專利名稱：提高蓄水儲(chǔ)能電站能源轉(zhuǎn)換率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬固定建筑物領(lǐng)域。
目前的蓄水儲(chǔ)能電站，在工作時(shí)，由于受到水頭損失、本身能耗等因素的影響。特別是只采用簡(jiǎn)單的一抽一放的形式，所以最佳的能源回收率也只在80%左右。要想再提高其能源的回收率，由于受到能的守恒定律的制約，目前還沒(méi)有什么突破性的進(jìn)展。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種《提高蓄水儲(chǔ)能電站能源轉(zhuǎn)換率的方法》，它是在目前蓄水儲(chǔ)能電站的基礎(chǔ)上，將蓄水池直接修建在供水池之上，并在蓄水池底開(kāi)一個(gè)孔，再將一個(gè)活塞式的浮體經(jīng)該孔而安放在供蓄兩水池之間，當(dāng)蓄水池蓄水儲(chǔ)能和放水發(fā)電時(shí)，都整定一個(gè)始動(dòng)力作用于浮體，使浮體的浮力或重力等于始動(dòng)力時(shí)，才能在供蓄兩水池間作上下運(yùn)動(dòng)。并將其運(yùn)動(dòng)中所具有的不屬于能的守恒定律范疇的能量提取出來(lái)，就能極大地提高其能源轉(zhuǎn)換率。
本發(fā)明的任務(wù)是以如下的方式完成的當(dāng)開(kāi)動(dòng)抽水裝置，水開(kāi)始進(jìn)入蓄水池(1)，這時(shí)，整定一個(gè)始動(dòng)力作用于浮體(2)，使浮體的浮力等于該值時(shí)，才能向上運(yùn)動(dòng)。隨著蓄水池的水位上升，浮體的浮力增大，當(dāng)?shù)扔谑紕?dòng)力時(shí)，浮體開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)。蓄水池滿水后，抽水裝置停機(jī)。浮體停止運(yùn)動(dòng)。開(kāi)始放水發(fā)電，這時(shí)又整定一個(gè)始動(dòng)力作用于浮體，使浮體的重力等于該始動(dòng)力時(shí)，浮體才能向下運(yùn)動(dòng)。隨著水位下降，但在始動(dòng)力的作用下，浮體尚未能向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)蓄水池放完水后，浮體的重力已等于始動(dòng)力，浮體開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)浮體處于平穩(wěn)后，已完成一個(gè)工步。又可開(kāi)動(dòng)抽水裝置，反復(fù)上述過(guò)程。在上述過(guò)程中，除蓄水儲(chǔ)能和放水發(fā)電在能的轉(zhuǎn)變和守恒定律的范疇內(nèi)守恒外，還可利用浮體上下運(yùn)動(dòng)的物理現(xiàn)象，將其在運(yùn)動(dòng)中所具有的能的守恒定律以外的能量提取出來(lái)加以利用，就能提高其能源的轉(zhuǎn)換率。
以下結(jié)合附圖
，對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并以浮體的直徑為2米高為10米，鋼材焊接結(jié)構(gòu)自重2噸。蓄水池的直徑為2.02米，高為10米為實(shí)施例，作進(jìn)一步的描述。
附圖為本發(fā)明的主視剖面示意圖，其中由蓄水池(1)，浮體(2)框架柱(3，5)，供水池(4)，基礎(chǔ)底板(6)所組成。
在附圖中，供水池(4)只要求浮體(2)在其活動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)直徑比浮體直徑稍大，深略高于浮體1/2高的位置，使浮體在工作時(shí)能上下運(yùn)動(dòng)即可。供水池的水平面應(yīng)與蓄水池(1)內(nèi)的底面平面平行。供水池應(yīng)取于有穩(wěn)定水位的開(kāi)放式的江河湖海上，使浮體作上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其水位不作變化，若取于水庫(kù)等其它封閉式的系統(tǒng)內(nèi)，則要求其庫(kù)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于浮體的體積，使浮體在作上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其水位僅作微小的，以至可以忽略不計(jì)的變化。
