專利名稱：提高蓄水儲能電站能源轉(zhuǎn)換率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬固定建筑物領(lǐng)域。
目前的蓄水儲能電站，在工作時，由于受到水頭損失、本身能耗等因素的影響。特別是只采用簡單的一抽一放的形式，所以最佳的能源回收率也只在80%左右。要想再提高其能源的回收率，由于受到能的守恒定律的制約，目前還沒有什么突破性的進(jìn)展。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種《提高蓄水儲能電站能源轉(zhuǎn)換率的方法》，它是在目前蓄水儲能電站的基礎(chǔ)上，將蓄水池直接修建在供水池之上，并在蓄水池底開一個孔，再將一個活塞式的浮體經(jīng)該孔而安放在供蓄兩水池之間，當(dāng)蓄水池蓄水儲能和放水發(fā)電時，都整定一個始動力作用于浮體，使浮體的浮力或重力等于始動力時，才能在供蓄兩水池間作上下運(yùn)動。并將其運(yùn)動中所具有的不屬于能的守恒定律范疇的能量提取出來，就能極大地提高其能源轉(zhuǎn)換率。
本發(fā)明的任務(wù)是以如下的方式完成的當(dāng)開動抽水裝置，水開始進(jìn)入蓄水池(1)，這時，整定一個始動力作用于浮體(2)，使浮體的浮力等于該值時，才能向上運(yùn)動。隨著蓄水池的水位上升，浮體的浮力增大，當(dāng)?shù)扔谑紕恿r，浮體開始向上運(yùn)動。蓄水池滿水后，抽水裝置停機(jī)。浮體停止運(yùn)動。開始放水發(fā)電，這時又整定一個始動力作用于浮體，使浮體的重力等于該始動力時，浮體才能向下運(yùn)動。隨著水位下降，但在始動力的作用下，浮體尚未能向下運(yùn)動，當(dāng)蓄水池放完水后，浮體的重力已等于始動力，浮體開始向下運(yùn)動。當(dāng)浮體處于平穩(wěn)后，已完成一個工步。又可開動抽水裝置，反復(fù)上述過程。在上述過程中，除蓄水儲能和放水發(fā)電在能的轉(zhuǎn)變和守恒定律的范疇內(nèi)守恒外，還可利用浮體上下運(yùn)動的物理現(xiàn)象，將其在運(yùn)動中所具有的能的守恒定律以外的能量提取出來加以利用，就能提高其能源的轉(zhuǎn)換率。
以下結(jié)合附圖
，對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并以浮體的直徑為2米高為10米，鋼材焊接結(jié)構(gòu)自重2噸。蓄水池的直徑為2.02米，高為10米為實(shí)施例，作進(jìn)一步的描述。
附圖為本發(fā)明的主視剖面示意圖，其中由蓄水池(1)，浮體(2)框架柱(3，5)，供水池(4)，基礎(chǔ)底板(6)所組成。
在附圖中，供水池(4)只要求浮體(2)在其活動的區(qū)域內(nèi)，有一個直徑比浮體直徑稍大，深略高于浮體1/2高的位置，使浮體在工作時能上下運(yùn)動即可。供水池的水平面應(yīng)與蓄水池(1)內(nèi)的底面平面平行。供水池應(yīng)取于有穩(wěn)定水位的開放式的江河湖海上，使浮體作上下運(yùn)動時，其水位不作變化，若取于水庫等其它封閉式的系統(tǒng)內(nèi)，則要求其庫容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于浮體的體積，使浮體在作上下運(yùn)動時，其水位僅作微小的，以至可以忽略不計的變化。
以本發(fā)明實(shí)施例為例，供水池(4)在浮體(2)的活動區(qū)域內(nèi)，只要有一個直徑為2.1米，深為5.1米的位置，供浮體運(yùn)動即可。供水池的深若已低于河床，需在其直徑2倍以外的外圍，用磚或其它材質(zhì)砌一道略高于河床的攔污壩，以使污泥雜物不能流進(jìn)該處。在水平面以下的5.3米處，地基應(yīng)牢固，以用來建蓄水池的基礎(chǔ)。為使蓄水池能建于地面以下，供水池的水平面應(yīng)與地面平面相差10米。
