[发明专利]无水工工程的水力开发方法及其发电设备

说明书

 

技术领域：

本发明属于水力能开发利用方式及其发电技术领域。是一种无需通过现有水能开发必经的筑坝、建库、引水等水工工程，将水流动能聚集为势能（水头），集中截获转换的水能开发利用的无水工工程的水利开发方法及其发电设备。

背景技术：

人类利用水能的历史已有数千年了。从早期的农业生产加工、工业水力机械，到现代的水力能发电工程，水能利用技术对人类文明和发展做出了巨大贡献。随着人类对能源需求量的日益增长，能源危机日益加深，因此人类加大了对可再生的水力能源开发和争夺力度。但由于现行河川水力能的基本和主要开发利用方式及其技术，是通过筑坝、建库、引水等水工工程来将流动的水力能量聚集起来，形成高低差（水头）的势能，集中冲击水轮机带动发电机将水力能经机械能转化为电能，因此就必然会出现和存在下列问题和不足（科学出版社《可再生能源及其发电技术》第5章、第289页、5.1.1(8)、(9)）：

1、现行水电开发项目的水工工程建设周期长、投资大、项目效益低下。

由于现行水力发电都是通过上述筑坝、建库、引水等水工工程方法来实现聚集势能（水头），再由水轮机将水能转化为机械能带动发电机将机械能转化为电能。而水工工程投资及其费用比重却占了现行水电项目总投资的约70%。因此，不仅会造成工程投资量大、能效比差，还直接导致了现行一般水电项目建造周期长和投资回收期较长，以及水电项目效益低下的问题。

2、现行水电开发项目占地面积大、淹没损失、移民搬迁和环境负面影响大，且工程维修费用高。

由于筑坝、建库、引水等水工工程必然占用或淹没大量土地，同时还会产生淹没损失和移民搬迁的负面效应，和影响野生动植物的生存环境以及改变原有水文情况，对生态环境产生负面影响。而且现有技术开发方法不仅工程量大，占地面积大，还由于水工工程是水电项目主体工程，每年还将会产生大量工程维护费用。

3、现行水能发电项目开发方法和技术受水头和地域条件限制性大，且可开发资源已近枯竭。

由于现行水能发电项目开发方法决定了其项目开发不仅工程量大且质量和安全的要求也高，因而其项目选址不仅受水头、地域环境和地质条件等诸多因素限制，同时还会直接影响项目成本。特别是近年来，随着世界能源危机加剧，各国均加大了对水能资源的争夺和开发力度。截至目前，我国及主要水能资源国家，利用现行水能资源开发方法和技术，可开发修建水力发电站的环境条件和水头选址资源已基本被开发和规划、分割完毕。即采用现行方法和技术可开发利用的河川水能资源已近枯竭。

4、现行水能开发方法和技术不能简便而直接的开发和利用自然河川流水的动能，必然造成大量河川动能白白流失的巨大资源损失。

据统计我国河川水能资源量占世界首位。资源蕴藏量为59222万亿千瓦时/年，而现行技术可开发量仅为19233万亿千瓦时/年（科学出版社《可再生能源及其发电技术》第5章、第229页）。而我国现行的水能开发利用方式和技术已属世界先进水平，但由于现有水能开发都是通过筑坝、建库、引水等水工工程方法，将河川水流的动能聚集还原为势能（高低差的水头），再集中截获转换为机械能和电能。假如未来我国能够将其具备现行技术可开发性的19233万亿千瓦时/年水能资源全部开发利用了，还尚有65%左右的自然河川流域流动的水能资源，由于现行水能开发方法和技术无法利用，而在终年不息的向下流经过程中白白流失掉。若不设法开发利用，这将也是非常巨大的自然资源流失损失。

综上所述，现行水力能发电的开发利用方式和技术方面存在的下述不足和问题：

1、项目开发周期长、投资大、效益低下的问题和不足。

2、项目占地面积大、淹没损失大、移民负担重和环境负面影响大，且工程维修费用高的问题和不足。

3、项目选址受水头和地域条件限制性大，而且现行技术可开发资源已近枯竭的问题和不足。

4、现行技术不能简便经济和直接地开发和利用自然河川流水动能，造成大量动能白白流失的巨大资源流失损失的问题和不足。

发明内容：

    本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种投资小，占地面积小，工程维修费用低，能充分利用自然河川流水功能的无水工工程的水力开发方法。本发明的另一个目的是为了提供无水工工程的水力开发发电设备。

本发明的目的是这样来实现的：