潮汐电站可逆式水轮泵及其蓄能运行方法
专利汇可以提供潮汐电站可逆式水轮泵及其蓄能运行方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及潮汐发电中的 水 力 机械设备的新结构型式及其抽水蓄能运行方法。现有的 潮汐电站 运行间断不连续发电起伏不稳定需与外 电网 互补运行被认为是只有电量没有容量的低品位电源。本发明是一种可逆式水轮 泵 装于潮汐水库内以管路上通高地水库，旁通高 水头 电站机组。它巧用潮汐水头变化，低进高出使上下水库交替蓄能赢得数倍 能量 增益再依靠高水头电站连续稳定发电，从而解决了潮汐发电的现存矛盾。，下面是潮汐电站可逆式水轮泵及其蓄能运行方法专利的具体信息内容。
1、一种潮汐电站可逆式水轮泵及其蓄能运行方法(见附图)，系统设有高地水库(3)潮汐水库(1)。其特征是：正向运行时，用装于潮汐水库(1)内的潮汐可逆式水轮泵(2)抽海水入高地水库(3)蓄能，逆向运行时，放小量高地水库(3)的水入潮汐可逆式水轮泵(2)把海水抽入潮汐水库(1)内，高地水库(3)则持续放水入高水头电站水轮发电机组(4)内进行连续发电。
2、根据权利要求1的方法，其特征是：当外海退潮时，利用潮汐水库（1）与外海面之间形成一定的水位差所得位能，驱使潮汐可逆式水轮泵（2）正向运行，将潮汐水库（1）之水抽入高地水库（3），至工作水头不适合（2）工作时停机。
3、根据权利要求（1）的方法，其特征是：当海水涨潮至满潮前后时段，海、库水位差很小时，放少量高地水库（3）的水驱使潮汐可逆式水轮泵（2），使其逆向运行，把海水抽入潮汐水库（1）内。
4、根据权利要求1或2的方法，其特征是：当外海退潮后：潮汐水库（1）与外海面之间水位差近2米时，放水驱使潮汐可逆式水轮泵正向运行，抽水入高地水库（3），一直至外海面又一次涨潮，工作水头降至近2米时关闭潮汐可逆式水轮泵（2）。
5、根据权利要求1或3的方法，其特征是：当外海接近满潮，潮汐水库（1）的水位稍低于外海水位如0.2～0.1米时开始放小量高地水库（3）的水入潮汐可逆式水轮泵（2），使其逆向运行，就把海水抽入潮汐水库（1），当其水位超出满潮位0.5～0.6米时停机。
6、一种潮汐可逆式水轮泵（见附图2），其由贯流式水轮机（Ⅰ）增速带离心水泵（Ⅱ），其特征是：离心水泵（Ⅱ）的转轴上方装有冲击式水轮机（Ⅲ），其转轮与离心水泵（Ⅱ）叶轮同轴，而离心水泵（Ⅱ）和冲击式水轮机（Ⅲ）在水面之上。
7、根据权利要求6的潮汐可逆式水轮泵，其特征是：正运行时，水流驱动贯流式水轮机（Ⅰ），而贯流式水轮机同时带动离心水泵（Ⅱ）随同转动抽水，此时，冲击式水轮机（Ⅲ）空转。
8、根据权利要求6的潮汐可逆式水轮泵，其特征是：逆运行时，来自高地水库（3）小量的高压水冲击冲击式水轮机（Ⅲ）转轮，从而带动贯流式水轮机（Ⅰ）逆运行成为贯流泵，把海水抽入潮汐水库（1）内，此时离心水泵（Ⅱ）在大气中空转。
9、根据权利要求6的潮汐可逆式水轮泵，其特征是：根据高地水库（3）扬程的高低，离心水泵（Ⅱ）的类型也可以是混流泵或轴流泵，泵轴上冲击式水轮机视高地水库（3）水头的高低，也可以是反击式水轮机。
本发明涉及利用潮汐能交替起泵或水轮机功能的水力设备及其系统的抽水蓄能发电方法。