浮體(2)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼材焊接結(jié)構(gòu)加工做成。采用圓柱體，圓周下面的邊緣處向下對稱引伸出四個0.1米的定位腳，以免使浮體全部上升到蓄水池后，由于側(cè)面放水發(fā)電而使浮體偏位，不能返回供水池。并根據(jù)采用不同材質(zhì)構(gòu)成的自重，在浮體內(nèi)加進(jìn)水或其它物質(zhì)使浮體的高度中線與蓄水池內(nèi)底面平面平行時，浮體(2)所排開的水量與其重量相等。因浮體需在供蓄兩水池間作上下運(yùn)動，而抽水進(jìn)蓄水池，是本發(fā)明的耗能部分，所以浮體與蓄水池兩者直徑相差宜在5至30毫米之間。只要使浮體能在蓄水池內(nèi)作上下運(yùn)動即可。浮體的圓周應(yīng)光滑平亮，只在蓄水池內(nèi)運(yùn)動的中線以上的上半部份，圓周各點(diǎn)到圓心的偏差值，應(yīng)小于浮體與蓄水池兩者半徑之差的1/2。中線以下的下半部份，因需在供蓄兩水池間運(yùn)動，而浮體本身與蓄水池的底孔配合，也是阻止蓄水池的水經(jīng)蓄水池底孔流向供水池的唯一物體，所以其偏差值要小于上半部份偏差值的1/5。在浮體工作開始運(yùn)動前，先整定一個使浮體能夠開始運(yùn)動的力作用于浮體，使浮體的浮力或重力等于該值時，浮體才能開始運(yùn)動。該始動力等于浮體1/2體積的排水量。即浮體本身的重量。
以本發(fā)明的實(shí)施例為例，浮體(2)的直徑取2米，高取10米，鋼材焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)成，用鐵枝做成直徑1.94米的圓圈21個，在各圓圈內(nèi)，再用兩鐵枝擺成十字形與各圈焊接，然后將每兩圈隔0.5米用12條鐵枝在圓周平均分格焊接，以連接各圈。上底兩面另各加一圈直徑為一米的焊接進(jìn)去，構(gòu)成框架。以上鋼材直徑可取12至16毫米?？蚣芡鈬?毫米厚鐵板，圓周及底面直接焊接使之能密封。上面因需放水進(jìn)浮體內(nèi)，用螺栓連接。這樣浮體的自重為2噸，浸水5米時的排水量為15.7噸，所以需加水13.7噸，使浮體浸水5米時，排水量與重量相等。浮體上半部份的5米，圓周各點(diǎn)到圓心的偏差值應(yīng)控制在±5毫米以內(nèi)。下半部份的直徑應(yīng)控制在1.998至2米之間。整定浮體上下運(yùn)動的始動力均為15.7噸。
蓄水池(1)為圓柱體，其池體可用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼材焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)成。若建于地面以下，也可用磚、石等其它材質(zhì)，并每隔3至4米加一道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的圍身梁而構(gòu)成。由于該池是建在供水池(4)之上，所以該池的基礎(chǔ)是建造在供水池內(nèi)，為使供水池的水能暢通，基礎(chǔ)最底先用鋼筋混凝土加工一塊直徑稍大于蓄水池直徑的基礎(chǔ)底板。在該板到蓄水池底，只需用鋼筋混凝土倒柱立框架，若柱高超過5米。需隔3至4米另加一道圍身梁。
蓄水池(1)的高度與浮體(2)的高度相等。其直徑，根據(jù)本發(fā)明的需要，浮體是需在蓄水池內(nèi)作上下運(yùn)動，而兩者間的空間位置是需耗能抽水進(jìn)去，使浮體產(chǎn)生浮力，所以兩者的直徑差宜在5至30毫米之間。在現(xiàn)有技術(shù)允許的范圍內(nèi)，也根據(jù)所建蓄水池采用不同的材質(zhì)和加工方法，來確定其池內(nèi)的直徑，但必須使浮體能在蓄水池內(nèi)作上下運(yùn)動，而浮體與蓄水池之間又有水能流進(jìn)。蓄水池體的內(nèi)壁應(yīng)光滑平亮。各點(diǎn)到池內(nèi)圓心的偏差值應(yīng)小于蓄水池與浮體兩半徑之差的1/2。并在蓄水池底開一個孔，該孔的孔面平面是供蓄兩水池的水位分界處，浮體也是經(jīng)該孔而在供蓄兩水池間作上下運(yùn)動。理論上，該孔與浮體應(yīng)加工到缸套與活塞一樣的密封程度，但考慮到所建浮體及蓄水池的體積和重量，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，只需使其偏差值小于浮體與蓄水池兩者半徑偏差值的1/5，雖然多耗點(diǎn)能抽水進(jìn)去，只要在向蓄水池抽水時，流進(jìn)蓄水池的水遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)該孔而返回供水池的水即可。
