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液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電的方法

文檔序號(hào):5163278閱讀:1490來源:國知局
專利名稱:液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種液壓式水力循環(huán)發(fā)電技術(shù)。
現(xiàn)有的水力蓄能發(fā)電是在用電低峰期利用多余的電力將下游的水用抽水泵抽回到上游的水庫,把電能轉(zhuǎn)化為蓄水能,當(dāng)用電高峰期,再把上游水庫的蓄水通過水輪發(fā)電設(shè)備發(fā)電,將蓄水能轉(zhuǎn)化為電能,供電網(wǎng)用戶使用。其主要作用是將用電低峰期將多余的電能轉(zhuǎn)化為蓄水能貯存起來,在用電高峰期再轉(zhuǎn)化為電能滿足用戶使用的需要,起到調(diào)節(jié)用電高低峰值的作用,從能量守恒定律來講現(xiàn)有蓄能發(fā)電的方法只是使能的形式相互轉(zhuǎn)化,將水能轉(zhuǎn)化為電能再將多余的電能轉(zhuǎn)化為蓄水能,以此反復(fù),它不能增加更多的功效。
眾所周知,水力發(fā)電是把水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能,其勢(shì)能取決于水的流量和水頭,其計(jì)算公式為NS=AQH,即出力=系數(shù)×水頭×流量,成為水輪機(jī)的輸出功率,水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī),將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,其計(jì)算公式為N=NSnfhc,即發(fā)電機(jī)的功率=水輪機(jī)的出力×發(fā)電機(jī)的功率×傳動(dòng)效率,成為水輪發(fā)電機(jī)額定功率,完成水能→機(jī)械能→電能的轉(zhuǎn)化過程,能量的形態(tài)由水能轉(zhuǎn)換為電能。
水的蓄能發(fā)電,是將電能轉(zhuǎn)換為營水能,這種轉(zhuǎn)換是通過水電泵來實(shí)現(xiàn)的。水電泵的功率P=rQH,即水電泵的有效功率=水的重度×水的流量×水泵的揚(yáng)程。由于上游水庫與下游水庫的落差不變,所以水輪機(jī)和水電泵所作的功基本相等,即上游的水量經(jīng)過一定落差經(jīng)水輪機(jī)作功之后,流入下游的蓄水庫,然后再用水電泵以相同的揚(yáng)程抽回到上游水庫,這樣水輪機(jī)和水電泵所作功的能量不變。
本發(fā)明的目的是提供一種液壓式水力循環(huán)發(fā)電方法。它可提高循環(huán)蓄能發(fā)電的有效功率。
本發(fā)明所述的液壓式循環(huán)蓄能發(fā)電的方法如流程圖所示敞開式蓄能水庫(1)通過輸水管道(2)聯(lián)通液壓式水輪機(jī)(3),這時(shí)水力(水頭+流量)驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)(4)運(yùn)轉(zhuǎn),這樣就完成水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,將電力輸入電網(wǎng),作功之后的水在敞開式蓄能水庫(1)的高水位壓力和液壓式水輪機(jī)(3)的加壓下,經(jīng)回水管道(5)被輸送到密閉式貯水庫(6)中,該密閉式貯水庫(6)的最高水位應(yīng)低于敞開式蓄能水庫(1)的最高水位1~2米,形成高處水向低處流動(dòng)的趨勢(shì),由于密閉式水庫(6)處于封閉狀態(tài),其水量保持液體壓力經(jīng)水電泵(7)與敞開式蓄能水庫(1)形成聯(lián)通,同步啟動(dòng)水電泵,密閉式貯水庫(6)的水被抽回敞開式蓄能水庫(1)內(nèi),形成壓力水循環(huán)發(fā)電作功;其中水電泵(7)首次啟動(dòng),隨著敞開式蓄能水庫(1)的水流下落將密閉管道和密閉式貯水庫(6)內(nèi)的空氣排除,減少空氣阻力,形成相對(duì)真空,使得液壓水輪機(jī)(3)作功后的水源源不斷地回流進(jìn)密閉式貯水庫(6)內(nèi),再經(jīng)水電泵抽回敞開式蓄能水庫(1)內(nèi)形成壓力水循環(huán)作功過程。
已知,水力發(fā)電要靠水的流量和水落差(水頭)作功。那么,敞開式蓄能水庫的水量和水頭,既可以由自然水力資源條件而定,也可以由工程設(shè)計(jì)而定,形成一定的蓄水量和水頭。而密閉式貯水庫的容量,取決于液壓式水輪機(jī)的流量,其容量為水輪機(jī)流量的2.5倍至5倍。由于密閉式貯水庫與敞開式蓄能水庫近鄰,其最高水位,僅低于敞開式蓄能水庫最高水位幾米。當(dāng)水電泵將兩個(gè)水庫聯(lián)通時(shí),其揚(yáng)程大大縮短。這就為提高功效創(chuàng)造了必要條件。
本發(fā)明所述的液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電的方法,水流循環(huán)作功的全過程為密閉式的,它的水輪機(jī)是采用液壓式水輪機(jī);即敞開式蓄能水庫的底部,由輸水管道和液壓式水輪機(jī)聯(lián)通。又由回水管道與密閉式貯水庫聯(lián)通;最后,采用水電泵將兩個(gè)水庫聯(lián)通,這就成為水流在封閉條件下循環(huán)作功,創(chuàng)造產(chǎn)生液體壓力的條件。