现有的潮汐电站是在港湾造堤建闸，拦截海水，形成潮汐水库，安装水轮发电机组，依靠涨、退潮与水库间形成的水位差放水发电的。据此建造的潮汐电站，出力起伏不稳，且有间断难连续等缺点，需与外电网联网或另建电力抽水蓄能发电站互补运行。例如我国浙江的海山潮汐电站就另建造有蓄能电站，在潮汐发电谷荷时有多余电力带动电动水泵抽水上高库蓄能，在平潮停电或峰荷时电力不足，再由高库放水发电补充。但是这种蓄能发电方式能量经多层次转换，其效率只50%，要两度电蓄能，才能得一度电，而且设备投资大，所以迄今为止，潮汐电站被认为是只有电量没有容量的低品位电源，而投资又高，未能得到应有的发展。
本发明的任务是设计一种潮汐可逆式水轮泵及其抽水蓄能方法，从而提供一种高效率、不必依靠外电网互补、能全日连续、稳定、独立运行又能承担峰荷的电源。该电站设备简单、发电量大，其单位千瓦或单位电度投资小。
本发明的系统设施：有一潮汐水库、一高地水库和一安装有水轮发电机组的高水头电站，三者间以输水总管相通联。在潮汐水库中装有潮汐可逆式水轮泵。它是一个位于水下的贯流式水轮机（在逆转时为贯流泵）经增速（逆转时为减速）带动位于水面之上的离心水泵（视高地水库扬程的高低，而选取离心、混流或轴流泵）其泵轴上端还装有冲击式水轮机（如高地水库至潮汐水库的水头较低，也可选用反击式水轮机）共三部分组成。离心泵吸入口通潮汐水库，出口与沿坡铺设的输水总管和高地水库相连，冲击式水轮机的喷咀也与输水总管相连。
输水总管下段还有支管通高水头电站的水轮发电机组。
当趁涨潮拦蓄在潮汐水库内的海水，到退潮开始后库海之间形成水位差H，此时开潮汐可逆式水轮泵让潮汐水库中一股流量为Q的水流驱动贯流式水轮机泄回海洋，则离心水泵随动旋转，由此而形成的离心压头把另一股流量为q的水流经输水总管源源送上高地水库，其扬程为h，至工作水头不适合水轮泵工作时停机;另有一部分流量不上水库直接流入电站的水轮发电机组中去。
以上是正向运行工况。由于以水轮泵抽水蓄能取代了电力抽水蓄能，从而既省却了发电、输、配电至电动机系统的设备，又少了多层次能量转换过程中的损耗，使能量转换效率超过70%，比电力抽水蓄能效率只50%高得多。
但是在能源技术中，能量损失近30%还是不能容忍的。本发明的可逆式潮汐水轮泵及其系统运行方法就是力图把此项损失夺回来。
由于水轮泵相当于水力变压器。机泵之间依靠彼此比转数的不同匹配，可得到不同的水头比和流量比。因此当外海涨潮至满潮前后时段，由于库海之间水位差甚小，这时如放高地水库的小量水流驱动可逆式潮汐水轮泵泵轴上的冲击式水轮机再经减速逆向带动贯流泵（正转时为水轮机），则可把大量海水抽入潮汐水库以增益库容和水头。使水库水位高过满潮水位半米以上，则在下一次退潮时段可逆式潮汐水轮泵正向运行时，能抽送数倍于刚才高水库放水量回送高库中去，这样就弥补了因水轮泵抽水蓄能中近30%的能量损失，使得总转换效率趋近于1.0以至大于1.0，自然这是巧用有利时段，从外海退潮时由潮汐能量补充的。
虽然潮汐可逆式水轮泵在退、涨潮时段周而复始正、反向交替运行，但高地水库电站的水轮发电机组，因系从高库调节放水，却能持续而稳定地运行发电，解决了公知技术的潮汐发电工作不连续出力不稳定的矛盾。而在我国黄海、东海潮汐属半日潮型，每隔12小时25分而一循环，则高地水库为半日调节水库，其所需库容是很小的，故其建库投资不多。