就本發(fā)明的實(shí)施例而言，蓄水池(1)的直徑取2.02米，高取10米，半徑偏差值小于±5毫米，池體底孔直徑為2.001米，直徑最大偏差值為2毫米，使直徑控制在2.001至2.003米之間。當(dāng)浮體(2)全部處于蓄水池(1)時，兩者之間的空間為(1.012π-12π)×10＝0.63114立方米蓄水池體的基礎(chǔ)用直徑為16毫米的鋼材按150×150毫米分格排列加工成直徑為3米，高為0.2米的鋼筋混凝土基礎(chǔ)底板(6)。在該板面，對稱地加工4根用直徑16毫米的鋼材6條加工成直徑為0.3米，高為4.9米的鋼筋混凝土框架柱(3，5)。(附圖只繪兩根)。其中，各柱的鋼材均應(yīng)插入基礎(chǔ)底板和蓄水池體的底面。蓄水池底用6條直徑16毫米的鋼材加工成內(nèi)徑為2.001米，外徑為2.42米，高為0.2米的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的圓環(huán)。然后在該環(huán)面用磚加工砌成外徑為2.42米，內(nèi)徑為2.02米，高為10米的池體，并在池體高度的1/3和2/3處加工兩道用6條16毫米鋼材加工成0.3米高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的圍身梁。為提高蓄水池底孔的精確度，也可將上述的圓環(huán)內(nèi)徑改為2.02米，再用一塊直徑為2.2至2.4米，厚為10毫米的鋼板，在其中心加工一個直徑為2.001米的圓孔，然后將之安放在上述圓環(huán)之上或與圓環(huán)的鋼材一起倒制在鋼筋混凝土內(nèi)，作為池體的底孔。
本發(fā)明的浮體(2)，蓄水池(1)若體積較小時，也可用鐵、銅、鋁等其它材質(zhì)一次鑄成或沖壓加工而成。除采用圓柱體外，也可采用長方體等其它形狀。為增加浮力，供蓄兩水池的液體除用水外，也可采用其它比重大于水的液體。
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明實(shí)施例的具體實(shí)施，作進(jìn)一步的描述。
附圖為本發(fā)明的起始狀態(tài)，浮體(2)所排開的水量與重量相等，高度的中線與蓄水池底平面平行，處于平穩(wěn)狀態(tài)。這時開動抽水裝置(蓄水儲能和放水發(fā)電兩系統(tǒng)的各種設(shè)備，附圖均未繪出)，水開始進(jìn)入蓄水池(1)，這時整定一個15.7噸的始動力作用于浮體，使浮體的浮力等于該值時，才能向上運(yùn)動。隨著蓄水池的水位增高，浮體的浮力增大，但在始動力的作用下，浮體尚未能向上運(yùn)動，當(dāng)蓄水池水深5米時，浮體的浮力已達(dá)31.4噸，比其重量多了15.7噸，已等于整定的始動力，浮體(2)在15.7噸的始動力下向上運(yùn)動，當(dāng)蓄水池滿水后，停止抽水，這時浮體(2)上升了5米。開始放水發(fā)電，同時也整定一個15.7噸的始動力作用于浮體，使浮體的重力等于該值時才能向下運(yùn)動，隨著水位的下降，浮體的浮力減少，向上的壓力也相應(yīng)減少，當(dāng)蓄水池的水位下降5米后，浮體所排開的水量與重量相等，也處于平穩(wěn)狀態(tài)。隨著水位的繼續(xù)下降，浮體的重力已大于浮力，但在整定的始動力作用下，浮體尚未能下降，當(dāng)蓄水池放完水后，浮體的重力已等于15.7噸，等于整定的始動力，浮體(2)開始向下運(yùn)動，當(dāng)下降5米后，浮體已回到起始位置，處于平穩(wěn)狀態(tài)。這樣就完成了本發(fā)明的一個工步，又可開動抽水裝置，如此反復(fù)地進(jìn)行。
在每一工步的過程中，浮體處在蓄水池中的空間位置始終是由浮體本身占據(jù)著，水是不能進(jìn)入其位置而損失水頭。浮體向上運(yùn)動是靠蓄水池的水對它產(chǎn)生浮力而運(yùn)動的，向下運(yùn)動則靠自己的重力。都不是以損失蓄水池的水位(即能量)而運(yùn)動。它在運(yùn)動中所具有的能量，則是靠整定的始動力而得到。所以蓄水池有沒有浮體，蓄水儲能和放水發(fā)電其能的轉(zhuǎn)變是守恒的。而浮體運(yùn)動中所具有的能量，顯然不屬于上述能的轉(zhuǎn)變和守恒定律范疇之內(nèi)，是一種新的浮力能源。這樣，浮體在上升的過程中所具有的能量為15.7噸×5米＝78500公斤米，在下降的過程中，起始重力為15.7噸，但隨著浮體進(jìn)入供水池(4)后，供水池對其產(chǎn)生浮力，所以在下降的過程中，浮體的重力與下降的距離成反比，當(dāng)下降5米后，重力已等于0。所以在這個過程中，浮體向下運(yùn)動所具有的能量為(15.7噸+0)÷2×5米＝39250公斤米，這樣浮體在蓄水儲能和放水發(fā)電一工步中上下運(yùn)動時所具有的能量為117750公斤米。若有70%能提取轉(zhuǎn)化為有用功輸出，也大于8萬公斤米。由于蓄水池與浮體平行時兩者中的體積為0.63114立方米，高為10米，所以每一工步中抽水所耗的能量為6311.4公斤米，即使不回收發(fā)電，并按抽水的機(jī)械效率為80%計算，其所耗的功也不到8000公斤米。(忽略不計由蓄水池底孔返回供水池的水所耗的能量)。
