CN101798984A - 以空间距离换动能的水力发电技术 - Google Patents

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Abstract

一种以空间距离换动能的水力发电技术，包括上游水库、泄流渠(管)、水轮发电机组群和下游。本发明突破现有的水力发电理论及能量守恒定律，通过延长泄流渠(管)的方法，延长势能的空间距离，并在延长了的泄流渠(管)中相应增加若干水轮发电机组，从而可以无限地提高利用水的势能转化为动能进行发电的效率。本发明是针对现有水力发电利用率技术上的不足，提供一种可以无限提高水力资源利用率的方法及清洁能源再生的方法，对于日益污染的环境及能源紧缺的今天，无疑具有划时代的意义。

Description

以空间距离换动能的水力发电技术
技术领域
本发明涉及一种水力发电技术，特别是以空间距离换动能的水力发电技术。
技术背景
现有的水力发电技术都是依照势能转化为动能的原理，将水流运动规律解释为空间三元流，  其表达公式为
Figure B2009100371316D0000011
{
Figure B2009100371316D0000012
——水流绝对流速(相对于地球)；
Figure B2009100371316D0000013
——水流随转轮旋转牵连流速；
Figure B2009100371316D0000014
——水流沿叶片流动的相对流速}。所以现有的水电站大多是一次性利用水头的势能进行发电的.如中国专利文献号CN87103315A公开了一种多极发电方法，其特征是第一级水力发电后的水位差和流量，再作为第二级或多级水力发电的动能，该方法虽然是多极发电方法，但其本质上与一次性利用水头的势能发电并无差别。
发明内容
本发明突破现有的水力发电理论和能量守恒定律，通过延长势能的空间距离，达到无限次数反复利用势能转化为动能进行发电的目的，从而可以无限提高水力资源的发电效率.
根据液压理论，在一个容器中，同一平面上的液体压力是一致的，也就是说在水位不变的前提下，通过延长距离，可以延长同一平面的液压面积.所以我们可以通过延长泄流渠(管)的办法，增加水轮机做功的范围。
由于液体具有叠加效应：一个容器中的水倒入另一个有水的容器中，会提高另一个容器的水位，所以低水位(压)的水加入到高水位(压)的水中，并不会减弱高水位的水的水压.同样道理，经过水轮的水，势能会减弱，当势能减弱的水重新加入到高势能的水中后，会因为水的叠加效应重新变成高势能的水，而不会减弱高势能的水的势能.因此本发明所依据的重要方法是：在泄流渠(管)的同一水流截面上，水轮机只拦截小部分的水做功，让大部份的水按原来的流速经过，这样经过水轮机减弱势能的水重新加入到主流中后就会因为水的叠加效应而恢复原有流速。就像河流中经过桥墩的水流，并不会因为桥墩的存在而使上、下游的流速不一样，桥墩后面被减弱的水流重新加入主流后会恢复原有流速。
水流的运动规律用公式表示为：V2加V1＝V(这里的V表示上游水流绝对流速，V1表示绕开水轮机直接流过的水流流速，V2表示经过水轮机做功后的水流流速。其中V1＝V。V2加V1表示两者完全融合在一起。)
也许有人会问，以空间距离换动能的水力发电技术是否违背了能量守恒定律？首先，我们要了解能量的本质是什么，能量的本质实际上是物质运动的一种表现方式，并不是物质的实体。而液体的运动具有通过相互挤压而产生无限远的液压传递性，只要存在落差，就可以轻易通过管道平行传输压力到千里之外。根据液压理论，在原有落差的基础上，只要再增高一点落差，同一管道内的千里之外的液体都会同时增加压力，也就是说，只要存在落差，致使液体流动，都可以同时给千里长的管道内数以万计的传动设备做功。由此可以得出一个重要的结论：通过延长液压的空间距离，可以延长传动设备的做功范围，换取更多的动能；在特定的条件下，能量是可以被创造出来的，而不是守恒的。
水流经过水轮，部份水流的势能会被减弱，需要经过一段距离后才能与高势能的水重新完全融合在一起，水轮的挡水面积越小，所需的融合距离越短，水轮的挡水面积与融合距离成反比，所以水轮的挡水面积不能过大，应小于流水截面的1/2，才能合理分布更多的水轮于泄流渠(管)中。设置水轮之间的距离的原则是：经过上游水轮被减弱势能的水流重新完金融入高势能的水流所需的距离为设置下游水轮的最经济的距离。
泄流渠(管)在不受地形限制的前提下可以无限延长，水轮发电机组的数量也可以随着泄流渠(管)的延长而相应增加。水轮发电机组的数量因地制宜，从几个到数万个以上，以实现规模效益。
泄流渠(管)水平或倾斜一定的角度设置在河床中或河堤上或地面上，呈直线或曲线状。
根据本发明，水头高的地方适宜采用泄流管，每个水轮可单独与一台发电机组成一个发电机组；水头相对较低的地方适宜采用泄流渠，通常需要由若干个水轮通过(链条、齿轮等)联接件、变速箱与一个发电机组成一个发电机组。多个发电机组组成发电机群。
根据本发明，由于泄流渠(管)可以无限延长，发电机组亦可以无限增加，人们可以用水泵先将水抽至高处，人为制造落差，再通过泄流渠(管)的发电机组发电，发出的电量可以远远超过抽水所需的电量，在低水头的平原地区利用本方法发电，同样具有经济效益。如果通过改造城市供水***，在供水管道中增设发电机组，还可以大大降低发电成本。
附图说明
图1为本发明第一实施例公式示意图
图2为本发明第二实施例结构示意图
图3为本发明第三实施例结构示意图。
图4为本发明第四实施例结构示意图。
图5为本发明第五实施例结构示意图。
图6为本发明第六实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
第一实施例
参见图1，本水力发电技术，包括上游水库1、泄流管2.1、水轮发电机组3、下游4、水流5，图中表示在高水头的地方采用泄流管，泄流管可以无限延长，水轮发电机组的数量也可以随着泄流管的延长而相应增加。水轮只占泄流管截面的一部分面积，泄流管中的水一部分经过水轮做功后流过，一部分绕开水轮直接流过，两部分的水经过一定的距离后完全融合，再流向下游水轮。泄流管中的水轮及其组件的有效挡水面积为水流截面的1/10至1/2之间。泄流管中的水轮串列排列，水轮之间间隔一定的距离，均布在泄流管中。
第二实施例
参见图2，图中表示在低水头的地方采用泄流渠2.2，由于水流的流速较低，所以由若干个水轮通过(链条、齿轮等)联接件、变速箱与一个发电机组成一个发电机组。其余部分同第一实施例，不再重复。
第三实施例
参见图3，水流的运动规律用公式表示为：V2加V1＝V(这里的V表示上游水流绝对流速，V1表示绕开水轮机直接流过的水流流速，V2表示经过水轮机做功后的水流流速。其中V1＝V。V2加V1表示两者完全融合在一起。)。其余部分同第一实施例，不再重复。
第四实施例
参见图4，图中表示泄流管2.1为曲线型，可以根据当地的地形条件修建弯曲的管道，以达到在有限可利用的地形条件下，修建更长的泄流管道的目的。其余部分同第一实施例，不再重复。
第五实施例
参见图5，图中表示先用抽水泵6将水抽至高处的蓄水库1.1，经过泄流渠2.2流入水池4.1中，人为制造落差发电，水还可以循环利用。本实施例中的泄流渠也可以改为泄流管2.1。其余部分同第一实施例，不再重复。
第六实施例
参见图6，包括水厂蓄水池1.2、城市供水管道2.3、供水管道支线4.2，通过改造城市供水***，在供水管道中增设发电机组。其余部分同第一实施例，不再重复。

