均设有流量计，所述流量计电性连接信息融合装置，所述取水阀、冲砂阀、引水阀和消防取水阀均电性连接应急处理装置，并受应急处理装置控制。

10.根据权利要求8所述的一种富水区双电源隧道水力发电结构，其特征在于：还包括监控PC端和监控移动端，所述远程服务器通过信号连接至监控PC端和监控移动端。

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