以本發(fā)明實(shí)施例為例，供水池(4)在浮體(2)的活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，只要有一個(gè)直徑為2.1米，深為5.1米的位置，供浮體運(yùn)動(dòng)即可。供水池的深若已低于河床，需在其直徑2倍以外的外圍，用磚或其它材質(zhì)砌一道略高于河床的攔污壩，以使污泥雜物不能流進(jìn)該處。在水平面以下的5.3米處，地基應(yīng)牢固，以用來(lái)建蓄水池的基礎(chǔ)。為使蓄水池能建于地面以下，供水池的水平面應(yīng)與地面平面相差10米。
浮體(2)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼材焊接結(jié)構(gòu)加工做成。采用圓柱體，圓周下面的邊緣處向下對(duì)稱引伸出四個(gè)0.1米的定位腳，以免使浮體全部上升到蓄水池后，由于側(cè)面放水發(fā)電而使浮體偏位，不能返回供水池。并根據(jù)采用不同材質(zhì)構(gòu)成的自重，在浮體內(nèi)加進(jìn)水或其它物質(zhì)使浮體的高度中線與蓄水池內(nèi)底面平面平行時(shí)，浮體(2)所排開(kāi)的水量與其重量相等。因浮體需在供蓄兩水池間作上下運(yùn)動(dòng)，而抽水進(jìn)蓄水池，是本發(fā)明的耗能部分，所以浮體與蓄水池兩者直徑相差宜在5至30毫米之間。只要使浮體能在蓄水池內(nèi)作上下運(yùn)動(dòng)即可。浮體的圓周應(yīng)光滑平亮，只在蓄水池內(nèi)運(yùn)動(dòng)的中線以上的上半部份，圓周各點(diǎn)到圓心的偏差值，應(yīng)小于浮體與蓄水池兩者半徑之差的1/2。中線以下的下半部份，因需在供蓄兩水池間運(yùn)動(dòng)，而浮體本身與蓄水池的底孔配合，也是阻止蓄水池的水經(jīng)蓄水池底孔流向供水池的唯一物體，所以其偏差值要小于上半部份偏差值的1/5。在浮體工作開(kāi)始運(yùn)動(dòng)前，先整定一個(gè)使浮體能夠開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的力作用于浮體，使浮體的浮力或重力等于該值時(shí)，浮體才能開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。該始動(dòng)力等于浮體1/2體積的排水量。即浮體本身的重量。
以本發(fā)明的實(shí)施例為例，浮體(2)的直徑取2米，高取10米，鋼材焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)成，用鐵枝做成直徑1.94米的圓圈21個(gè)，在各圓圈內(nèi)，再用兩鐵枝擺成十字形與各圈焊接，然后將每?jī)扇Ω?.5米用12條鐵枝在圓周平均分格焊接，以連接各圈。上底兩面另各加一圈直徑為一米的焊接進(jìn)去，構(gòu)成框架。以上鋼材直徑可取12至16毫米?？蚣芡鈬?毫米厚鐵板，圓周及底面直接焊接使之能密封。上面因需放水進(jìn)浮體內(nèi)，用螺栓連接。這樣浮體的自重為2噸，浸水5米時(shí)的排水量為15.7噸，所以需加水13.7噸，使浮體浸水5米時(shí)，排水量與重量相等。浮體上半部份的5米，圓周各點(diǎn)到圓心的偏差值應(yīng)控制在±5毫米以內(nèi)。下半部份的直徑應(yīng)控制在1.998至2米之間。整定浮體上下運(yùn)動(dòng)的始動(dòng)力均為15.7噸。
蓄水池(1)為圓柱體，其池體可用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼材焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)成。若建于地面以下，也可用磚、石等其它材質(zhì)，并每隔3至4米加一道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的圍身梁而構(gòu)成。由于該池是建在供水池(4)之上，所以該池的基礎(chǔ)是建造在供水池內(nèi)，為使供水池的水能暢通，基礎(chǔ)最底先用鋼筋混凝土加工一塊直徑稍大于蓄水池直徑的基礎(chǔ)底板。在該板到蓄水池底，只需用鋼筋混凝土倒柱立框架，若柱高超過(guò)5米。需隔3至4米另加一道圍身梁。
