CN202732203U - 一种新型水能发电站 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种新型水能发电站，包括水力传动***、热泵***及蒸汽发电***，其中水力传动***包括一水库和由水库中水流带动转动的水轮机；热泵***包括压缩机、蒸发器、膨胀阀及冷凝器，压缩机、蒸发器、膨胀阀及冷凝器之间通过复数个循环管道连接形成一循环回路，循环管道内流通有冷剂，压缩机由所述水轮机连接带动运行；蒸汽发电***包括一将冷凝器包覆于其内部的锅炉、一与锅炉连接形成回路的汽轮机及一发电机，锅炉内放置有工作介质，汽轮机的输出端连接至所述发电机。本实用新型巧妙地将水力发电、火力发电及空气能热水器的工作原理结合而成，既利用了水的动能及势能，又利用了水的内能，大大提高了发电效率。

Description

一种新型水能发电站
技术领域
本实用新型涉及发电技术领域，具体地说是指一种新型水能发电站。
背景技术
水电站是利用水的势能转化为动能再转化为电能，水流进入水轮机，驱动水轮机转动，带动与水轮机直接相连的发电机发电。水电站虽然获得的电能成本低，具有较高的综合效益，但其建设费用高，发电量受水文和气象条件限制，且其水能利用率不高—约60%左右。
而火力发电是利用煤炭、石油等燃料燃烧时产生的热量加热锅炉，产生高温、高压水蒸气，然后送至汽轮机处推动转子，转子带动发电机发电。火力发电虽然投资较少，但其发电效率也不高—约40%左右。
空气能热水器，和空调器的工作原理相似，工作物质在蒸发器内吸收三份空气中的热量，进入压缩机后通过压缩机消耗约一份电能做功，气态工作物质被压缩机压缩成为高温高压的气态，然后进入冷凝器放热变成液态，通过管道循环***对水加热，能把约四份的热量传递给用水。最后工作物质通过一个膨胀阀解压降温，又进入蒸发器内吸收空气中的热量，进行下一循环。由该工作原理可以看出，压缩机能从周围空气获取大量的免费热量，一般情况下，每消耗1°电大约能产生3°到4°电的热量，相当于热效率超过300%～400%，比直接电加热方式节能67%～75%。
因此，若能将空气能热水器与水力发电及火力发电结合应用于发电***，将能大大提高发电效率。
实用新型内容
本实用新型提供一种新型水能发电站，其主要目的在于克服现有发电厂存在上述的缺点。
本实用新型采用如下技术方案：
一种新型水能发电站，包括水力传动***、热泵***及蒸汽发电***，其中水力传动***包括一水库和由水库带动转动的水轮机；热泵***包括压缩机、蒸发器、膨胀阀及冷凝器，所述压缩机、蒸发器、膨胀阀及冷凝器之间通过复数个循环管道连接形成一循环回路，循环管道内流通有冷剂，压缩机由所述水轮机连接带动运行；蒸汽发电***包括一将所述冷凝器包覆于其内部的锅炉、一通过复数个高压循环管道与锅炉连接形成回路的汽轮机及一发电机，所述锅炉内放置有工作介质，该工作介质优选为CO2，汽轮机的输出端连接至所述发电机。该新型水能发电站将水的势能差及动能差转换为水轮机的动能，水轮机带动压缩机工作，同时蒸发器利用水温能吸收热量，根据空气能热水器原理，冷凝器加热锅炉中液态二氧化碳产生大量高温、高压的二氧化碳蒸汽，送至汽轮机带动发电机发电。
具体地，前述锅炉由第一高压循环管道连接至汽轮机，汽轮机中工作介质通过第二高压循环管道及第三高压循环管道回流至所述锅炉，其中第二高压循环管道及第三高压循环管道之间连接一冷凝器。
进一步地，前述热泵***的蒸发器下方设有通水管道，该蒸发器浸泡于通水管道的水流中。
优选的实施方式，前述水库连接第一通水管道，蒸发器浸泡在其下方的第二通水管道水流中，所述第一通水管道倾斜设置，其低位端连接至所述水轮机，优选地，所述第二通水管道与水轮机的尾水管连接。
由上述对本实用新型结构的描述可知，和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
1、本实用新型的新型水能发电站，在原有水电站的基础上，巧妙地将水力发电、火力发电及空气能热水器的工作原理结合而成，既利用了水的动能及势能，又利用了水的内能，大大提高了发电效率。
2、本新型水能发电站热泵***的压缩机由水力传动***的水轮机直接带动，水轮机无需先带动发电机发电，再由电能带动压缩机工作，节省了两个转化步骤，同时，其效率也更高。
3、本新型水能发电站的热泵***还利用了水的内能，由于水的比热容及热传导性都比空气大，故本热泵***的热效率比空气能热水器的热效率还会更高。
4、本实用新型锅炉内的工作介质采用CO2，由于热泵***中冷凝器温度在50～70度之间,超临界态的CO2在54度的压强达到54MPa，因此在50～70度即可快速推动汽轮机旋转。
5、本实用新型锅炉内的CO2得到回收再利用，大大提高了***的热力学完善度，减少了工作蒸汽的消耗量，实现资源的有效利用。
6、本实用新型的水力传动***的水能利用率约60%，热泵***的热效率在400%以上，而蒸汽发电***的热效率在40%左右，故本水力传动***的发电效率约为96%。
7、本新型水能发电站在缺少水流情况下，热泵***中的压缩机可直接连接至电网，由于热泵***的效率为400%，即消耗1度电可产生相当于4度电的热量，该热量提供给由热泵***及蒸汽发电***组成的发电站发电可产生1.6度电，所产生的1.6度电其中1度电供压缩机工作，还有0.6度电可以向外供电。
8、该结构的水能发电站相对于传统的水力、火力发电站大大提高了发电效率，可有效缓解用电紧张的局势，其建设费用低，同时不会产生废水与废气，环保、节能，具有广阔的应用前景。
附图说明
    图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本实用新型的具体实施方式。为了全面理解本实用新型，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本实用新型。对于公知的组件、方法及过程，以下不再详细描述。
参照图1，一种新型水能发电站，包括水力传动***、热泵***及蒸汽发电***，其中水力传动***包括一水库11和由水库11带动转动的水轮机12；热泵***包括压缩机21、蒸发器22、膨胀阀23及冷凝器24，压缩机21、蒸发器22、膨胀阀23及冷凝器24之间通过复数个循环管道25连接形成一循环回路，循环管道25内流通有冷剂26，压缩机21由水轮机12连接带动运行，蒸发器22下方设有通水管道27，该蒸发器22浸泡于通水管道27的水流中以吸收水的内能；蒸汽发电***包括一将冷凝器24包覆于其内部的锅炉31、与锅炉连接形成回路的汽轮机32及一发电机33，锅炉31内放置有工作介质34，该工作介质34优选为CO2，汽轮机32的输出端连接至发电机33。优选地，锅炉31由第一高压循环管道35连接至汽轮机32，汽轮机32中二氧化碳物质通过第二高压循环管道36及第三高压循环管道37回流至锅炉31，其中第二高压循环管道36及第三高压循环管道37之间连接一冷凝器38。该新型水能发电站将水的势能差及动能差转换为水轮机12的动能，水轮机12带动压缩机21工作，同时蒸发器22利用水温能吸收热量，根据空气能热水器原理，冷凝器24加热锅炉31中的液态二氧化碳产生大量高温、高压的二氧化碳蒸汽，送至汽轮机32带动发电机33发电。
作为具体实施方式，参照图2，水库11连接第一通水管道13，蒸发器22浸泡在其下方的第二通水管道28水流中，第一通水管道13倾斜设置，其低位端连接至水轮机12，第二通水管道28的输入端与水轮机12的尾水管连接。
上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (6)

