一种水力循环发电系统

技术领域

本发明涉及水力发电技术领域，具体涉及一种水力循环发电系统。

背景技术

水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机的动力，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能。水能是我国规模最大、技术最成熟的可再生清洁能源，为我国经济社会的发展、能源结构的调整，及减少温室气体排放和改善大气环境做出了重大贡献。但现有的水力发电系统需要拦河筑坝，投入大、建筑周期长，回报慢，且大规模的集中式水力发电不仅昂贵，并且会破坏环境，扰乱生态系统的平衡。而风力发电、太阳能发电普遍存在无连续性的缺点，火力发电对大气环境会造成不良影响，核电存在安全隐患。

因此，提供一种环保型的水力发电系统具有重要的意义，可以改变现有的发电模式。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明提出一种水力循环发电系统以解决现有技术的不足。

本发明主要通过以下技术方案来实现：

一种水力循环发电系统，包括至少一个输送泵、至少一条水道、第一供电装置，以及位于人造建筑构件第一高度和第二高度上的第一蓄水池和第二蓄水池，所述第一高度低于第二高度，所述输送泵分别连通第一蓄水池和第二蓄水池，所述水道呈一定斜度设置在第一蓄水池与第二蓄水池之间，所述水道内安装有若干微型水轮机，所述微型水轮机与发电机连接，所述发电机通过第一供电装置连接至电网。

进一步地，所述水道设有多条，所述水力循环发电系统还包括辅助供电设备、第二供电装置，所述水道分别与第一供电装置、第二供电装置对应设置，与第二供电装置对应水道内的发电机与第二供电装置电连接，所述辅助供电设备、第二供电装置分别与输送泵电连接。

进一步地，所述第一蓄水池设置在人造建筑构件的底部或下方，所述第二蓄水池设置在人造建筑构件的顶部或中部。

进一步地，所述水道为由上至下盘绕在人造建筑构件周侧的螺旋状水道，所述螺旋状水道的上端与第二蓄水池连接；所述水道与所处水平面之间的夹角为α，其中α为1-90度。

进一步地，所述水道为由上至下设置在人造建筑构件上的倾斜水道，所述倾斜水道的上端与第二蓄水池连接；所述水道与所处水平面之间的夹角为α，其中α为1-90度。

进一步地，所述水道上设有流量调节阀。

进一步地，还包括用于向第一蓄水池补充水的抽水泵，所述第一蓄水池通过抽水泵与附近水源连接。

进一步地，与所述第一供电装置对应的水道设有多条形成第一水道组，与所述第二供电装置对应的水道设有多条形成第二水道组，所述第二水道组与第一水道组间隔设置，所述第一水道组内的若干水道沿竖向间隔排列或沿水平间隔排列，所述第二水道组内的若干水道沿竖向间隔排列或沿水平间隔排列。

进一步地，所述微型水轮机沿水道的延伸方向错位设置或对称设置在水道内壁上。

进一步地，所述发电机与对应的第一供电装置、第二供电装置之间设有自动开关。

与现有技术比较本发明技术方案的有益效果为：

本发明提供的一种水力循环发电系统，通过输送泵将第一蓄水池的水抽吸至第二蓄水池，高处的水自上而下对水道内的若干微型水轮机依次进行冲刷，留下来的水最后又回到第一蓄水池，水流带动发电机转动产生的三相交流电，经第一供电装置输送至电网上。无需拦河筑坝，可循环利用水能进行发电，不受外界影响可连续性运作；通过设置多条安装微型水轮机的水道，使得发电量可达到几千KW至几十万KW以上；依托人造建筑构件设置第一蓄水池和第二蓄水池，不需要占用大量的土地使用面积，地理位置要求低，在小溪、河流旁即可实现集约化建设，投资小，建设周期短，回报快，无污染、无粉尘，安全环保；可根据区域用电多少，快速标准化复制，无需建立跨区高压输送网；维修简便，即使有个别微型水轮机损坏，也不会影响整个发电系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种水力循环发电系统的实施例1的结构示意图；