蓄水池(1)的高度與浮體(2)的高度相等。其直徑，根據(jù)本發(fā)明的需要，浮體是需在蓄水池內(nèi)作上下運(yùn)動(dòng)，而兩者間的空間位置是需耗能抽水進(jìn)去，使浮體產(chǎn)生浮力，所以兩者的直徑差宜在5至30毫米之間。在現(xiàn)有技術(shù)允許的范圍內(nèi)，也根據(jù)所建蓄水池采用不同的材質(zhì)和加工方法，來(lái)確定其池內(nèi)的直徑，但必須使浮體能在蓄水池內(nèi)作上下運(yùn)動(dòng)，而浮體與蓄水池之間又有水能流進(jìn)。蓄水池體的內(nèi)壁應(yīng)光滑平亮。各點(diǎn)到池內(nèi)圓心的偏差值應(yīng)小于蓄水池與浮體兩半徑之差的1/2。并在蓄水池底開(kāi)一個(gè)孔，該孔的孔面平面是供蓄兩水池的水位分界處，浮體也是經(jīng)該孔而在供蓄兩水池間作上下運(yùn)動(dòng)。理論上，該孔與浮體應(yīng)加工到缸套與活塞一樣的密封程度，但考慮到所建浮體及蓄水池的體積和重量，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，只需使其偏差值小于浮體與蓄水池兩者半徑偏差值的1/5，雖然多耗點(diǎn)能抽水進(jìn)去，只要在向蓄水池抽水時(shí)，流進(jìn)蓄水池的水遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)該孔而返回供水池的水即可。
就本發(fā)明的實(shí)施例而言，蓄水池(1)的直徑取2.02米，高取10米，半徑偏差值小于±5毫米，池體底孔直徑為2.001米，直徑最大偏差值為2毫米，使直徑控制在2.001至2.003米之間。當(dāng)浮體(2)全部處于蓄水池(1)時(shí)，兩者之間的空間為(1.012π-12π)×10＝0.63114立方米蓄水池體的基礎(chǔ)用直徑為16毫米的鋼材按150×150毫米分格排列加工成直徑為3米，高為0.2米的鋼筋混凝土基礎(chǔ)底板(6)。在該板面，對(duì)稱地加工4根用直徑16毫米的鋼材6條加工成直徑為0.3米，高為4.9米的鋼筋混凝土框架柱(3，5)。(附圖只繪兩根)。其中，各柱的鋼材均應(yīng)插入基礎(chǔ)底板和蓄水池體的底面。蓄水池底用6條直徑16毫米的鋼材加工成內(nèi)徑為2.001米，外徑為2.42米，高為0.2米的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的圓環(huán)。然后在該環(huán)面用磚加工砌成外徑為2.42米，內(nèi)徑為2.02米，高為10米的池體，并在池體高度的1/3和2/3處加工兩道用6條16毫米鋼材加工成0.3米高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的圍身梁。為提高蓄水池底孔的精確度，也可將上述的圓環(huán)內(nèi)徑改為2.02米，再用一塊直徑為2.2至2.4米，厚為10毫米的鋼板，在其中心加工一個(gè)直徑為2.001米的圓孔，然后將之安放在上述圓環(huán)之上或與圓環(huán)的鋼材一起倒制在鋼筋混凝土內(nèi)，作為池體的底孔。
本發(fā)明的浮體(2)，蓄水池(1)若體積較小時(shí)，也可用鐵、銅、鋁等其它材質(zhì)一次鑄成或沖壓加工而成。除采用圓柱體外，也可采用長(zhǎng)方體等其它形狀。為增加浮力，供蓄兩水池的液體除用水外，也可采用其它比重大于水的液體。
以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的具體實(shí)施，作進(jìn)一步的描述。