1.一种新型水能发电站，其特征在于：包括水力传动***、热泵***及蒸汽发电***，其中水力传动***包括一水库和由水库中水流带动转动的水轮机；热泵***包括压缩机、蒸发器、膨胀阀及冷凝器，所述压缩机、蒸发器、膨胀阀及冷凝器之间通过复数个循环管道连接形成一循环回路，循环管道内流通有冷剂，压缩机由所述水轮机连接带动运行；蒸汽发电***包括一将所述冷凝器包覆于其内部的锅炉、一通过复数个高压循环管道与锅炉连接形成回路的汽轮机及一发电机，所述锅炉内放置有工作介质，汽轮机的输出端连接至所述发电机。
2.如权利要求1所述的一种新型水能发电站，其特征在于：所述锅炉由第一高压循环管道连接至汽轮机，汽轮机中工作介质通过第二高压循环管道及第三高压循环管道回流至所述锅炉，其中第二高压循环管道及第三高压循环管道之间连接一冷凝器。
3.如权利要求1或2所述的一种新型水能发电站，其特征在于：所述蒸汽压发电***的工作介质为CO2。
4.如权利要求1所述的一种新型水能发电站，其特征在于：所述热泵***的蒸发器下方设有通水管道，该蒸发器浸泡于通水管道的水流中。
5.如权利要求4所述的一种新型水能发电站，其特征在于：所述水库连接第一通水管道，蒸发器浸泡在其下方的第二通水管道水流中，所述第一通水管道倾斜设置，其低位端连接至所述水轮机。
6.如权利要求5所述的一种新型水能发电站，其特征在于：所述第二通水管道与水轮机的尾水管连接。
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