水车提高水位式水光一体发电系统的制作方法

1.本发明属于可再生能源水光一体发电领域，特别涉及一种水车提水发电式水光一体发电系统。


背景技术：

2.光伏发电，由于无光时造成的间隙缺陷，使其成本高昂，电力质量欠佳，普及推广受限，虽然有在水电站附近建光伏电站形成水光一体互补的例子，但目前的水电站本身也存在水力丰枯不均的问题，而且并非所有水电站附近都适合建光伏电站，何况建设水电站的条件本来就十分苛刻，适合建设水电站的地方有限，因此，靠目前已有模式发展水光互补一体的电站并不能充分利用光伏的普遍性和广泛性，使许多光伏资源白白浪费。而通过高成本的储能技术或依靠高成本的特高压长距离输送光伏电源，必然使豆腐变成肉价。


技术实现要素：

3.本发明的目的，在于针对上述问题，提供一种只要适合水车提水发电的所有水力场景下都可建水光一体发电的技术，即通过水车提高水位，形成有效落差建设水电站，把目前尚不能利用的大量低水头低落差水流，如潮汐和大江大河中下游平缓水流都利用起来，让建设水电站不需拦河筑坝、移民搬迁而变得非常容易，非常普遍，在这种水电站的基础上与光伏电站耦合，形成水光一体互补，使输出电力更加稳定持续，质量更优。使更多的光伏资源得以利用。
4.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，它由光伏电站+水车提高水位式水电站组合而成，它包括整套光伏发电装置的完整结构与整套水车提高水位式发电装置的完整结构组合成一套水光互补发电系统。
5.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，光伏组件的光伏板架设在水车顶和枧槽及高位水池上，以便节约用地，或者象传统光伏电站那样，通过支架支撑，独立铺设于陆地或水面上。
6.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，整套光伏发电装置的完整结构，它包括现在市面上常规的光伏组件和逆变器、蓄电池及所有光伏发电的应有设备部件及结构，是一个完整的光伏发电站。
7.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，水车提高水位式发电站的结构为：水车是传统水车，为轮式水轮机结构，在轮骨上设有舀水装置和挡水板，水车被水流冲击转动，将盛水后的舀水装置在水车圆周运动中由低位带到高位，水车旁设枧槽，枧槽连接高位水池，高位水池底部设导流管，水力发电装置置于导流管底部。水车盛水后的舀水装置从高位转入低位时，将水倒入枧槽流到高位水池盛积，待积蓄到确保能够足量周转后，开始从导流管排泄冲击水力发电装置发电。其中所涉枧槽，是一种传统的引水装置，是悬架在地面上的引水槽，也叫通水器，过去多为木质，现在有混凝土、金属或塑料等制品，它的中间呈凹槽，水流从中流动，在本系统中，它用于将水车舀水装置舀上来的水接住并引入高位水池。
由于现场条件各不相同，安装时需根据不同情况作不同处理，一端置于水车一侧，确保舀水装置里的水能倒入枧槽内，另一端置于高位水池上沿，确保水流进入高位水池内（水头处约高于水尾处）。另外，高位水池是一个几何形的大型固体盛水容器，即俗称的水池，通常为混凝土砖石结构，其形状规格大小根据需要而定，原则为确保其蓄水量能供应水力发电装置按要求实现生产目的，完成生产任务即可，导流管，顾名思义是引导水流的管道，即水电站中的（水流）压力管道，其应用制作安装原理也与现行水电站相同，同样的，水力发电装置系统及其附属设备设施，包括安装预埋基础等也与现行水电站相同，规格型号则根据现场水力资源和水车数量、提水高度、蓄水多少等情况结合设计要求确定。
8.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，水车或为齿轮链条式，由传动轮和定位轮带动，传动轮与传动轴连接，传动轴与变速轮连接，变速轮与水轮机传动轴连接，水轮机传动轴与水轮机连接。水流冲击水轮机挡水板使水轮机转动，水轮机传动轴带动变速轮转动，变速轮带动传动轴和传动轮转动，从而使齿轮链条式水车旋转，带动盛水后的舀水装置从低到高，把水提到高位倒入枧槽流进高位水池。其中，齿轮链条、传动轮、传动轴、变速轮都是传统常规结构且有各种不同规格型号的成品，可直接选购或订制。
9.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，各种水车、水轮机都是传统结构，挡水板是水力势能载体，是其配套件，若干块分布固定在水车或水轮机周边，迎水面受力，大小可根据需要制作，舀水装置是盛水的容器，其型状多种多样，比较通用的是切口为45度角的筒状形，设在水车外沿且均匀分布，如需适应于潮汐来回水流，则要制成正反双向舀水装置。水车的安置则需根据地形和水流特点视情况而定，直径或高度尽可能大一些，在有条件的地方应尽量排列成阵，在增加蓄水量提高电站规模的同时，以便支撑光伏组件，在小河小溪则可一藤多瓜式沿流设置，最后集中蓄水于高于水池。水车的安置需视地理条件采取不同方法，不可千篇一律。
