本發(fā)明涉及水體綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種基于富水隧道的綜合利用方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，隧道工程數(shù)量日益增多。據(jù)統(tǒng)計，近年來國內(nèi)隧道總數(shù)已突破兩萬座，總里程突破兩萬公里，其中富水隧道占有相當(dāng)比例。富水隧道在運(yùn)行過程中，通過中央排水溝將大量的水排出洞外，然而這些水資源的動能卻未得到充分利用，造成了能源的浪費(fèi)。

2、在能源領(lǐng)域，氫能源作為一種清潔、高效的能源形式，正逐漸受到廣泛關(guān)注。氫能源汽車的發(fā)展是氫能源應(yīng)用的一個重要方向。然而，氫能源的儲運(yùn)一直是一個難題，尤其是在偏遠(yuǎn)地區(qū)，設(shè)置汽車氫能源補(bǔ)給站的氫氣運(yùn)輸成本高昂，這在一定程度上限制了氫能源汽車的推廣和應(yīng)用。

3、同時，隧道的供電安全也是一個至關(guān)重要的問題。隧道電源通常連接國網(wǎng)供電電路，一旦國網(wǎng)供電電路停電，隧道內(nèi)的強(qiáng)電(如通風(fēng)和照明用電等)和弱電(如洞內(nèi)的通訊和監(jiān)控用電等)均會停電。這種停電情況會給隧道內(nèi)的交通安全帶來嚴(yán)重的風(fēng)險，例如通風(fēng)系統(tǒng)停止工作可能導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降，影響駕駛員的視線和健康；照明系統(tǒng)失效會使隧道內(nèi)光線昏暗，增加交通事故的發(fā)生概率。

4、綜上所述，目前在富水隧道的水資源利用、氫能源儲運(yùn)以及隧道供電安全方面均存在不足，迫切需要一種創(chuàng)新的解決方案，能夠充分利用富水隧道的水資源進(jìn)行發(fā)電制氫儲能，并在國網(wǎng)停電時提供應(yīng)急電源，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于富水隧道的綜合利用方法及系統(tǒng)，通過在隧道洞外修建水力發(fā)電房和制氫儲能裝置，將水的動能轉(zhuǎn)化為電能，再轉(zhuǎn)化為氫能源，實現(xiàn)對富水隧道中央排水溝水資源的利用。同時可將水力發(fā)電的電可作為隧道弱電應(yīng)急電源，氫能源發(fā)電裝置發(fā)的電可作為隧道強(qiáng)電應(yīng)急電源，解決國網(wǎng)供電電路停電時產(chǎn)生的交通安全風(fēng)險問題。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種基于富水隧道的綜合利用方法，包括如下步驟：

4、s1.在隧道外合適的地形位置處修建水力發(fā)電和制氫儲能平臺，在所述水力發(fā)電和制氫儲能平臺上修建水力發(fā)電房、制氫儲能裝置、尾水溝和氫能源發(fā)電裝置；

5、s2.所述隧道中的排水經(jīng)匯集后引入所述水力發(fā)電房并驅(qū)動所述水力發(fā)電房中的水力發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，所述尾水溝將所述水力發(fā)電房使用后的水排出，所述水力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力經(jīng)過水力發(fā)電變壓器調(diào)制后分別輸送至所述制氫儲能裝置及所述隧道中的弱電應(yīng)急電源系統(tǒng)；

6、s3.所述制氫儲能裝置利用所述水力發(fā)電房生產(chǎn)的電能進(jìn)行制氫并儲存，通過加氫口向氫能源汽車加氫氣，當(dāng)制氫量接近飽和時及時通過氫氣儲運(yùn)車取走氫氣，并且所述制氫儲能裝置還將儲存的氫氣輸送至所述氫能源發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電，所述氫能源發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能為所述隧道中的強(qiáng)電應(yīng)急電源系統(tǒng)供能。

