TWM557776U - 水力發電機 - Google Patents

Abstract

本新型為一種水力發電機，係使用高山細小瀑布或小溪等，小流量之水源之重力位能，產生一壓力來帶動發電機發電，以發展經濟實惠之高彈性綠色能源。本創作以一上汲水斗連接一複數個管路，該些個管路再連接一下汲水斗，最後以一渦輪發電機連接該下汲水斗；本創作係以多管路並聯，且個別設置節流閥於管路上，藉由關閉一定數量之管路來調節流量，使水壓達到一定值即可發電，該管路之管徑無需過大，只要高度達到所需之高度即可蓄壓，以應對水流量不穩之水源。

Description

水力發電機

本創作相關於一種發電機，特別是相關於一種水力發電機。

小型水力發電是一種專門為小型社區，或是私人工業所發展的水力發電業務。目前小型水力發電的定義並沒有一項標準，但被普遍接受的小型水力發電為發電廠內的機組裝置容量介於1～20MW之間，而這方面也與分散式發電中所定義的小型水力發電相同。在美國、加拿大以及中國，小型水力發電的定義將發電機組的裝置容量寬限到50MW。相反的，許多水力發電設施就比起小水力發電來的更巨大，如裝置容量高達2,074 MW的美國胡佛水壩，或者是由田納西流域管理局所轄下的多項大型水力發電設施。

小型水力發電通常可以再細分為 100 至 1,000 KW 的小型水力發電，以及 5 至 100 KW 的微型水力發電。微型水力發電因為其規模，因此適合裝置在較小的社區、家庭或是小型企業。更小的微微型水力發電，其裝置容量大約低於 5KW。

小型水力發電廠所生產的電力可以直接與一般的配電網路連結並供電，因此屬於低成本的可再生能源。此外，小型水力發電廠可以建設在偏遠地區，以服務一些國家供電系統之外的偏鄉地區，或是因成本高昂而沒有架設電網的地區。由於小型水力發電廠一般僅會有極小型的水壩，以及發電廠房等設施的土建工程，因此小型水力發電被認為比其一般大型的水力發電設施，對於環境的影響來的更小。這樣的狀況也減少了能源生產與環境破壞之間的平衡。而其中有項工具能夠針對這個問題進行評估，就是「歷年流量曲線圖」或是「FDC」。

水壩與發電廠，及小型的儲留池與小型抽蓄式發電廠可以促進分散式電能儲蓄以及分散高峰並平衡用電負載。此類型的水力發電廠可集中建立在地區電力供給不穩定的地區。

據REN21(Renewable Energy Policy Network for the 21st Century)所提出的報告中指出，2008年之間，小型水力發電設施的建立，比起2005年同期要增長了28%，並提高了世界小型水力發電裝置容量到達85GW。其中，光是中國便佔有超過70%（65GW），其次是日本（3.5GW），美國（3GW），印度（2GW）。中國計畫到2010年之前，將要推動農村電氣化方案，並更進一步要讓10,000個村落皆能夠使用到再生能源產出的電力，其中便包括將更進一步投資小型水力發電與太陽能發電的發展。

2013年，由國際小型水力發電中心與聯合國工業發展組織所提出的報告指出，目前全球中已開發的小型水力發電裝置容量約有75GW，具有小型水力發電發展潛能的還有173 GW。中國在小型水力發電發展方面取得了領先，2010年時，已完成45,000座發電廠的裝設量，尤其是農村地區，並提供每年160億千瓦·時的電力。目前有超過50%的小型水力發電潛能皆是在亞洲地區所發現，然而，報告中還表示，未來將會有更多的小型水力發電潛能在美洲大陸與非洲大陸兩者上找到。

在加拿大不列顛哥倫比亞省的山區與雨林之間，有大量技術上極度適合開發的水力發電潛能。然而，由於環境影響問題，因此自1980年代以後，已不再興建大型水庫與水力發電廠。面對這樣的狀況所提出的解決方法便是向廠商提出保證能夠興建100座裝置容量50MW的川流式小型水力發電廠的合約。雖然，電力生產如果沒有水庫的儲水能力，其一年之中的可發電量變化非常大，但加拿大方面允許一些已存在的大型水庫維持儲水，並向下游平均流放少許水量維持河道生態與川流式發電廠所需的水量。2014年，在不列顛哥倫比亞省，已完成商轉的發電廠總數裝置容量到達4,500 MW，並且共生產出18,000千瓦/時的電力。

水力發電是透過水的流動帶動發電機產生電能。並需要依靠充足的水量流動以及類似於瀑布般有效的落下高度，這樣的落差便稱為水頭。在典型的水力發電安裝方式中，水會從高處的前池，或調整池經由壓力鋼管落下，並進入到水輪機中。水進入到水輪機導葉、動輪中，並透過水的壓力帶動動輪上的軸承旋轉。軸承會連結到發電機上，而軸承旋轉，便會帶動發電機內的轉子旋轉，與定子相互以切線方向做功產生電磁感應，進而產生電力，便是以位能轉換成動能，再以動能轉換成電能。