10.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，不仅水车需要支架支撑，枧槽、高位水池、水轮机、光伏板等都需要支架支撑。支架是传统常规的简单结构，即支撑物体搭建（购置）的固体架子，形状通常有三角形、梯形、人字形、井字形及各种几何形式，材质可以是混凝土砖石结构，也可以是金属或者其他材料，规格型号千差万别，需根据现场实际情况建造或订制。现实中使用支架的场景很多，例如建筑工地上的脚手架，就常用井字形，可以从中借鉴参照，只要能确保系统中各受支物体稳固安全、按设计要求正常运行即可，需要强调的是，除支架外，包括前述水车、枧槽、高位水池、导流管在内的这些部件或结构，都是非标件且多为野外工程性建筑，都得根据现场条件结合设计要求进行建造或设置。
11.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，光伏组件的光伏板的铺设，除了沿用现行常规支架铺设外，在海洋上，为防御风浪对光伏组件的光伏板的破坏，设各光伏组件的光伏板之间为柔性可折叠结构，在光伏组件的光伏板纵向展开的两端设缆绳串连且连接在电机上，用电机操控其展开或收拢折叠。一旦遭遇风浪灾害，即可停止生产，将光伏组件的光伏板收叠保护起来。电机为电子遥控开关。电源设置为电池，配套安装方法为传统成熟做法，或根据其说明书进行，或参照类似已有方式进行。柔性可折叠结构是状态如手风琴那样一种可打开可合拢的结构。
12.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，水车支架除通过车轴支撑水车外，还连接支撑到水车顶，水车顶结构可为骨架或板块，以方便架设光伏组件的光伏板及其他
的设备部件。
13.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，是一项组合式技术，前述所有零部件和其他结构，包括连接方式方法，都是传统的、常规的、成熟的技术，都能在文献中查到记载或者在现实中找到成品和该部件（结构）的实体作借鉴参照。
14.本本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，水电站在有有效光时可只蓄水不发电，无有效光时才发电，也可以边部分蓄水，边部分发电，更可以通过预先蓄足较多水量来配合光照来源灵活发电，总以输出的电力质量更优良，更持续稳定为工作目的。其中的更替交换过程如下：有有效光时，关闭电子水阀，使导流管内水流停止泄流，水力发电装置停止工作；无有效光时，光伏发电站停止工作，电子水阀打开，导流管开始泄水，水力发电装置受水冲击转动，开始发电。
15.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，可作为户用光伏。在有水力资源的情况下，它比市场上现有的户用光伏发电系统更具实用价值。在大型江河或海洋波浪、潮汐的条件下，水车阵列越大越好，能成百上千地集中排列成阵，便可以形成水光一体发电基地。在大江大河的中下游或大海沿岸潮汐之处，一般落差都较低，无法修建传统水电站，但其水流力量冲动水车却不是问题，利用水车提高水位建设水电站，可在这些地方利用江面宽阔的大量水能和水域深渡较浅的优势架设大量的水车，拾遗补缺把浪费的尚未利用的水能利用起来；潮汐水流则可来回提水，在充分地广泛地利用水能方面大显身手。有了这些水车提高水位式水电站，再配上光伏电站互补，就能更多地利用水光资源，为社会提供巨量的、优质的、低廉的电力，为国家实现3060碳目标做贡献。
16.附图说明：图1是本发明水车提水发电与光伏发电组合结构示意图；图2是本发明水车提水发电结构示意图；图3是本发明适应潮汐来回水流水车的双向舀水装置结构示意图；图4是本发明链条式水车和水轮机及其提水发电结构示意图；图5是本发明齿轮链条式水车结构示意图；图6是本发明光伏组件的光伏板可折叠示意图；图7是本发明双向舀水裝置的示意图；图8是本发明单向舀水装置的示意图。
17.图9是本发明水车支架的示意图。
18.图10是本发明枧槽及人字井支架支撑的示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的水车提高水位式水光一体发电系统作进一步的阐述。
20.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，它由光伏电站+水车提高水位式水电站组合而成，它包括整套光伏发电装置（10）的完整结构与整套水车提高水位式发电装置（16）的完整结构组合成一套水光互补发电系统。
21.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，光伏组件的光伏板（1）架设在水车顶（11）和枧槽（6）及高位水池（7）上，以便节约用地，或者象传统光伏电站那样，通过支架（4）支撑，独立铺设于陆地或水面上。
