一种蓄水发电装置的制作方法

本实用新型涉及抽水蓄能发电技术领域，具体涉及一种蓄水发电装置。

背景技术：

我国从2003年开始引进国外的“抽水蓄能发电”技术与设备，而后做进一步的消化吸收以逐步实行国产化。抽水蓄能发电可以蓄水防洪，在雨水丰富的季节将水源存储以备缺水季节使用，而且可以用于调节电网的负荷，实现削峰填谷。

现有的抽水蓄能发电装置，一般是在夜晚利用水泵将水抽到高处的蓄水池中，并在白天将蓄水池中的水排出，从而带动水轮发电机发电。由于蓄水池具有一定的深度，而蓄水池的进水管一般设置在其上方，在蓄水过程中，水泵需将水抽至蓄水池上方的进水管处，然后水体在重力的作用下落至蓄水池的底部，相应地导致水体的势能减小，造成了能源的浪费，而蓄水池的深度越大，被浪费的能源就越多。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种蓄水发电装置，以降低在抽水蓄能过程中能源的消耗。

本实用新型提供的一种蓄水发电装置，包括储水池、蓄水装置和动力提供装置；所述蓄水装置包括多层高低排列的蓄水罐，所述每个蓄水罐均设置有控制其排水的排水阀门；所述储水池与蓄水装置之间设置有注水管路，该注水管路与所述每个蓄水罐内部连通，所述每个蓄水罐对应的注水管路上设置有进水阀门；所述动力提供装置用于将水输送至所述每个蓄水罐中。

本实用新型中，蓄水装置为分级结构，包括多层高低排列的蓄水罐，需要蓄水时，开启相应蓄水罐的进水阀门，然后由动力提供装置将储水池中的水通过注水管路输送至相应地蓄水罐中，当蓄水罐中充满水后，关闭相应蓄水罐的进水阀门，当所有蓄水罐中均充满水后，即完成了蓄水过程；在需要放水时，开启相应蓄水罐的排水阀门，蓄水罐中的水将排出至外界。假设传统蓄水装置的高度为h，可以容纳水体的总质量为M，则在理想情况下，将蓄水装置内充满水需要动力提供装置做功Mgh；假设本实用新型中将该蓄水装置等分为4份，则在理想情况下，将该蓄水装置内充满水需要动力提供装置做功与传统蓄水装置相比减小了37.5％；那么如果在同样容积和高度的情况下，本实用新型中的蓄水装置等分为a个蓄水罐，在理想情况下，将各蓄水罐内充满水需要动力提供装置做功Mgh(1+1/a)/2，与传统蓄水装置相比减小了50(1-1/a)％，可见，蓄水装置等分的数量越多，动力提供装置做功就越小，当蓄水装置等分为10个蓄水罐时，动力提供装置所做的功将会减小45％，大幅降低了在抽水蓄能过程中能源的消耗。

优选地，所述蓄水装置从下至上依次为1个基础蓄水罐组和n个提升蓄水罐组；所述基础蓄水罐组和每个提升蓄水罐组分别包括m个所述蓄水罐；所述基础蓄水罐组中的各蓄水罐之间通过注水管路相互连通，单个提升蓄水罐组中的各蓄水罐之间互不连通；所述基础蓄水罐组的第x层的蓄水罐与所有提升蓄水罐组的相同层的蓄水罐之间通过注水管路相互连通，其中1≤x≤m。

基础蓄水罐组的m个蓄水罐通过注水管路相互连通，因此，在注水时，开启基础蓄水罐组的所有进水阀门，由动力提供装置将水输送至基础蓄水罐组的各蓄水罐内，基础蓄水罐组的蓄水罐从下至上依次充满水，蓄水罐内充满水后，即关闭相应的进水阀门；当基础蓄水罐组的m个蓄水罐均充满水后，动力提供装置即将基础蓄水罐组的第x层蓄水罐输送至其上一级的提升蓄水罐组的相同层蓄水罐中，由于提升蓄水罐组的m个蓄水罐之间互不连通，因此基础蓄水罐组的m个蓄水罐中的水可以同时被输送至其上一级提升蓄水罐组的m个蓄水罐中，然后充满水的提升蓄水罐组再将水向其上一级提升蓄水罐组输送，如此循序渐进，直到将水输送至最顶层的提升蓄水罐组的m个蓄水罐中；在基础蓄水罐组中的水均输送至其上一级提升蓄水罐组中后，动力提供装置会再次将储水池中的水输送至基础蓄水罐组中，再进行如上提水循环，直到所有蓄水罐中均充满水为止。本实用新型中的提升蓄水罐组可以按照需求增设，可以实现灵活的蓄水防洪。