小型水力發電大多都會利用現有的水壩，或新建小型的水壩來增加使用目標引水發電，而這些水壩通常的功用都是在於河川或湖泊水位的調節，以及引水進行灌溉。有時，老舊或被廢棄的小型水力發電廠會被買下後重新整修或是重新設計，有時，會維修發電廠中的核心部分如發電機組或壓力鋼管，或者有時，僅需要重新針對一個已停止運轉的發電廠申請水權使用許可。上述中的任何一種方式皆有節省成本的優勢，讓操作者僅需利用現有的設備，並重新申請水權即可運轉，可使得小型水力發電的投資報酬率非常高。

自從部份水力發電設備生產商推出了一系列小型水力發電安裝設備後，許多廠商也逐步跟進，皆推出規格化裝置容量200KW至10MW的發電機組。這樣的生產模式演化成"一條龍"的安裝套件，大大簡化了安裝站點的規劃與設計流程。但是，因為非經常性的工程成本雖已達到最小化，然而其餘項目的成本過度發展，使得這種系統的成本逐漸提高。獨立電網系統的發電廠較常採用同步發電機，而與大型電網系統連結的小型水力發電廠則通常選用經濟型的感應發電機，以更進一步的減少安裝成本並簡化控制和操作手續。

本創作之一目的，在提供一種水力發電機，提供一複數個管路將流體續壓，用於地形崎嶇之水源之水力發電結構。

本創作之一目的，在提供一種水力發電機，其提供一複數個管路，且個別設有節流閥，可在水源之水量低時關閉節流閥，以調節流量確保發電品質。

本創作提供一種水力發電機，包含一上汲水斗、一複數個管路、一下汲水斗以及一渦輪發電機；該些個管路連接於上汲水斗之出水口，且具有至少一節流閥，該節流閥設置於該些個管路之上端或下端。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該上汲水斗之一上出水口係為與該些個管路相同之數量。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該些個管路係以並聯方式連接該上汲水斗。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該些個管路，設置至少一節流閥於上端。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該節流閥個別設置於該些個管路之下端。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該些個管路之一管路入水口之高度低於該上汲水斗。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該下汲水斗係將該些個管路匯合成一下出水口之結構。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該渦輪發電機係以一發電單元與一渦輪扇葉組成。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該渦輪發電機連接該下出水口。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該渦輪發電機之一渦輪入水口高度低於該下汲水斗。

在本創作的一實施例中係提供一種水力發電機，其中該渦輪發電機，係依據水壓推動 該渦輪扇葉轉動。

以下根據圖1至圖4，而說明本創作的實施方式。該說明並非為限制本創作的實施方式，而為本創作之實施例的一種。

如圖1所示，依據本創作的第一實施例之一水力發電機10包含:一上汲水斗100、一複數個管路200、一下汲水斗300以及一渦輪發電機400。其中該上汲水斗100設有一上出水口101，該上出水口101之數量與該些個管路200相同；該些個管路200設有一管路入水口201與一管路出水口202；該下汲水斗300設有一下入水口301與一下出水口302；該渦輪發電機400包含一渦輪扇葉410與一發電單元420，且設有一渦輪入水口401。

承接上述，上汲水斗100系設置於複數個管路200之上方，複數個管路200設置於下汲水斗300之上方，下汲水斗300設置於渦輪發電機400之上方。該些個管路200係以並聯之方式連接於該上汲水斗100之該上出水口101，該些個管路200之該管路入水口201，其高度低於該上出水口101。該下汲水斗300與該些個管路200之該管路出水口202連接，並將該些個管路200匯集成一下出水口302，且該下汲水斗300之該下入水口301，其高度低於該管路出水口202。該渦輪發動機400與該下出水口302連接，且該渦輪發動機400之該渦輪入水口401，其高度低於該下出水口302。

承接上述，如圖1所示，當一流體進入該上汲水斗100時經由上出水口101分流成複數水流進入該複數個管路200之該管路入水口201，使該管路出水口202之水壓達到一定值，該些流體流出該些個管路200之後，經由該下入水口301進入該下汲水斗300，該下汲水斗300將該些流體匯集成一壓力水流，由該下出水口302噴出進入渦輪發電機400之渦輪入水口401，該壓力水流以一定值之壓力帶動該渦輪扇葉410使其轉動，藉由該渦輪扇葉410之轉動可帶動該發電單元420產生電能。

由於會影響環境問題自1980年代以後，台灣已不再興建大型水庫與水力發電廠。面對這樣的狀況如要繼續增加水力發電之使用戶，提出的解決方法是，使用對環境影響較小的小型水力發電。然而，台灣的水源通常位居高山或偏遠地區，如高山的細小瀑布或小溪流，因取水困難使台灣小型水力發電的發展受阻，為解決此問題本創作使用汲水斗連接複數個管路，使水流可以繞過地形，且水壓保持一定值，以該壓力帶動渦輪發電機之葉片進行發電，有效解決崎嶇地形之小型水力使用問題。

