[发明专利]水利发电设施

说明书

技术领域

水力发出的电是一种重要的可持续资源，并且在将来会变得更加重要。斯堪的纳维亚国家已经决定以绿色能源资助的方式投资水利发电开发。然而，在历史上说，水利发电设施的建筑成本一直非常高，使投资者认为它是没有吸引力的市场。本公开的目的是优化施工期并进一步降低建筑成本。本公开涉及建筑水利发电设施的管道的不同技术方案，有时也被称为引水管道，特别地，本文的下文中的管道称为引水管道。

背景技术

引水管道是水利发电设施最昂贵的部件之一，通常包括总建筑成本的25％。

虽然有了更新的技术趋向，但在大多数的当前设施中，引水管道由球墨铸铁制成。球墨铸铁耐用，坚固并且成本效益好。然而使用球墨铸铁有一些严重的弊端。首先，球墨铸铁非常重，使得很难运输到那些将要安装水利发电设施的偏远和陡峭的区域。其次，球墨铸铁需要仔细的防腐保护并必须要用土覆盖。再次，因为其刚度，水击压力在球墨铸铁引水管道中会变得很大，甚至达到爆炸使导管破裂的程度，造成生命损失和运营的总损失。失效的引水导管不能发出有用的警告，而只是简单的爆炸。引水导管失效是惊人且危险的，并且很少能在事故之前检测到，因为管的结构完整性的损失通常是瞬间的，当然不会在一个能够进行有用的人为干预来避免失效的时间段内。最后，球墨铸铁的摩擦系数相对较高，由于与水流通过导管时的相关的摩擦，造成大量的水头损失。事实上，所有的这些问题都直接涉及现有技术水利发电设施的基本原理，基于压力驱动向下定向的导管的下端处的涡轮机。为了产生所需的压力，在向下定向的导管中需要容纳巨大量的水。然后在普遍的压力下，任何的材料瑕疵或是疲劳都会导致上述的灾难后果。

在“经典”的涡轮/发电机组中，落水的能量转变成转矩，转矩推动涡轮/发电机轴转动，从而在转子/定子组中产生电能。该系统的不幸效果中的一个是在涡轮/发电机组中的轴承上施加了大的载荷，因为通常地，即使在该设置中有变化，轴要么常垂直于冲击式涡轮机中的水流，要么常垂直于反动式涡轮机中的压力变化。

DE-U1-20 2006 016550公开了(小规模)基于压力的水电站，其中，倾斜地斜顶水管在水坝的进水口和用于驱动发电机或动力发生装置的涡轮机轮子之间延伸，发电机或动力发生装置布置在位于进水口以下的水平上。顶水管包括铠装的或是加强的塑料层压管，其内表面的粗糙系数比混凝土或是铁管的小，降低了在顶水管中的与摩擦相关的动压力损失。该基于压力的水电站中的水速在1-2m/s，即3.6-7.2km/h的范围之内。

发明内容

本发明涉及水利发电设施，包括水源和产能站，其中源位于比产能站更高的垂直水平上；和导管，导管在源和产能站之间延伸，其中水利发电设施的产能站基于高水速和低压力配置。高速和低压减少施加在涡轮/发电机组中的轴承上的载荷，因此提高使用寿命和可靠性。

根据本发明的水利发电设施的产能站基于100米的典型水头处的40-50m/s，即144-180km/h的范围在内的水速配置。

为了说明使用本发明在压力值上不同，现有系统根据如下方程式建立流体静压力：

p＝h*ρ*g

其中，p＝压力

h＝水头，或水柱的高度

p＝水密度

g＝引力常数

惯常的做法是关于大气压力量化液体静压力，通常由ATM或Bar表示，以每10米水头增加1ATM的1Bar的线性比率。如此，因为本发明通过允许水自由地加速以阻止液体静压力上升，因此水压在100水米头保持接近1ATM，然而，现有系统会建立10ATM的液体静压力。

用于铺设地下引水管道的现有技术已经使用了很多年，并已经证明了是中等适当的，但是有故障趋向。在国际上，最普遍使用的方法是由球墨铸铁制造的“地上引水管道”。引水管道通常放在带有支撑管本身的托架的(加强的)混凝土支撑件。作为一种替代，使用地下设施。可使用带锚定或不带锚定的地下设施解决方案。在挪威，为了美观的原因，在任何可能的情况下必须将引水管道埋起来。其他国家当局可能有类似的要求。下文中，为了下面的公开和描述的简单起见，即使发明人不是所有者，本公开的所有者仍可能间或称为发明人。