优选地，还包括水轮发电机，该水轮发电机与设置在顶部的多个蓄水罐的出水端连接。

水轮发电机的转速必须达到一定值时其才可以处于最佳发电状态，因此只将位于高处的、水体下落速度能满足水轮发电机发电需求的蓄水罐的出水端与水轮发电机相连，以达到排水发电的目的；由于国家电网昼夜负荷差异较大，因此为了调节电网负荷，可以在电网负荷小的夜晚将蓄水装置内蓄满水，并在电网负荷高的白天由蓄水装置向水轮发电机排水发电，以缓解电网的压力，实现了削峰填谷。

优选地，所述动力提供装置包括真空机，该真空机与所述每个蓄水罐通过抽真空管路连接，所述每个蓄水罐与抽真空管路连接处均设置有抽真空阀门；所述每个蓄水罐均通过空气管路与外界空气连通，且在所述每个蓄水罐与真空机之间的空气管路上设置有空气阀门；所述基础蓄水罐组和每个提升蓄水罐组的高度均小于9.8米。

在蓄水时，开启基础蓄水罐组的所有蓄水罐的抽真空阀门，真空机将基础蓄水罐组的所有蓄水罐抽为真空状态，然后关闭抽真空阀门，开启进水阀门，利用大气压将储水池中的水压入基础蓄水罐组中；在将基础蓄水罐组中的水向其上一级提升蓄水罐组中提升时，首先将提升蓄水罐组的第x层的蓄水罐的抽真空阀门开启，真空机将其抽为真空状态，然后关闭抽真空阀门，开启其进水阀门，利用大气压将基础蓄水罐组的相同层蓄水罐中的水压入到其上一级提升蓄水罐组的第x层蓄水罐中，如此循环往复，直到所有蓄水罐中充满水为止。考虑到水头损失和大气压做功的能力，基础蓄水罐组和每个提升蓄水罐组的高度均小于9.8米。采用这种真空机和大气压结合提供动力的方式，在能满足蓄水需求的同时，可以降低能源的消耗。

优选地，所述动力提供装置还包括空压机，该空压机与所述每个蓄水罐通过空压管路连接，在所述每个蓄水罐与空压机之间的空压管路上设置有空压阀门。

在将基础蓄水罐组中的水向其上一级提升蓄水罐组中提升时，首先将提升蓄水罐组的第x层的蓄水罐的进水阀门开启，将基础蓄水罐组相同层的蓄水罐的空压阀门开启，利用空压机将其中的水压入上级提升蓄水罐组中的第x层的蓄水罐中，如此循环往复，直到所有蓄水罐中充满水为止。通过增设空压机作为动力提供装置，可以提高蓄水装置蓄水的效率，缩短蓄水装置蓄满水的时间。

所述动力提供装置还包括潜水泵，所述储水池和每个蓄水罐内均设置有该潜水泵；所述储水池和每个蓄水罐内还设置有与所述潜水泵连通的提水管路，该提水管路与所述注水管路连通，且在该提水管路上设置提水阀门。

利用潜水泵作为动力提供装置时，首先将基础蓄水罐组的各蓄水罐的进水阀门和空气阀门开启，利用潜水泵将储水池中的水输送至基础蓄水罐组的蓄水罐中，再关闭其进水阀门和空气阀门；然后将基础蓄水罐组的水向上一级提升蓄水罐组输送，即将上级提升蓄水罐组的第x层的蓄水罐的进水阀门和空气阀门开启，并将基础蓄水罐组相同层蓄水罐内提水阀门和空气阀门开启，利用设置在其中的潜水泵将水输送至上级提升蓄水罐组中的第x层蓄水罐中，如此循环直到所有蓄水罐中均充满水为止。由于潜水泵可以实现较远距离的水体输送，而且成本较低，因此，采用潜水泵与真空机、空压机相互配合工作，可以实现蓄水装置的动力源可调，根据各动力提供装置的经济效益进行合理分配，达到效益最大化的目的。

所述储水池内的水为净化水，所述部分蓄水罐的出水端与自来水供水管路连通。

含有泥沙的水的比重较高，与净化水相比，提升相同高度其耗费的能源越多，不利于经济环保；而且水中的泥沙会造成蓄水罐内泥沙淤积，造成后期维护成本增加；此外，含有泥沙的水会对水轮发电机的叶片造成冲击，导致水轮发电机使用寿命降低。因此，本实用新型采用的储水池中水设为净化水，可以节省能源，利于经济环保，同时降低蓄水装置的维护成本，延长水轮发电机的使用寿命，带来更高的经济效益。同时，由于本实用新型储水池中的水为净化水，可以直接连通自来水供水管路，以为缺水地区补充自来水，考虑到水头损耗，因此只将一定高度以上的蓄水罐的出水端与自来水管路连通。