图2是本发明提供的一种水力循环发电系统的实施例2的结构示意图；

图3是本发明提供的发电机与第一供电装置连接的结构示意图；

图4是本发明提供的发电机与第二供电装置连接的结构示意图；

图5是本发明提供的微型水轮机、发电机安装在水道上的结构示意图；

图6是本发明提供的水车式水轮机、发电机安装在水道上的结构示意图；

图7是本发明提供的水车式水轮机的结构示意图。

附图标记如下：

1、输送泵，2、水道，3、第一供电装置，4、人造建筑构件，5、第一蓄水池，6、第二蓄水池，7、微型水轮机，71、水轮机轴，72、叶片，8、发电机，9、电网，10、辅助供电设备，11、第二供电装置，12、流量调节阀，13、抽水泵，14、附近水源，15、自动开关，16、排水阀，17、泄水孔，18、连接管，19、母线，20、电力变压器。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。本领域技术人员在本发明构思的指导下所作的常规选择和替换，均应视为在本发明要求保护的范围内。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1-3所示，一种水力循环发电系统，包括至少一个输送泵1、至少一条水道2、第一供电装置3，以及位于人造建筑构件4第一高度和第二高度上的第一蓄水池5和第二蓄水池6，第一高度低于第二高度，输送泵1分别连通第一蓄水池5和第二蓄水池6，水道2呈一定斜度设置在第一蓄水池5与第二蓄水池6之间，水道2内安装有若干微型水轮机7，微型水轮机7与发电机8连接，发电机8通过第一供电装置3连接至电网9。其中，发电机8设置在水道2外壁上。

具体的，人造建筑构件4为建筑物或支撑架或支撑桩等，当为建筑物时，优选为高度介于20m-25m之间、长度大于50m、宽度6m-8m的长方形建筑物，例如工厂、仓库、停车场、办公楼等场所。第一蓄水池5设置在人造建筑构件4的底部或下方，第二蓄水池6设置在人造建筑构件4的顶部或中部。以保证水流达到发电需求的流速。

第一蓄水池5也可靠近人造建筑构件4底部或下方设置，通过在水道2的下端设置延伸管将水引导至第一蓄水池5内。

具体的，输送泵1靠近第一蓄水池5设置，输送泵1的进水管插入第一蓄水池5的中下部，输送泵1的出水管沿着人造建筑构件4向上插入第二蓄水池6的中上部。其中，为方便水道2的安装，第二蓄水池6的宽度可大于人造建筑构件4的宽度，蓄水池突出的部分通过设置在地面的金属支撑桩进行固定支撑，或者通过连接管18将水从第二蓄水池6引出，连接管18穿过人造建筑构件4的侧壁与水道2连接。第二蓄水池6的底部设有与水道2连通的泄水孔17，其中，泄水孔17为方形或圆形。

较佳地，水道2与所处水平面之间的夹角为α，其中α为1-90度，以20-45°为宜。水道2为半开放水槽或全封闭水管，半开放水槽的开口向上，水道2上设有与第二蓄水池6的泄水孔17连接的连接管18。为降低人造建筑构件4的承载重量，水道2采用高分子材料制成或由不锈钢或铝合金等不锈金属材料制成。

如图4所示，优选地，水道2设有多条，水力循环发电系统还包括辅助供电设备10、第二供电装置11，水道2分别与第一供电装置3、第二供电装置11对应设置，与第二供电装置11对应水道2内的发电机8与第二供电装置11电连接，辅助供电设备10、第二供电装置11分别与输送泵1电连接。自用电和电网供电所对应的水道及供电设备单独运行，互不影响，方便对水道2进行管理。

在发电前，输送泵1、抽水泵13等工作设备在使用时需要进行供电，因此在发电前设置了辅助供电设备10，随后水力循环发电系统产生的电能一部分用于工作设备的用电需要，另一部分用于输送到电网9，省去了需要外接电源的麻烦，减少了经济运行成本，减少了对所选场地限制因素。具体的，辅助供电设备10为柴油发电机、汽油发电机、蒸汽发电机中的一种。

优选地，发电机8与对应的第一供电装置3、第二供电装置11之间设有自动开关15。在调试中起到防止短路的保护作用。

发电机8与母线19的相位、相序排列一致，发电机为三相交流380V，频率50HZ的1KW-100KW的发电机。每四条水道2内的微型水轮机7对应的发电机8的电源线与一条母线19连接，母线19通过金属件固定在水道2的上方，母线19沿着水道2方向由上而下设置。

具体的，第一供电装置3与第二供电装置11结构相同，第一供电装置3包括母线19、电力变压器20，发电机8与母线19连接，母线19通过电力变压器20连接至电网9。其中，母线19为铝排或铜排，母线19可根据水道2的数量设有多条，发电机8的三相电源线接在自动开关15的接线柱上，自动开关15的连接线与母线19连接。

在实际应用中，自用发电所用的水道2、微型水轮机7、发电机8、母线19及电力变压器20与输送至电网发电所用的水道2、微型水轮机7、发电机8、母线19及电力变压器20应分开控制，独立运行，方便进行管理，其中，自用发电的电能与输送至电网9电能所用的水道2的比例优选为1.5：8.5。

作为水道2的其中一种实施方式，水道2为由上至下盘绕在人造建筑构件4周侧的螺旋状水道，螺旋状水道的上端与第二蓄水池6底部的泄水孔17连接。水道2沿水平方向间隔排列设置，最内侧的水道2与长方形建筑物固定，其余水道2通过支撑桩与地面固定，占用空间小，延长了水的流动路径，相应增加了发电机8的数量，提高了发电质量。