本發(fā)明的實(shí)施例，若完成一工步的時間為20秒，浮體上下運(yùn)動所具有的能量功率約為58瓩。若將浮體和供水池都分別向下加深5米，不增加任何能耗也可使浮體的上下運(yùn)動行程都增加5米。使浮體運(yùn)動中所具有的能量增加78500公斤米，總共達(dá)到196250公斤米。
本發(fā)明中浮體在運(yùn)動中所具有的能量，可用來壓縮空氣、抽水、或每兩套組合而錯開供放水時間，由浮體通過連桿曲軸帶動飛輪經(jīng)變速而帶動發(fā)電機(jī)。也可由浮體帶動一齒軸，通過飛輪經(jīng)變速帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電等上述或其它的現(xiàn)有技術(shù)直接或間接將能量提取出來。給予浮體的整定始動力可由上述各種能量轉(zhuǎn)變設(shè)備直接提供，也可通過在浮體和蓄水池體兩者相應(yīng)的位置中分別設(shè)置對稱的扣片和彈簧扣舌，并整定各彈簧的合力等于浮體的始動力，使浮體上下運(yùn)動前先由扣片壓縮彈簧扣舌后才能作相應(yīng)的上下運(yùn)動。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)一、徹底改變了蓄水儲能電站自問世以來就一直停留在一抽一放的簡單形式。使蓄水池在蓄放水時能對設(shè)置在其中的浮體產(chǎn)生浮力而得到在能的守恒定律以外的浮力和重力能源。
二、本發(fā)明無污染、無三廢、無易損件，與同功率的柴油動力機(jī)相比，造價不相上下。
三、本發(fā)明的投入(不回收)與產(chǎn)出比，理論值大于1比18，最佳時大于1比30。
權(quán)利要求
1.一個由蓄水池(1)，浮體(2)，供水池(4)所組成的提高蓄水儲能電站能源轉(zhuǎn)換率的方法，其特征在于蓄水池(1)在蓄水儲能和放水發(fā)電時，都整定一個始動力作用于浮體(2)，使浮體(2)的浮力或重力等于該始動力時，浮體(2)才能通過蓄水池(1)的底孔而在供水池(4)和蓄水池(1)之間作相應(yīng)的上下運(yùn)動，并利用其運(yùn)動的物理現(xiàn)象，將其運(yùn)動中所具有的能量提取出來加以利用，
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，蓄水池(1)建造在供水池(4)之上，底面開有一個孔，浮體(2)則通過該孔而安放在供水池(4)和蓄水池(1)之間。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，蓄水池(1)內(nèi)的底面平面與供水池(4)的水平面平行，在蓄水儲能的起始時，也與浮體(2)高度中線平行。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置，浮體(2)開始向上和向下運(yùn)動的始動力都等于浮體(2)1/2體積所排開的水量時而受到的浮力，也等于浮體(2)重量的重力。
全文摘要
本發(fā)明的任務(wù)是公開一種“提高蓄水儲能電站能源轉(zhuǎn)換率的方法”，它是在目前蓄水儲能電站的基礎(chǔ)上，將蓄水池直接修建在供水池之上，并在蓄水池底開一個孔，再將一個活塞式的浮體經(jīng)該孔而安放在供蓄兩水池之間，當(dāng)蓄水池蓄水儲能和放水發(fā)電時，都整定一個始動力作用于浮體，使浮體的浮力或重力等于始動力時，才能在供蓄兩水池間作上下運(yùn)動，并將其運(yùn)動中所具有的不屬于能的守恒定律范疇的能量提取出來，就能極大地提高其能源轉(zhuǎn)換率。
文檔編號F03G7/00GK1077250SQ9210238
公開日1993年10月13日 申請日期1992年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月11日
發(fā)明者林澤松 申請人:林澤松