优选地，所述提升蓄水罐组为19个，所述基础蓄水罐组和每个提升蓄水罐组分别包括10个所述蓄水罐。

1个基础蓄水罐组和19个提升蓄水罐组，可以保障水轮发电机处于最佳发电状态的蓄水罐高度要求，同时，基础蓄水罐组和每个提升蓄水罐组均设有10个蓄水罐可以使得提水过程中的能源损耗降低，同时还可以保证水轮发电机的工作稳定，延长水轮发电机的使用寿命。

优选地，所述蓄水发电装置还包括控制装置，该控制装置与动力提供装置和各阀门电连接，用于控制所述动力提供装置和各阀门工作。

通过增设控制装置，可以实现蓄水发电过程的自动化，更加的安全可靠，还可以节省人力成本，提高工作效率；同时可以根据蓄水发电装置的工作情况，合理安排真空机、空压机和潜水泵的工作时间，以使经济效益最大化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型所述一种蓄水发电装置的注水管路和抽真空管路的结构示意图；

图2为本实用新型所述一种蓄水发电装置的空压管路的结构示意图；

图3为本实用新型所述一种蓄水发电装置的空气管路的结构示意图；

图4为本实用新型所述一种蓄水发电装置的排水管连接的结构示意图。

附图标记：

1-储水池；2-基础蓄水罐组；3-提升蓄水罐组；4-蓄水罐；5-注水管路；6-进水阀门；7-真空机；8-空压机；9-潜水泵；10-抽真空管路；11-空气管路；12-抽真空阀门；13-空气阀门；14-空压管路；15-空压阀门；16-提水管路；17-提水阀门；18-排水管；19-排水阀门；20-水轮发电机。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1-3所示，本实施例提供的一种蓄水发电装置为分级结构，从下至上依次为1个基础蓄水罐组2和19个提升蓄水罐组3，其中基础蓄水罐组2和每个提升蓄水罐组3的高度均小于9.8米，所述基础蓄水罐组2和每个提升蓄水罐组3均包括10个相同大小的蓄水罐4，在储水池1和蓄水装置之间设有注水管路5，基础蓄水罐组2的10个蓄水罐4通过注水管路5相互连通，在该注水管路5上设置有控制相应蓄水罐4的进水阀门6，在蓄水时，控制装置控制基础蓄水罐组2的所有进水阀门6同时开启，并控制动力提供装置将储水池1中的水输送至基础蓄水罐组2中，基础蓄水罐组2的10个蓄水罐4将从下至上依次被充满水，当蓄水罐4中充满水后，即控制与其对应的进水阀门6关闭。

基础蓄水罐组2的第x层蓄水罐4与所有提升蓄水罐组3的相同层蓄水罐4通过注水管路5相互连通，也就是基础蓄水罐组2和所有提升蓄水罐组3的相同层间通过注水管路5相互连通，而且单个提升蓄水罐组3的10个蓄水罐4之间互不连通；当基础蓄水罐组2内充满水后，即可以将其中的水向第一层提升蓄水罐组3输送，其中，控制装置会控制动力提供装置将基础蓄水罐组2的第一层蓄水罐4中的水向上输送至第一个提升蓄水罐组3的第一层蓄水罐4中，然后再控制第一个提升蓄水罐组3的第一层蓄水罐4中的水向上输送至第二个提升蓄水罐组3的第一层蓄水罐4中，直到第19个提升蓄水罐组3的第一层蓄水罐4中充满水为止；与此类似，基础蓄水罐组2的第二层至第十层蓄水罐4中的水依次向上输送至第19个提升蓄水罐组3的第二层至第十层蓄水罐4中；按照上述提水过程进行循环，直到所有蓄水罐中均充满水为止。其中，提升蓄水罐组3的所有蓄水罐4在注水管路的相应位置上设置若干进水阀门6，这些进水阀门6由控制装置控制，以保证在同一时刻，位于基础蓄水罐组2和所有提升蓄水罐组3的相同层的蓄水罐4只有其中两个处于相互连通的状态。采用这种分级结构的蓄水装置，可以大幅降低蓄水装置抽水蓄能过程的能源消耗，同时本实施例中的提升蓄水罐组3可以增设，以根据需要进行灵活的蓄水防洪。