本案之另一實施例進一步揭示當流量不足時，使用節流閥以控制流體流入管路之流量，如圖3所示，該些個管路200包含，一第一管路220、一第二管路240、一第三管路260以及一第四管路280，本實施例以4個管路作一說明，本案之專利權不在此限，且，個別設置於該些個管路200之一節流閥210包含，一第一節流閥204、一第二節流閥205、一第三節流閥206以及一第四節流閥207；當一流體之流量充沛時，將該第一節流閥204、該第二節流閥205、該第三節流閥206以及該第四節流閥207開啟，使該流體流經該第一管路220、該第二管路240、該第三管路260以及該第四管路280，以達該流體之最大使用率；如該流體之流量低時，如圖4所示，將該第二節流閥205、該第三節流閥206以及該第四節流閥207關閉，使該流體經過該節流閥204集中於該管路280，再由該管路280進入下汲水斗300，最後進入該渦輪發動機400進行發電，其流體發電之過程與第一實施例相同，因此不再贅述。此外，如圖2所示，本創作亦可將該節流閥210個別設置在該些個管路200之下端。

由於台灣高山眾多且地形狹長，台灣的水源若無水庫集水通常具有水量變化過於浮動之問題，如高山的細小瀑布或小溪流夏天流量高，但冬天有枯水期，然而現今之小型水力發電機皆須一穩定之水源無調節水流量之功能，導致在枯水期水壓不足無法正常發電，使台灣小型水力發電的發展受阻，為解決此問題本創作使用複數個管路，其個別設有節流閥以控制流量，當流量充沛時節流閥全開，當進入枯水期流量變小時，適時關閉節流閥，使水壓保持一定值，並以該壓力帶動渦輪發電機之葉片，進行發電，有效解決水源水量不穩定之問題。

綜上所述，本創作之水力發電機藉由複數管路，使小型水力發電適可匹配流量較小之河流以進行發電，另一實施例更將該些管路個別搭配一節流閥去調節流量，以應對不穩定之水源，當水量調節後即可續壓，並以該壓力帶動渦輪發電機之葉片，進行發電。

以上之敘述以及說明僅為本創作之較佳實施例之說明，對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改，惟此些修改仍應是為本創作之發明精神而在本創作之權利範圍中。

10‧‧‧水力發電機
100‧‧‧上汲水斗
101‧‧‧上出水口
200‧‧‧管路
201‧‧‧管路入水口
202‧‧‧管路出水口
210‧‧‧節流閥
204‧‧‧第一節流閥
205‧‧‧第二節流閥
206‧‧‧第三節流閥
207‧‧‧第四節流閥
220‧‧‧第一管路
240‧‧‧第二管路
260‧‧‧第三管路
280‧‧‧第四管路
300‧‧‧下汲水斗
301‧‧‧下入水口
302‧‧‧下出水口
400‧‧‧渦輪發電機
401‧‧‧渦輪入水口
410‧‧‧渦輪扇葉
420‧‧‧發電單元

圖1為本創作之第一實施例示意圖； 圖2為本創作之第二實施例示意圖； 圖3為本創作之流量全開示意圖；以及 圖4為本創作之流量限制示意圖。

Claims (12)

1. 一種水力發電機，包含： 一上汲水斗； 一複數個管路，連接於該汲水斗下方； 一下汲水斗，連接該些個管路；以及 一渦輪發電機，連接該管路接合處。
2. 如請求項1所述之水力發電機，其中該上汲水斗之一上出水口係為與該些個管路相同之數量。
3. 如請求項1所述之水力發電機，其中該些個管路係以並聯方式連接該上出水口。
4. 如請求項1所述之水力發電機，其中該些個管路，個別設置至少一節流閥於該些個管路之上端。
5. 如請求項1所述之水力發電機，其中該節流閥個別設置於該些個管路之下端。
6. 如請求項1所述之水力發電機，其中該些個管路之一管路入水口之高度低於該上汲水斗。
7. 如請求項1所述之水力發電機，其中該下汲水斗係將該些個管路匯合成一下出水口之結構。
8. 如請求項1所述之水力發電機，其中該下汲水斗之一入水口高度低於該管路出水口。
9. 如請求項1所述之水力發電機，其中該渦輪發電機係以一發電單元與一渦輪扇葉組成。
10. 如請求項1所述之水力發電機，其中該渦輪發電機連接該下出水口。
11. 如請求項1所述之水力發電機，其中該渦輪發電機之一渦輪入水口高度低於該下汲水斗。
12. 如請求項1所述之水力發電機，其中該渦輪發電機，係依據水壓推動 該渦輪扇葉轉動。