[发明专利]桨轮堰潮汐电站及其设备设施

说明书

技术领域

本发明涉及一种全新功效潮汐电站及其设备设施，尤其是以桨轮堰发电技术为基础形成的桨轮堰潮汐电站及其设备设施。

背景技术

由于太阳、月亮形成的引潮力的作用，使海水不断地涨潮、落潮。涨潮时大量海水汹涌而来使水位升高，落潮时海水奔腾而归使水位下降。海水在运动时所具有的动能和势能统称为潮汐能；潮汐发电就是在海湾或是在有潮汐的河口建一拦水堤坝构成水库，并在坝内安装水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的频繁升降使水库内外交替形成水位落差与下泻水流推动水轮发电机组转动发电。潮汐发电的优点是成本低，按照现有技术建设的潮汐电站计算，其每度电的成本也仅相当于火电站的八分之一。

据计算，世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿千瓦，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿度。我国大陆海岸长达18000多公里，海岸线共长32000多公里，因此潮汐能资源很是丰富。据不完全统计，中国潮汐能蕴藏量为1.1亿千瓦。

中国东南沿海地区经济发达，电力能源普遍紧缺，因此大力发展潮汐发电对于中国经济发展具有特别重大的区域优势效用。但是，潮汐发电站具有水头低、流量大、水位变化频繁、海水腐蚀设备严重等许多其自身独特的特点，其所采用的水轮机的结构与性能是决定潮汐电站建设成本、运行调控难易程度及其投资效益高低的关键。当前世界潮汐电站的主力机型是全贯流式水轮发电机组，但其体积大、耗钢量多，且设备完全浸入海水中，容易被海水腐蚀与形成缝隙渗入，其进、出水建筑物结构复杂；

此外，采用一个全贯流式水轮机所能形成的单机过流能力很低，因此如形成适合于潮汐发电所需的超大过流能力，在一个潮汐电站上就需排列设置许多个水轮机组并且使其共同运行实现，这更将导致上述问题的成倍放大。

当前，潮汐电站主要有三种建设形态：

一、单库单向电站。即只用一个水库，仅在涨潮(或落潮)时发电，因为其用潮时间和能力只有第二种方式的一半，所以投资效益不高，现在多数情况下已很少被采用。

二、单库双向电站。即用一个水库，在涨潮与落潮时水流内外进出水库的流动过程均可发电，只在平潮时不能发电，其是现在与以后最多采用的潮汐电站形式。

三、双库双向电站。即建设二个相邻的水库，使一库在涨潮时进水，另一库在落潮时放水，这样前一库的水位总比后一库高，水轮发电机组放在两库之间的隔坝内，两水库始终保持水位差可全天发电，但是由于其建设成本高，形成效益低，所以在实际中很少采用。

可见，采用全贯流式水轮机及其内部的转桨式水轮机的出力方式对于“单库单向电站”比较适合，其单向水流出力设计就如同在河流上建设的水电站(但潮汐电站水库的水位变化频繁，与河流电站还有所不同)。但其在具有最佳运行效益的“单库双向式潮汐电站”上采用，并使其转桨式水轮机形成“一机双向、双向完全相同的旋转出力转换设计”就难于实现；

日前，清华大学提出了一种可使全贯流式水轮机形成双向旋转出力能力设计的技术方案(发明专利号：200610057125.3)，其是在一个全贯流式水轮机内，同轴串联设置两个推力方向相反的转桨式水轮机转轮，其虽能达到双向出力的应用效果，但由于相互反向串联的转桨式水轮机相互影响将导致出力效率的进一步降低，并且导致结构更加复杂；此外，即使不涉及水流出力方向的问题，仅以单向出力而言采用转桨式水轮机所能形成的出力转换能力也很不理想，转桨式水轮机在超低水头的情况下无法有效运行；在水位变化时难于实现有效出力能力的调控。另外在潮汐电站如果采用全贯流式水轮机，其设计直径还不能很大，否则将导致水头利用不充分问题的进一步扩大，如果将大直径水轮机组埋入地平面以下解决其水头利用不充分的问题，又将导致泥沙淤积问题的发生。

综上所述各个方面的原因均是导致当前潮汐发电站建设成本高、出力能力低、运行控制难、维护费用高、技术难度大等系列问题的重要起因，至使当前的潮汐电站难于发挥出其本应具有的独特巨大优势与效益，并使其建设规模与发展速度受到极大的抑制。

中国发明专利(发明专利号：200510064669.8)提出了一种“桨轮堰水电站及其设备设施”全新水电技术方法及全新类型水电站的建设形式。堰：较低的挡水建筑物，因此桨轮堰水电站的结构与性能天然适合潮汐电站采用。

现有桨轮堰水电站所述的桨轮堰是由可设计成不同长度的桨轮板、辊、轴组成的桨轮式水轮机(或称为：桨轮转轮)和由单向挡水堰体、单向冲压桨轮口、冲压口闸门、溢流顶板、桨轮堰基础等组成的水轮机座配合构成。同一较长的桨轮堰可由1-多个单独运行的桨轮发电机组横向排列一体化构成。