[发明专利]水电站尾水管基于风力发电-电动机组的增压方法及高效发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种水电站尾水管基于风力发电-电动机组的增压方法及高效发电系统，属于水力发电领域。

背景技术

水电站利用水库来蓄水，水库库容越大，存储的水量越大，水库蓄存的水能就越多。有一定流速的水流具有动能，动能大小与流速平方成正比；处于一定高度的水流具有势能，相对高度越大具有的势能就越大。水流从高处流向低处，可以将势能转化为动能，使水流获得较高的速度。水库里储蓄的水在重力作用下获得高的速度，沿压力引水管向下输移，在水轮机接口处获得更高的速度。具有一定速度的水流驱动水轮机转动，使水轮机获得机械能；水轮机驱动发电机，将机械能转化为电能。传统上水电站水轮发电机组输出功率的计算公式都采用如下数学公式：

P＝9.80ηQH                        (1)

式(1)中P为水轮发电机组输出功率(kW)，Q为发电流量(m³/s)，H为发电净水头(m)，η为水轮机发电效率。

式(1)是在假设压力引水管入口处水流速度、压强与水轮机出水口处水流速度、压强相等的前提下得出的。也就是说，水轮发电机组输出功率的传统计算方法只包括势能，而没有包括动能、压能。传统计算方法，没有考虑水流动能和压能在水库、压力引水管、水轮机、尾水管的输移，因此在结构和工艺上也没有对水库、压力引水管、水轮机、尾水管进行针对性改进和优化，使得水能没有得到充分和高效的利用。

水轮发电机组从水库水体势能、动能和压能转化而成的电能主要与水库落差、压力引水管入口处水流速度、压力引水管入口处水流压力和水库蓄水水位等有关系。

水电能源是以发电为主兼顾其他综合利用的资源，为了能够对其利用进行合理的优化，必须通过数学方法求出其总量，建立函数模型。水电能源是由自然水资源所蕴藏的能量转化而来，主要是存在于水体中的压能、势能、冲击动能以及水体重力做功所产生的能量。

(1)进水口处水体微元具有的能量

假设水电站某机组压力道管为圆柱形，进水口处一个在x方向上微长度为dx的水体微元，则该水体微元的受力有重力、水压强及水库水体重力分量对其作用力。在这些作用力共同作用下，水体微元沿着压力引水管进口向出口运动并推动水轮机组转动，最终实现水能-机械能-电能的耦合转换，水轮发电机组产生电能输出。

通过尾水加压系统作用，尾水管低压水流经加压装置加压注回水轮机进水口，此种情况下，压强沿压力引水管方向分量对水体微元所做的功或者所具有的能量W_I为：

WI=(PI+PA)·VW=14πD2(PI+PA)dx=14πρgD2(H-HI+PA)dx---(2)]]>