7、在本方案中，由于在偏遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)置一個汽車氫能源補(bǔ)給站的氫氣運(yùn)輸成本較高，而一般富水隧道大部分位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，直接利用隧道中央排水溝水力發(fā)電制氫，達(dá)到在偏遠(yuǎn)地區(qū)制氫氣的目的，且位于隧道洞口的道路附近，設(shè)置加氫站，為氫能源汽車加氫氣或氫氣儲運(yùn)車取走氫氣均非常方便，并且利用隧道中央排水溝水力發(fā)電的電可作為隧道弱電應(yīng)急電源，氫能源發(fā)電裝置發(fā)的電可作為隧道強(qiáng)電應(yīng)急電源，能夠解決國網(wǎng)供電電路停電時產(chǎn)生交通安全風(fēng)險，同時富水隧道的中央排水溝排水量一般受季節(jié)性影響，導(dǎo)致排水量差異明顯，若在枯水季將水力發(fā)電的電直接接入隧道強(qiáng)電應(yīng)急電源，則不一定滿足使用，所以將氫能源發(fā)電裝置發(fā)的電可作為隧道強(qiáng)電應(yīng)急電源，有穩(wěn)定的電壓和電流，可滿足隧道強(qiáng)電的使用。

8、進(jìn)一步優(yōu)化方案，當(dāng)所述隧道為單洞隧道時，所述隧道的隧道洞口處設(shè)置有單洞隧道中央排水溝出口，所述單洞隧道中央排水溝出口將所述隧道中的排水引入中央排水溝洞外排水通道中，所述中央排水溝洞外排水通道將排水通過斜坡排水通道引入所述水力發(fā)電房；

9、其中，所述中央排水溝洞外排水通道包括單洞隧道中央排水溝洞外排水通道和單洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道，所述單洞隧道中央排水溝洞外排水通道分別連接單洞隧道中央排水溝出口和單洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道；

10、所述斜坡排水通道為單洞隧道斜坡排水通道，所述單洞隧道斜坡排水通道分別連接單洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道和水力發(fā)電房。

11、進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述單洞隧道中央排水溝出口、所述單洞隧道中央排水溝洞外排水通道、所述單洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道和所述單洞隧道斜坡排水通道橫斷面面積相等。

12、進(jìn)一步優(yōu)化方案，當(dāng)所述隧道為雙洞隧道時，所述隧道的左洞和右洞分別設(shè)置有雙洞隧道左洞中央排水溝出口和雙洞隧道右洞隧道中央排水溝出口，所述雙洞隧道左洞中央排水溝出口和所述雙洞隧道右洞隧道中央排水溝出口將排水經(jīng)過匯集后引入中央排水溝洞外排水通道，所述中央排水溝洞外排水通道將排水通過斜坡排水通道引入所述水力發(fā)電房；

13、其中，所述中央排水溝洞外排水通道包括雙洞隧道左洞中央排水溝洞外排水通道、雙洞隧道右洞中央排水溝洞外排水通道和雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道，所述雙洞隧道左洞中央排水溝洞外排水通道分別連接雙洞隧道左洞中央排水溝出口和雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道，所述雙洞隧道右洞中央排水溝洞外排水通道分別連接雙洞隧道右洞隧道中央排水溝出口和雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道；

14、所述斜坡排水通道為雙洞隧道斜坡排水通道，所述雙洞隧道斜坡排水通道分別連接雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道和水力發(fā)電房。

15、進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述雙洞隧道左洞中央排水溝洞外排水通道橫斷面面積等于所述雙洞隧道左洞中央排水溝出口橫斷面面積，所述雙洞隧道右洞中央排水溝洞外排水通道橫斷面面積等于所述雙洞隧道右洞隧道中央排水溝出口，所述雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道橫斷面面積等于所述雙洞隧道左洞中央排水溝洞外排水通道及所述雙洞隧道右洞中央排水溝洞外排水通道的橫斷面面積之和，所述雙洞隧道斜坡排水通道橫斷面面積等于所述雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道橫斷面面積。

16、還提出一種基于富水隧道的綜合利用系統(tǒng)，包括：

17、隧道，所述隧道的隧道洞口處設(shè)置有中央排水溝出口；

18、水力發(fā)電和制氫儲能平臺，所述水力發(fā)電和制氫儲能平臺設(shè)置于所述隧道的外側(cè)，其上設(shè)置水力發(fā)電房、制氫儲能裝置和氫能源發(fā)電裝置，且通過便道與洞外路面連接；

19、中央排水溝洞外排水通道，所述中央排水溝洞外排水通道連接所述中央排水溝出口和斜坡排水通道，所述斜坡排水通道將排水引到所述水力發(fā)電房，所述水力發(fā)電房包括水力發(fā)電機(jī)和水力發(fā)電變壓器，所述水力發(fā)電機(jī)將排水轉(zhuǎn)化為電能并將電能輸送至所述水力發(fā)電變壓器，所述水力發(fā)電變壓器將調(diào)制的電能輸送至制氫儲能裝置和所述隧道中的弱電應(yīng)急電源系統(tǒng)；

