[其他]空氣作中間介質的水力電力轉換系統

無效

• 申請號: 86103487
• 申請日: 1986-04-16
• 公開（公告）號: CN86103487A
• 公開（公告）日: 1987-04-29
• 發明（設計）人: 諾曼·韋斯特·貝拉米
• 申請（專利權）人: 水能聯合有限公司
• 主分類號: F03B13/12
• 分類號: F03B13/12
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 黃力行

本發明涉及水力電力系統，特別是將液體水頭能量（但不局限于這種形式的能量）轉換到易于使用的能量形式（例如電能）的氣動轉換系統。本發明特別適用于河道這樣的低水頭情況以及可能出現潮汐的地方。本說明書所述的低水頭是指1-10米的水頭，采用本系統生產的電力功率在100千瓦到10兆瓦的范圍。雖然本發明系統特別適用于上述范圍的低水頭，但是本發明系統并非不能適用于更高水頭、更低水頭或者更高功率、更低功率的情況。實際上，它可以用來轉換液體的動能。

當人們提起生產電能的傳統裝置時，人們馬上會想到利用礦物燃料的火力發電站和利用水的壓頭去驅動水輪機的水力發電裝置。本發明系統類似于將水的壓頭和動能轉化成易于使用能量形式的水電站;但是本發明系統與上述水力發電站和利用礦物燃料的火力發電站這兩種傳統系統相比，有較低的單位成本。

低水頭水力發電自上世紀末以來得到廣泛應用，那時候在許多歐洲河流上筑堰或堰壩來控制其流動以提供必要的水頭。大多數河流上的建筑目前仍保留著，但未利用它作為動力源，因為使用普通的水輪機將這種建筑結構的低水頭轉換為電能只有較低的經濟效益。這是由于用大直徑低速水輪機轉換低水頭能量費用昂貴。鑒于近來電能生產成本迅速增加，這些閑置的建筑結構已引起人們更多的關注。

例如，對于發展中國家，從經濟考慮水電站看來是最有吸引力的向本國供電的設施，但在多數情況高昂的基建成本和缺少配電設施使得這種傳統的水電站超出發展中國家經濟力量限度，而利用小水頭的大量設計反而成為可行的比較經濟的電力源。

在英國，最近制定的法律允許私營組織生產電能賣給中央電力管理局，對于那些在合適水力發電地點附近的私營組織來說，利用低水頭能量轉換系統從這些現成的水頭來生產電能常常會產生很大的吸引力。在英國，有許多象磨坊這樣的地方，在那里可輸出小功率的電力向國營電網供電或滿足電力用戶的需要。

人們認為，在不遠的將來，低水頭水力發電的潛力可能會是很可觀的。

最近至少已經提出了兩種將低水頭能量轉換為另一種易于生產電能的能量形式的系統。第一種系統在英國專利申請2096706A中已公布，該申請公開了一種具有多個葉片的水力發動機，這些葉片排列成一個堰壩，在堰壩一側的水頭和/或動能對葉片產生一個反作用，驅動葉片沿著堰壩移動，直至達到極限位置，此時葉片改變其傾角，水的反作用使葉片向相反方向移動。這種葉片的機械往復運動可用來生產電能。人們認為，這種裝置機械結構復雜，在運行時會出現問題。

另一種低水頭系統，已在Coventry????Lanchester工業大學1984年9月提出的論文中公開，作者是Peatfield、Duckers、Locktt、Loughridge、White和West。該論文也以英國專利說明書No2143284形式出版了。該系統有一個密閉室，依靠開關其進口閥和出口閥來控制進入該密閉室的水流，該進、出口閥的開關是以這樣的方式來進行的：使所選定地點處的大部分水頭能被充分利用，變成充水和排空循環的有效驅動壓力。運行循環從打開水的進口閥開始，讓水流入空室內，此時排水閥是關閉的，往室里充水和在壓力作用下驅使空氣通過一個韋爾斯渦輪機排出，這種渦輪機為雙向驅動型，推進流體可以雙向流過其葉片驅動渦輪機，此渦輪機轉動方向與通用的單向渦輪機相同，而通用的單向渦輪機卻要求流體單向流過其葉片。在接近于完成一個充水循環的適當時刻，關上入口閥，然后打開出口閥，允許水流至擋水結構側的下游。這個排空過程將空氣從仍在轉動的韋爾斯渦輪機抽回到密閉室中，于是從充水到排空的循環過程中韋爾斯渦輪機以最佳的效率來抽取能量。然后，在接近循環排空結束的恰當時刻關上出口閥，再從打開入口閥開始下一個循環程序。

上述系統必須每10秒鐘打開和關上水流入口閥和出口閥一次，所以存在控制上的一些問題，長時間以如此高的頻率進行操作，可能導致運行故障。

本發明與Coventry????Lanchester工業大學論文中的系統有一些相似之處：用水來排擠出空氣，被排出的空氣驅動韋爾斯渦輪機這樣的裝置。雖然在大多數情況下采用空氣作為介質，但必須指出，也可以采用任何一種具有本說明書解釋部分所提到的那些特性的氣態或汽化態的介質。同樣，水是本發明最經常采用的液體，而人們也可以用另一種不同的液體來代替水。因此，在下面直接采用水和空氣這兩個術語來進行描述。