附圖為本發(fā)明的起始狀態(tài)，浮體(2)所排開(kāi)的水量與重量相等，高度的中線與蓄水池底平面平行，處于平穩(wěn)狀態(tài)。這時(shí)開(kāi)動(dòng)抽水裝置(蓄水儲(chǔ)能和放水發(fā)電兩系統(tǒng)的各種設(shè)備，附圖均未繪出)，水開(kāi)始進(jìn)入蓄水池(1)，這時(shí)整定一個(gè)15.7噸的始動(dòng)力作用于浮體，使浮體的浮力等于該值時(shí)，才能向上運(yùn)動(dòng)。隨著蓄水池的水位增高，浮體的浮力增大，但在始動(dòng)力的作用下，浮體尚未能向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)蓄水池水深5米時(shí)，浮體的浮力已達(dá)31.4噸，比其重量多了15.7噸，已等于整定的始動(dòng)力，浮體(2)在15.7噸的始動(dòng)力下向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)蓄水池滿水后，停止抽水，這時(shí)浮體(2)上升了5米。開(kāi)始放水發(fā)電，同時(shí)也整定一個(gè)15.7噸的始動(dòng)力作用于浮體，使浮體的重力等于該值時(shí)才能向下運(yùn)動(dòng)，隨著水位的下降，浮體的浮力減少，向上的壓力也相應(yīng)減少，當(dāng)蓄水池的水位下降5米后，浮體所排開(kāi)的水量與重量相等，也處于平穩(wěn)狀態(tài)。隨著水位的繼續(xù)下降，浮體的重力已大于浮力，但在整定的始動(dòng)力作用下，浮體尚未能下降，當(dāng)蓄水池放完水后，浮體的重力已等于15.7噸，等于整定的始動(dòng)力，浮體(2)開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下降5米后，浮體已回到起始位置，處于平穩(wěn)狀態(tài)。這樣就完成了本發(fā)明的一個(gè)工步，又可開(kāi)動(dòng)抽水裝置，如此反復(fù)地進(jìn)行。
在每一工步的過(guò)程中，浮體處在蓄水池中的空間位置始終是由浮體本身占據(jù)著，水是不能進(jìn)入其位置而損失水頭。浮體向上運(yùn)動(dòng)是靠蓄水池的水對(duì)它產(chǎn)生浮力而運(yùn)動(dòng)的，向下運(yùn)動(dòng)則靠自己的重力。都不是以損失蓄水池的水位(即能量)而運(yùn)動(dòng)。它在運(yùn)動(dòng)中所具有的能量，則是靠整定的始動(dòng)力而得到。所以蓄水池有沒(méi)有浮體，蓄水儲(chǔ)能和放水發(fā)電其能的轉(zhuǎn)變是守恒的。而浮體運(yùn)動(dòng)中所具有的能量，顯然不屬于上述能的轉(zhuǎn)變和守恒定律范疇之內(nèi)，是一種新的浮力能源。這樣，浮體在上升的過(guò)程中所具有的能量為15.7噸×5米＝78500公斤米，在下降的過(guò)程中，起始重力為15.7噸，但隨著浮體進(jìn)入供水池(4)后，供水池對(duì)其產(chǎn)生浮力，所以在下降的過(guò)程中，浮體的重力與下降的距離成反比，當(dāng)下降5米后，重力已等于0。所以在這個(gè)過(guò)程中，浮體向下運(yùn)動(dòng)所具有的能量為(15.7噸+0)÷2×5米＝39250公斤米，這樣浮體在蓄水儲(chǔ)能和放水發(fā)電一工步中上下運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的能量為117750公斤米。若有70%能提取轉(zhuǎn)化為有用功輸出，也大于8萬(wàn)公斤米。由于蓄水池與浮體平行時(shí)兩者中的體積為0.63114立方米，高為10米，所以每一工步中抽水所耗的能量為6311.4公斤米，即使不回收發(fā)電，并按抽水的機(jī)械效率為80%計(jì)算，其所耗的功也不到8000公斤米。(忽略不計(jì)由蓄水池底孔返回供水池的水所耗的能量)。
本發(fā)明的實(shí)施例，若完成一工步的時(shí)間為20秒，浮體上下運(yùn)動(dòng)所具有的能量功率約為58瓩。若將浮體和供水池都分別向下加深5米，不增加任何能耗也可使浮體的上下運(yùn)動(dòng)行程都增加5米。使浮體運(yùn)動(dòng)中所具有的能量增加78500公斤米，總共達(dá)到196250公斤米。