敞開式蓄能水庫的水量,通過水庫自身的水位壓力和輸水管道的落差,驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)作功。其功率為NS=AQH,聯(lián)動(dòng)發(fā)電機(jī)的功率為N=NSnfnc。其所發(fā)的電量輸送入電網(wǎng)。作功后的回水,既依靠兩個(gè)水庫的水位差,又依靠封閉條件下水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的液體壓力(其傳遞到各點(diǎn)的壓力值不變),返回到密閉式貯水庫之內(nèi)。確切地講,回水從水輪機(jī)到密閉式貯水庫這段距離,是靠水位差原理和液壓傳動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)回流。因此,當(dāng)水電泵啟動(dòng),向敞開式蓄能水庫送水時(shí),大大地縮短了揚(yáng)程。所以,水電泵所作的功耗,大大低于水輪發(fā)電機(jī)的輸出功率。其計(jì)算公式為有效功率=水輪發(fā)電機(jī)輸出功率-水電泵輸出功率。其功效=發(fā)電機(jī)輸出功率/水電泵輸出功率。從水輪機(jī)的功率計(jì)算公式和水電泵的功率計(jì)算公式的換算中,可以分析出當(dāng)水輪機(jī)和水電泵的流量相等的條件之下,采用液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電方法,其敞開式蓄能水庫落差(即水頭)越大,水電泵的揚(yáng)程越小,發(fā)電的功效就越大。
水電泵不斷地將等量的水,從密閉式貯水庫輸送到敞開式蓄能水庫,使水輪機(jī)的回水持續(xù)有遞補(bǔ)的空間,而流回敞開式蓄能水庫的水量,又始終保持其蓄能水庫的水位,所以,其水作功的總量不變,故此能連續(xù)循環(huán)作功。
由于水能在密閉流動(dòng)狀態(tài)之下,其壓力值不變。當(dāng)水電泵啟動(dòng)之后,封閉狀態(tài)的水量形成沖擊式流動(dòng),產(chǎn)生自行循環(huán)的動(dòng)力和水電泵的作用下形成強(qiáng)制循環(huán),這樣兩種循環(huán)成為互補(bǔ)循環(huán)的過程。進(jìn)一步提高了液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電的有效功率。
實(shí)施例1已知敞開式蓄能水庫容量10萬米3,密閉式貯水庫容量0.5萬米3,水頭100米,水輪機(jī)流量0.1萬米3/S。
因密閉式水循環(huán),其水流系數(shù)可忽略不計(jì)。
水輪機(jī)的出力=水頭×流量=100×1,000=100,000 KW發(fā)電機(jī)有效功率=水輪機(jī)出力×發(fā)電機(jī)效率×傳動(dòng)效率=100,000×0.9×0.9=81,000 KW水電泵流量為0.1萬米3/S,揚(yáng)程為1米,水的重度1米3=1噸水電泵功率=流量×揚(yáng)程×重度=1,000×1×1=1,000 KW發(fā)電有用功率=發(fā)電機(jī)功率-水電泵功率=81,000-1,000=80,000 KW
實(shí)施例2敞開式蓄能水庫容量為1萬米3,密閉式貯水庫容量為0.05萬米3,水頭50米,水輪機(jī)流量為0.02萬米3/S。
水輪機(jī)的功率=50×200=10,000 KW發(fā)電機(jī)的有效功率=10,000×0.9×0.9=8,100 KW水電泵流量0.02萬米3/S,揚(yáng)程1米,水重度1噸/米3。
水電泵功率=200×1×1=200 KW發(fā)電有用功率=8,100-200=7,900 KW
權(quán)利要求
1.一種液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電的方法,其特征是它的敞開式蓄能水庫(1)的水量通過輸水管道(2)聯(lián)通液壓式水輪機(jī)(3)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(4)運(yùn)行,作功后的水量在敞開式蓄能水庫的高水位壓力和液壓式水輪機(jī)的加壓下,經(jīng)回水管道(5)被送到密閉式貯水庫(6),密閉式貯水庫(6)的最高水位應(yīng)低于敞開式蓄能水庫(1)的最高水位,形成高處水向低處流動(dòng)的趨勢(shì);密閉式貯水庫通過水電泵(7)與敞開式蓄能水庫(1)聯(lián)通,同步啟動(dòng)水電泵(7)密閉式貯水庫(6)的水被抽回敞開式蓄能水庫(1)中,形成壓力水循環(huán)發(fā)電作功。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電的方法,其特征是密閉式貯水庫(6)的最高水位應(yīng)低于敞于式蓄能水庫(1)的最高水位不少于1~2米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電的方法,其特征是它的水循環(huán)作功全過程為密閉式的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電的方法,其特征是它的水輪機(jī)是采用液壓式水輪機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓式水力循環(huán)蓄能發(fā)電的方法,其特征是密閉式貯水庫(6)的容量,取決于液壓式水輪機(jī)的流量,其容量為水輪機(jī)流量的2.5至5倍。
全文摘要
一種液壓式循環(huán)蓄能發(fā)電的方法,其工作流程是敞開式蓄能水庫的水力通過輸水管道,聯(lián)通液壓式水輪機(jī),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行,作功后的水量在敞開式蓄能水庫的高水位壓力和液壓式水輪機(jī)加壓下,經(jīng)回水管道被輸送到密閉式貯水庫內(nèi),密閉式貯水庫的最高水位應(yīng)低于敞開式蓄能水庫的最高水位,形成高處水向低處流動(dòng)的趨勢(shì),密閉式貯水庫的水用水電泵送回敞開式蓄能水庫中,形成壓力水循環(huán)蓄能發(fā)電作功,達(dá)到提高功效的目的。
文檔編號(hào)F03B13/06GK1210942SQ9711586
公開日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1997年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月9日
發(fā)明者劉雁群 申請(qǐng)人:劉雁群
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