20、所述制氫儲能裝置通過電能生成氫氣并通過氫氣輸送管道連接所述氫能源發(fā)電裝置，且能通過加氫口向外輸送氫氣，所述氫能源發(fā)電裝置將發(fā)的電輸送到所述隧道中的強(qiáng)電應(yīng)急電源系統(tǒng)。

21、該系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述系統(tǒng)還包括用于切換隧道弱電應(yīng)急電源和強(qiáng)電應(yīng)急電源的切換裝置，當(dāng)國網(wǎng)供電電路正常時，所述切換裝置將隧道弱電應(yīng)急電源和強(qiáng)電應(yīng)急電源切換到國網(wǎng)供電電路；當(dāng)國網(wǎng)供電電路停電時，所述切換裝置將隧道弱電應(yīng)急電源切換到所述水力發(fā)電房的水力發(fā)電變壓器，將隧道強(qiáng)電應(yīng)急電源切換到所述氫能源發(fā)電裝置的氫能源發(fā)電變壓器。

22、該系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化方案，當(dāng)所述隧道為單洞隧道時，所述中央排水溝出口包括單洞隧道中央排水溝出口，所述中央排水溝洞外排水通道包括單洞隧道中央排水溝洞外排水通道和單洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道，所述單洞隧道中央排水溝洞外排水通道分別連接所述單洞隧道中央排水溝出口和所述單洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道，所述斜坡排水通道包括單洞隧道斜坡排水通道，所述單洞隧道斜坡排水通道分別連接所述單洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道和所述水力發(fā)電房，并且所述單洞隧道中央排水溝出口、所述單洞隧道中央排水溝洞外排水通道、所述單洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道和所述單洞隧道斜坡排水通道橫斷面面積相等。

23、該系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化方案，當(dāng)所述隧道為雙洞隧道時，所述中央排水溝出口包括雙洞隧道左洞中央排水溝出口和雙洞隧道右洞隧道中央排水溝出口，所述中央排水溝洞外排水通道包括雙洞隧道左洞中央排水溝洞外排水通道、雙洞隧道右洞中央排水溝洞外排水通道和雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道，所述雙洞隧道左洞中央排水溝洞外排水通道分別連接所述雙洞隧道左洞中央排水溝出口和所述雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道，所述雙洞隧道右洞中央排水溝洞外排水通道分別連接所述雙洞隧道右洞隧道中央排水溝出口和所述雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道；

24、所述斜坡排水通道包括雙洞隧道斜坡排水通道，所述雙洞隧道斜坡排水通道分別連接所述雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道和所述水力發(fā)電房。

25、該系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述雙洞隧道左洞中央排水溝洞外排水通道橫斷面面積等于所述雙洞隧道左洞中央排水溝出口橫斷面面積，所述雙洞隧道右洞中央排水溝洞外排水通道橫斷面面積等于所述雙洞隧道右洞隧道中央排水溝出口，所述雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道橫斷面面積等于所述雙洞隧道左洞中央排水溝洞外排水通道及所述雙洞隧道右洞中央排水溝洞外排水通道的橫斷面面積之和，所述雙洞隧道斜坡排水通道橫斷面面積等于所述雙洞隧道中央排水溝洞外排水聯(lián)絡(luò)通道橫斷面面積。

26、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

27、1.本發(fā)明充分利用了富水隧道的水資源，實現(xiàn)了水資源的動能轉(zhuǎn)化為電能，再轉(zhuǎn)化為氫能的有效利用，提高了能源利用效率。

28、2.本發(fā)明解決了氫能源在偏遠(yuǎn)地區(qū)儲運(yùn)難的問題，通過在隧道洞口附近設(shè)置加氫站，方便了氫能源汽車的加氫和氫氣儲運(yùn)車的取氫。

29、3.本發(fā)明利用隧道中央排水溝水力發(fā)電的電可作為隧道弱電應(yīng)急電源，氫能源發(fā)電裝置發(fā)的電可作為隧道強(qiáng)電應(yīng)急電源，能夠解決國網(wǎng)供電電路停電時產(chǎn)生交通安全風(fēng)險。