[發明專利]高細管高效水力發電方法及系統

無效

• 申請號: 200910114600.X
• 申請日: 2009-12-01
• 公開（公告）號: CN101713369A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 吳杰康;彭斌;何芬
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00;F03B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高細管高效水力發電方法及系統，屬于水力發電領域。

背景技術

水電站利用水庫來蓄水，水庫庫容越大存儲的水量越大，水庫蓄存的水能就越多。具有一定流速的水流含有動能，流速越高具有的動能就越大；處于一定高度的水流具有勢能，相對高度越大具有的勢能就越大。水流從高處流向低處，可以將勢能轉化為動能，水流獲得更高的速度。水庫里儲蓄的水在重力作用下獲得高的速度，沿壓力引水管向下輸移，在水輪機接口處獲得更高的速度。具有一定速度的水流驅動水輪機轉動，使水輪機獲得機械能；水輪機驅動發電機，將機械能轉化為電能。傳統上水電站水輪發電機組輸出功率的計算公式都采用如下數學公式^[1]-[13]：

P＝9.80ηQH????(1)

式中P為水輪發電機組輸出功率(kW)，Q為發電流量，H為發電水頭，η為水輪機發電效率。

式(1)是在假設壓力引水管入口處水流速度、壓強與水輪機出水口處水流速度、壓強相等的前提下得出的。也就是說，水輪發電機組輸出功率的傳統計算方法只包括勢能，而沒有包括動能、壓能。傳統計算方法，沒有考慮水流動能和壓能在水庫、壓力引水管、水輪機、尾水管的輸移，因此在結構和工藝上也沒有對水庫、壓力引水管、水輪機、尾水管進行針對性改進和優化，使得水能沒有得到充分和高效的利用。

水輪發電機組從水庫水體勢能、動能和壓能轉化而成的電能主要與水庫落差、壓力引水管入口處水流速度和水庫蓄水水位等有關系。

水電能源是以發電為主兼顧其他綜合利用的資源，為了能夠對其利用進行合理的優化，必須通過數學方法求出其總量，建立函數模型。水電能源是由自然水資源所蘊藏的能量轉化而來，主要是存在于水體中的壓能、勢能、沖擊動能以及水體重力做功所產生的能量。

(1)進水口處水體微元具有的能量

假設水電站某機組壓力道管為圓柱形，進水口處一個在x方向上微長度為dx的水體微元，則該水體微元的受力有重力、水壓強及水庫四級水體重力分量對其作用力。在這些作用力共同作用下，水體微元沿著壓力引水管進口向出口運動并推動水輪機組轉動，最終實現水能-機械能-電能的耦合轉換，水輪發電機組產生電能輸出。

壓強沿壓力引水管方向分量對水體微元所做的功或者所具有的能量W_I為：

WI=PIVw=(H-HI)ρ·14πD2dx=14πρD2(H-HI)dx---(2)]]>

其中??P_I、V_W、H_I、D為壓力引水管入口處水體微元的體積、壓強、水位、直徑，H為水庫蓄水水位，ρ為水的比重，α為壓力引水管傾斜角。

水體微元重量在壓力引水管入口處所形成的壓力沿壓力引水管方向的分量所做的功或者所具有的能量為：