[实用新型]一种水力发电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及水力发电设备，尤其是涉及利用虹吸原理和重力来人为可控改变水流方向及流量的一种水力发电系统。

背景技术

电力是人们生活和生产中最主要的能源之一。现代经济的高速发展已经出现能源短缺的瓶颈。火电的发展，因为它的污染问题严重，已经在世界多数发达国家被淘汰；因此，核电、水电在20世纪逐步成为发达国家的主要电能来源。新兴国家在经济发展过程中不同程度地受限于能源供应的不足；中国作为最大发展中国家，其发展过程同样面临着能源供应的严重不足。伴随着20世纪以来核电、水电的大力发展，同时出现了核电的安全风险和水电对自然环境、社会环境的负面影响。为此，世界各国又开始把能源发展的重心转移到对太阳能、风能、地热能到海洋能（潮汐能、波浪能）的开发和利用上。但迄今为止，虽然每年投入数百亿美元资金，并未找到一种可大范围替代现有火电、核电的高效清洁环保能源。

传统的水力发电，多数是以拦筑江河大坝来实现水力发电，难免受到地理条件和气候条件等诸多限制，仍然不能得到大力发展。因此，寻找一种新式水力发电技术和方法，是本实用新型长期以来的研究目标。

中国专利CN102032092A公开一种多级虹吸水力发电装置组成水循环发电系统，它包括由多个单级的虹吸水力发电装置、配套的储水池和一个循环水管渠泵水系统组成。其特点是充分利用了多级虹管能大幅度提升水的位差，放大位能的奇特功能用于发电。

中国专利CN102889164A公开一种超高效率水力发电装置及其工艺，采取压力管道式或虹吸式等方式给水，避免水土流失和泥沙堵塞管道的问题，该压力水管或虹吸管可进行多次变径，使出水口逐渐变为扁口状，增加出水口水压，并且以多管多点冲击；所述的水轮采取多级多排的组合，最大限度地利用水的势能，水轮上采取安装水斗的方式，压力管道或虹吸管出水口分流数股压力水枪以水轮切线方向直接冲击水斗，在水斗冲击力和积水斗重力的双重施力下使水轮快速转动起来。通过以上技术革新，以最优的工艺装置组合，使水能的利用率提高到一般水能利用率的20倍以上。

发明内容

本实用新型的目的在于提供利用虹吸原理、重力原理和多米诺骨牌效应等工程技术方法，可控改变水流方向及流量的一种水力发电系统。

本实用新型设有水源、n级U形管、水轮机、发电机、电力传输与控制系统；第1级U形管的进水口设在低于水源水面2m以下，第1级U形管的进水段的直径大于出水段的直径；第2级U形管的进水段直径小于出水段的直径；依次类推，n级U形管依次连接，至少有一级U形管上设有含安全卸压阀的注水口；水轮机设于第n级U形管的出水段或出水管内；发电机与水轮机连接，电力传输与控制系统与水轮机和发电机连接；U形管的级数n≥2。

所述水源可采用江、河、湖、海、蓄水池等水源。

所述n级U形管依次连接可采用串联连接、并联连接或串并联连接等方式；所述n级U形管依次连接可直接连接或通过水管连接，水管内可设有水流量调节阀，所述水流量调节阀与水轮机和电力传输与控制系统连接。

所述U形管的横截面可为圆形或方形等；所述U形管中细径段与粗径段的管径比可为1∶Ｎ，N为自然数，N≥5。

本实用新型把物理学中直径相等的U形管道改进为直径不等的异型U形结构(简称U形管，下同)，并通过n级U形管的多种连通方式，形成多米诺骨牌效应，实现利用水力高效发电的功能。本实用新型以水流为发电介质，包括海水和陆地淡水，天然的水流和蓄集的水流，利用管道、水槽、储水罐等来存储和输送水流，对水流进行蓄集，改变流向和调节流量，可以实现长期稳定、高效可靠、方便可控来进行水力发电。

本实用新型采用n级U形管道（形状可为圆形管或方形管等）进行多种连接（串联或并联、混联）组成，以管道和调节阀门相连及控制；U形管道两边(细管与粗管)的管径比例按1∶Ｎ（N为自然数，N≥5）构成，以水流注满管道之中并密封管道，形成体积差和重量差。通过人为制造粗细管道的尺寸差别，使水流在获得加速度的重力作用下从U形管的粗管落下，以势能冲击水轮机转动而带动发电机进行发电。

本实用新型分为普通型和外力加强型两种水力发电方式。

普通型的主要结构由水源（例如蓄水池等）、多级异型U形管、水流量调节阀、发电机组及电力传输与控制系统等组成。