综上所述，本发明所描述的潮汐电站以潮汐可逆式水轮泵特有的抽 水蓄能的方法解决了已有潮汐电站电能输出不稳定且有间断需并网才能供电的问题，并弥补了公知技术中在抽水蓄能工况时能量损失的缺陷。从而使本发明达到了提供一种能全日连续稳定运行又能承担峰荷的不必依靠与外电网互补运行的高效率低投资电源的目的。
下面是本发明在闽浙海域中拟建潮汐站的一个实施例。通过该实施例的描述和附图，说明本发明的细节。
图1 为潮汐可逆式水轮泵抽水蓄能放水发电工作示意图，其中：（1）潮汐水库;（2）可逆式潮汐水轮泵;（3）高地水库;（4）高水头电站水轮发电机组;（5）输水总管。
图2 为可逆式潮汐水轮泵结构示意图，其中：（Ⅰ）贯流式水轮机（贯流泵）;（Ⅱ）离心泵;（Ⅲ）冲击式水轮机。
图3 为可逆式潮汐水轮泵正、逆向运行潮汐水库水位与潮位相关曲线图（中潮）。其中：（A）潮汐水库水位消长曲线;（B）海潮水位曲线; 正向运行抽潮汐水库水至高地水库工况标记; 逆向运行抽海水入潮汐水库库水位升高工况标记;纵座标H代表水位，单位为米;横座标t代表涨退潮历时，单位为小时。
图4 为高水头电站出力过程线，纵座标代表电力，单位为千瓦;横座标代表时间，单位为小时。
潮汐可逆式水轮泵及其蓄能运行方法如下：
参看图1、图2、图3和图4。例如在中潮位时午夜零点外海接近满潮而潮汐水库方在灌水过程其水位尚略低于外海潮位如0.2～0.1米时，放高地水库（3）之水经输水总管（5）至可逆式水轮泵（2）顶部的冲击式水轮机（Ⅲ）带动贯流式水轮机（Ⅰ）逆转以贯流泵工况运行抽海水入潮汐水库（1）至接近二点时停机（标记 ），由于此时海、库间水位差甚小（即扬程h甚小只-0.2～0.7米）而高地水库放水至潮汐水库水面的水头H高达120米，因水头比h/H微小（≈0.001～0.006），而流量比q/Q大（在水轮泵中η＝ (h)/(H) · (q)/(Q) ）故高地水库（3）小量放水就可以抽取大量海水入潮汐水库（1），此时潮汐水库水位（A）可超出满潮位0.5～0.6米。当外海退潮之后，库海水位差至潮汐可逆式水轮泵正常工作水头时（此时接近三点半）开动此水轮泵（见图2）抽水送往高地水库（3）。由于潮汐水库（1）开机放水其水位渐落而外海退潮潮位也递降，水头H始而增大，至外海再次涨潮又渐减至近2米时关闭潮汐可逆水轮泵，这时约近8点（标记 ）。至11点许外海接近第二次满潮，（标记 ）又放高地水库（3）水入潮汐可逆式水轮泵的冲击式水轮机Ⅲ，带动贯流式水轮机（Ⅰ）逆转又以贯流泵工况抽海水入潮汐水库（1），这样就重复了上一次的从零点起那样的工作循环。计算表明，一太 日两次潮汐循环，可逆式潮汐水轮泵正向运行两次共九小时许，在高地水库扬程为120米下总抽升水量达98750立米，逆运行两次共三小时许从高库放水量11575 立方米（抽海水入库量205万立米）提供高水头发电水量为87175立米，每一太阴日两潮发电量为2.09万度，全年有705次潮汐总发电量约740万度。而高地水库发电提供的电力是持续而稳定的。
作为本实例的一种变换，图2中的（Ⅱ）可以是混流泵或轴流泵;
作为本实例的另一种变换，图2中的（Ⅲ）可以是反击式水轮机;
作为本实例的另一种变换，可逆式潮汐水轮泵正、逆向运行可以随着潮汐循环的不同而选择最佳时段。
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