本發(fā)明中浮體在運(yùn)動(dòng)中所具有的能量，可用來(lái)壓縮空氣、抽水、或每?jī)商捉M合而錯(cuò)開(kāi)供放水時(shí)間，由浮體通過(guò)連桿曲軸帶動(dòng)飛輪經(jīng)變速而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。也可由浮體帶動(dòng)一齒軸，通過(guò)飛輪經(jīng)變速帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電等上述或其它的現(xiàn)有技術(shù)直接或間接將能量提取出來(lái)。給予浮體的整定始動(dòng)力可由上述各種能量轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備直接提供，也可通過(guò)在浮體和蓄水池體兩者相應(yīng)的位置中分別設(shè)置對(duì)稱的扣片和彈簧扣舌，并整定各彈簧的合力等于浮體的始動(dòng)力，使浮體上下運(yùn)動(dòng)前先由扣片壓縮彈簧扣舌后才能作相應(yīng)的上下運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)一、徹底改變了蓄水儲(chǔ)能電站自問(wèn)世以來(lái)就一直停留在一抽一放的簡(jiǎn)單形式。使蓄水池在蓄放水時(shí)能對(duì)設(shè)置在其中的浮體產(chǎn)生浮力而得到在能的守恒定律以外的浮力和重力能源。
二、本發(fā)明無(wú)污染、無(wú)三廢、無(wú)易損件，與同功率的柴油動(dòng)力機(jī)相比，造價(jià)不相上下。
三、本發(fā)明的投入(不回收)與產(chǎn)出比，理論值大于1比18，最佳時(shí)大于1比30。
權(quán)利要求
1.一個(gè)由蓄水池(1)，浮體(2)，供水池(4)所組成的提高蓄水儲(chǔ)能電站能源轉(zhuǎn)換率的方法，其特征在于蓄水池(1)在蓄水儲(chǔ)能和放水發(fā)電時(shí)，都整定一個(gè)始動(dòng)力作用于浮體(2)，使浮體(2)的浮力或重力等于該始動(dòng)力時(shí)，浮體(2)才能通過(guò)蓄水池(1)的底孔而在供水池(4)和蓄水池(1)之間作相應(yīng)的上下運(yùn)動(dòng)，并利用其運(yùn)動(dòng)的物理現(xiàn)象，將其運(yùn)動(dòng)中所具有的能量提取出來(lái)加以利用，
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，蓄水池(1)建造在供水池(4)之上，底面開(kāi)有一個(gè)孔，浮體(2)則通過(guò)該孔而安放在供水池(4)和蓄水池(1)之間。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，蓄水池(1)內(nèi)的底面平面與供水池(4)的水平面平行，在蓄水儲(chǔ)能的起始時(shí)，也與浮體(2)高度中線平行。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置，浮體(2)開(kāi)始向上和向下運(yùn)動(dòng)的始動(dòng)力都等于浮體(2)1/2體積所排開(kāi)的水量時(shí)而受到的浮力，也等于浮體(2)重量的重力。
全文摘要
本發(fā)明的任務(wù)是公開(kāi)一種“提高蓄水儲(chǔ)能電站能源轉(zhuǎn)換率的方法”，它是在目前蓄水儲(chǔ)能電站的基礎(chǔ)上，將蓄水池直接修建在供水池之上，并在蓄水池底開(kāi)一個(gè)孔，再將一個(gè)活塞式的浮體經(jīng)該孔而安放在供蓄兩水池之間，當(dāng)蓄水池蓄水儲(chǔ)能和放水發(fā)電時(shí)，都整定一個(gè)始動(dòng)力作用于浮體，使浮體的浮力或重力等于始動(dòng)力時(shí)，才能在供蓄兩水池間作上下運(yùn)動(dòng)，并將其運(yùn)動(dòng)中所具有的不屬于能的守恒定律范疇的能量提取出來(lái)，就能極大地提高其能源轉(zhuǎn)換率。
文檔編號(hào)F03G7/00GK1077250SQ9210238
公開(kāi)日1993年10月13日 申請(qǐng)日期1992年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月11日
發(fā)明者林澤松 申請(qǐng)人:林澤松