作为水道2的另一种实施方式，水道2为由上至下设置在人造建筑构件4上的倾斜水道，倾斜水道的上端与第二蓄水池6底部的泄水孔17连接。人造建筑构件4为多个间隔排列的支撑桩，水道2呈上下多层次间隔设置，并沿水平方向间隔排列设有多条，水道2通过支撑桩与地面固定，结构简单，方便安装。

优选地，与第一供电装置3对应的水道2设有多条形成第一水道组，与第二供电装置11对应的水道2设有多条形成第二水道组，第二水道组与第一水道组间隔设置，第一水道组内的若干水道2沿竖向间隔排列或沿水平间隔排列，第二水道组内的若干水道2沿竖向间隔排列或沿水平间隔排列。

具体的，水道2以人造建筑构件4为基点，由内向外间隔设有多条，通过人造建筑构件4上的安装支架或设置在地面的支撑桩对水道2进行支撑，以提高水道2的稳定性和可靠性。

为保证足够多水量的水从第二蓄水池6快速冲击水道2内的微型水轮机7，较佳地，水道2上设有流量调节阀12。流量调节阀12也可设置在连接管18上。

以螺旋状水道为例，随着水道2数量的增加，安装在水道2内的微型水轮机7及匹配在水道2外的发电机8也成比例增加，总的发电功率也成倍率增长，第二蓄水池6上的泄水孔17、水道2上的流量调节阀12相应增加，同时为达到第一蓄水池5与第二蓄水池6的循环用水的平衡，也相应需增加对应的输送泵1的数量。

优选地，还包括用于向第一蓄水池5补充水的抽水泵13，第一蓄水池5通过抽水泵13与附近水源14连接，抽水泵13的进水管连通附近水源14，抽水泵13的出水管连通第一蓄水池5。还包括排水阀16，排水阀16设置在第一蓄水池5的底部。

为防止蓄水池内的水变质，可定期开启排水阀16对第一蓄水池5进行排水，同时通过抽水泵13向第一蓄水池5内补充新鲜的水，边排水边进水，做到供排水平衡，使第一蓄水池5保持有充足的水量，确保整个发电系统的循环用水量。如果第一蓄水池5内的循环用水量不足，可开启抽水泵13补充水量，使循环用水量达到平衡点后，关闭抽水泵13，以免水从第一蓄水池5中外溢。

如图5-7所示，优选地，微型水轮机7包括水轮机轴71和若干沿周向围绕水轮机轴71固定的叶片72，水轮机轴71与发电机8的转子连接。叶片72呈弧形，叶片72均匀焊接在水轮机轴71上，水轮机轴71的两端通过轴承安装在水道2上或微型水轮机7为水车式水轮机7。轴承采用不锈钢轴承或陶瓷轴承。水轮机轴71与叶片72采用金属材料一体制造而成。

具体的，微型水轮机7沿水道2的延伸方向错位设置或对称设置在水道2的内壁上。水道2内设有向外凸出的安装槽，方便安装微型水轮机7，且不影响水流通过。

水力循环发电系统还应包括照明设备、电路保护装置等必备的用电结构。

整个发电系统的用水是循环往复的，通过输送泵1将第一蓄水池5内的水输送至第二蓄水池6中，水经泄水孔17和流量调节阀12顺着水道2冲至第一蓄水池5中，输送泵1再将第一蓄水池5内的水抽送至第二蓄水池6里，这样形成循环用水，不浪费水资源，采用少量的水就能达到循环发电。

本发明提供的水力循环发电系统的工作原理：由柴油发电机作为辅助供电设备10，启动抽水泵13从江河中抽水至第一蓄水池5至所需水平面，启动自用发电对应的输送泵1将水输送至第二蓄水池6至一定水深，当要发电时，打开对应水道2上的流量调节阀，水顺着水道2向下冲击微型水轮机7的叶片72，微型水轮机7快速转动带动发电机8转动，流量调节阀12控制水流大小，使各发电机8达到一定转速，从而发出相同的50HZ频率、三相交流380伏的电压，按相位、相序排列一致性分别通过自动开关15依次经母线19汇集、电力变压器20升压至频率为50HZ，三相交流400伏的电压作为水力循环发电系统的独立自用电源，供系统中输送泵1、抽水泵13、照明设备、电路保护装置等工作设备的用电需求。

满足系统中工作设备用电需求后，可逐一打开输送至电网9电能对应的输送泵1和对应水道2上的流量调节阀12，将水输送至第二蓄水池6，水顺着水道2向下冲击微型水轮机7的叶片72，微型水轮机7快速转动带动发电机8转动，流量调节阀12控制水流大小，使各发电机8达到一定转速，从而发出相同的50HZ频率、三相交流380伏的电压，按相位、相序排列一致性通过自动开关15依次经母线19汇集、电力变压器20升压与电网9相同的电压、频率且相位、相序排列一致后输送到电网9上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。