Claims (10)

1.一种以空间距离换动能的水力发电技术，包括上游水库(1)、泄流渠(管)(2)、水轮发电机组(3)、下游(4)，其特征是通过延长泄流渠(管)，以延长势能的空间距离，在延长了的泄流渠(管)中，相应设置更多的水轮发电机组；水轮只占泄流渠(管)截面的一部分面积，泄流渠(管)中的水一部分经过水轮做功后流过，一部分绕开水轮直接流过，两部分的水经过一定的距离后完全融合，再流向下游水轮。
2.根据权利要求1所述以空间距离换动能的水力发电技术，其特征是泄流渠(管)在不受地形限制的前提下可以无限延长，水轮发电机组的数量也可以随着泄流渠(管)的延长而相应增加。
3.根据权利要求2所述以空间距离换动能的水力发电技术，其特征是泄流渠(管)水平或倾斜一定的角度设置在河床中或河堤上或地面上，呈直线或曲线状。
4.根据权利要求2所述以空间距离换动能的水力发电技术，其特征是泄流渠(管)中的水轮并列或串列或错开排列，水轮之间间隔一定的距离，均布在泄流渠(管)中。水轮发电机组的数量因地制宜，从几个到数万个以上，以实现规模效益。
5.根据权利要求4所述以空间距离换动能的水力发电技术，其特征是在特定的泄流渠(管)中，水轮的挡水面积越小，上游水轮与下游水轮之间设置所需的距离越短，设置水轮之间的距离的原则是：经过上游水轮被减弱势能的水流重新完全融入高势能的水流所需的距离为设置下游水轮的最经济的距离。
6.根据权利要求5所述以空间距离换动能的水力发电技术，其特征是泄流渠(管)中的水轮及其组件的有效挡水面积为水流截面的1/10至2/3之间。
7.根据权利要求1所述水轮发电机组，其特征是每个水轮既可以单独与一台发电机给成一个发电机组，也可以由若干个水轮通过(链条、齿轮等)联接件、变速箱与一个发电机组成一个发电机组，多个发电机组组成发电机组群。
8.根据权利要求1所述水力发电技术，其特征是水头高的地方采用泄流管(2.1)，水头相对较低的地方采用泄流渠(2.2)。
9.根据权利要求1所述以空间距离换动能的水力发电技术，其特征是水流运动规律用公式表示为：V2加V1＝V(这里的V表示上游水流绝对流速，V1表示绕开水轮机直接流过的水流流速，V2表示经过水轮机做功后的水流流速。其中V1＝V。V2加V1表示两者完全融合在一起。)
10.根据权利要求1所述以空间距离换动能的水力发电技术，其特征是本技术还适用于用抽水泵(6)将水抽至高处，人为制造落差，再通过泄流渠(管)的发电机组发电；也可以通过改造城市供水***，在供水管道(2.3)中增设发电机组，降低发电成本。
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