本实施例提供的蓄水发电装置的动力提供装置包括真空机7、空压机8和潜水泵9。

采用真空机7作为动力提供装置时，该真空机7与每个蓄水罐4通过抽真空管路10连接(图1)，同时，每个蓄水罐4均通过空气管路11与外界空气连通(图3)，其中每个蓄水罐4与抽真空管路10连接处均设置有抽真空阀门12，与空气管路11连接处均设置有空气阀门13。在蓄水时，控制装置控制基础蓄水罐组2的所有蓄水罐4的抽真空阀门12开启，真空机7将基础蓄水罐组2的所有蓄水罐4抽为真空状态，然后关闭抽真空阀门12，开启进水阀门6，利用大气压将储水池1中的水压入基础蓄水罐组2中；在将基础蓄水罐组2中的水向第一个提升蓄水罐组3中提升时，首先将该提升蓄水罐组3的第x层的蓄水罐4的抽真空阀门12开启，真空机7将其抽为真空状态，然后关闭其抽真空阀门12，开启其进水阀门6，同时将基础蓄水罐组2的相同层蓄水罐4的空气阀门13开启，利用大气压其中的水压入到第一个提升蓄水罐组3的第x层蓄水罐4中，如此循环往复，直到所有蓄水罐中充满水为止。采用这种真空机和大气压结合提供动力的方式，在能满足蓄水需求的同时，可以降低能源的消耗。

采用空压机8作为动力提供装置时，该空压机8与所述每个蓄水罐4通过空压管路14连接，在所述每个蓄水罐4与空压机8之间的空压管路14上设置有空压阀门15(图2)。在将基础蓄水罐组2中的水向第一个提升蓄水罐组3中提升时，首先将该提升蓄水罐组3的第x层的蓄水罐4的进水阀门6开启，同时将基础蓄水罐组2相同层的蓄水罐4的空压阀门开启，利用空压机8将其中的水压入第一个提升蓄水罐组3中的第x层蓄水罐4中，如此循环往复，直到所有蓄水罐4中充满水为止。通过增设空压机8作为动力提供装置，可以提高蓄水装置蓄水的效率，缩短蓄水装置蓄满水的时间。

采用潜水泵9作为动力提供装置时，在所述储水池1和每个蓄水罐4内均设置有该潜水泵9，储水池1和每个蓄水罐4内还设置有与所述潜水泵9连通的提水管路16，该提水管路16与所述注水管路5连通，且在该提水管路16上设置提水阀门17。蓄水时，首先将基础蓄水罐组2的10个蓄水罐4的进水阀门6和空气阀门13开启，利用潜水泵9将储水池1中的水输送至基础蓄水罐组2的蓄水罐4中，再关闭其进水阀门6和空气阀门13；再将基础蓄水罐组2的水向第一个提升蓄水罐组3输送，即将第一个提升蓄水罐组3的第x层的蓄水罐4的进水阀门6和空气阀门13开启，并将基础蓄水罐组2相同层蓄水罐4内的提水阀门17和空气阀门13开启，利用设置在其中的潜水泵9将水输送至第一个提升蓄水罐组3中的第x层蓄水罐4中，然后将基础蓄水罐组2相同层的蓄水罐4的提水阀门17关闭，如此循环直到所有蓄水罐4中均充满水为止。

上述真空机7、空压机8和潜水泵9均由控制装置控制，可以实现蓄水装置的动力源可调，根据各动力提供装置的经济效益进行合理分配，以使经济效益最大化。

如图4所示，本实施例提供的蓄水发电装置的每个蓄水罐4均设置有排水管18，在所述每个蓄水罐4与该排水管18连接处设置排水阀门19，在需要排水时，控制装置会控制排水阀门19开启；在储水池1中设置有水轮发电机20，考虑到水轮发电机20的转速必须达到一定值时其才可以处于最佳发电状态，因此只将位于高处的、水体下落速度能满足水轮发电机发电需求的蓄水罐4的排水管与水轮发电机20相连，以达到排水发电的目的；由于国家电网昼夜负荷差异较大，因此为了调节电网负荷，可以在电网负荷小的夜晚将蓄水装置内蓄满水，并在电网负荷高的白天由蓄水装置向水轮发电机20排水发电，以缓解电网的压力，实现削峰填谷。

上述储水池1中的水为净化水，因为含有泥沙的水的比重较高，与净化水相比，提升相同高度其耗费的能源越多，不利于经济环保；而且水中的泥沙会造成蓄水罐4内泥沙淤积，造成后期维护成本增加；此外，含有泥沙的水会对水轮发电机20的叶片造成冲击，导致水轮发电机20使用寿命降低。

由于本实施例提供的蓄水发电装置的储水池1中的水为净化水，可以直接连通自来水供水管路，以为缺水地区补充自来水，考虑到水头损耗，因此只将一定高度以上的蓄水罐4的排水管18与自来水管路连通(图4)。

需要说明的是，上述进水阀门6、抽真空阀门12、空气阀门13、空压阀门15、提水阀门17和排水阀门19均为电磁阀，由控制装置统一控制其开启和关闭。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。