22.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，整套光伏发电装置（10）的完整结构，它包括现在市面上常规的光伏组件和逆变器、蓄电池及所有光伏发电的应有设备部件及结构，是一个完整的光伏发电站。
23.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，水车提高水位式发电站的结构为：水车（2）是传统水车，为轮式水轮机结构，在轮骨上设有舀水装置（12）和栏水板，水车（2）被水流（5）冲击转动，将盛水后的舀水装置（12）在水车（2）圆周运动中由低位带到高位，水车（2）旁设枧槽（6），枧槽（6）连接高位水池（7），高位水池（7）底部设导流管（8），水力发电装置（9）置于导流管（8）底部。水车（2）盛水后的舀水装置（12）从高位转入低位时，将水倒入枧槽（6）流到高位水池（7）盛积，待积蓄到确保能够足量周转后，开始从导流管（8）排泄冲击水力发电装置（9）发电。其中所涉枧槽（6），是一种传统的引水装置，是悬架在地面上的引水槽，也叫通水器，过去多为木质，现在有混凝土、金属或塑料等制品，它的中间呈凹槽，水流从中流动，在本系统中，它用于将水车舀水装置（12）舀上来的水接住并引入高位水池(7)。由于现场条件各不相同，安装时需根据不同情况作不同处理，一端置于水车一侧，确保舀水装置（12）里的水能倒入枧槽（6）内，另一端置于高位水池（7）上沿，确保水流进入高位水池（7）内（水头处约高于水尾处）。另外，高位水池（7）是一个几何形的大型固体盛水容器，即俗称的水池，通常为混凝土结构，其形状规格大小根据需要而定，原则为确保其蓄水量能供水力发电装置（9）按要求实现生产目的，完成生产任务即可。导流管（8），顾名思义是引导水流的管道，即水电站中的（水流）压力管道，其应用制作安装原理也与现行水电站相同。同样的，水力发电装置系统（9）及其附属设备设施，包括安装预埋基础等也与现行水电站相同，规格型号则根据现场水力资源和水车（2）数量、提水高度、蓄水多少等情况，结合设计要求确定。
24.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，水车（2）或为齿轮链条式，由传动轮（19）和定位轮（20）带动，传动轮（19）与传动轴（18）连接，传动轴（18）与变速轮（17）连接，变速轮（17）与水轮机传动轴（21）连接，水轮机传动轴（21）与水轮机（22）连接。水流冲击水轮机（22）挡水板使水轮机（22）转动，水轮机传动轴（21）带动变速轮（17）转动，变速轮（17）带动传动轴（18）和传动轮（19）转动，从而使齿轮链条式水车（2）旋转，带动盛水后的舀水装置（12）从低到高，把水提到高位倒入枧槽（6）流进高位水池（7）。其中，齿轮链条、传动轮（19）、传动轴（18）、变速轮（17）都是传统常规结构且有各种不同规格型号的成品，可直接选购或订制。
25.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，各种水车（2）、水轮机（22）都是传统结构，挡水板是水力势能载体，是其配套件，若干块分布固定在水车（2）或水轮机（22）沿边周围，迎水面受力，大小可根据需要制作，舀水装置（12）是盛水的容器，其型状多种多样，比较通用的是切口为45度角的筒状形，设在水车（2）外沿且均匀分布，如需适应于潮汐来回水流，则要制成正反双向舀水装置（24）。水车（2）的安置则需根据地形和水流特点视情况而定，直径或高度尽可能大一些，在有条件的地方应尽量排列成阵，在增加蓄水量提高电站规模的同时，以便支撑光伏组件，在小河小溪则可一藤多瓜式沿流设置，最后集中蓄水于高于水池（7）。水车（2）的安置需视地理条件采取不同方法，不可千篇一律。
26.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，不仅水车（2）需要支架（4）支撑，枧槽（6）、高位水池（7）、水轮机（22）、光伏板（1）等都需要支架（4）支撑。支架（4）是传统常规的简单结构，即支撑物体搭建（购置）的固体架子，形状通常有三角形、梯形、人字形、井字形等
几何形式，材质可以是混凝土砖石结构，也可以是金属或者其他材料，规格型号千差万别，需根据现场实际情况建造或订制。现实中使用支架（4）的场景很多，例如建筑工地上的脚手架，就常用井字形，可以从中借鉴参照，只要能确保系统中各受支物体稳固安全、按设计要求正常运行即可，需要强调的是，除支架（4）外，包括前述水车（2）、枧槽（6）、高位水池（7）、导流管（8）在内的这些部件或结构，都是非标件且多为工程性建筑，都得根据现场条件结合设计要求进行建造或设置。
27.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，光伏组件的光伏板（1）的铺设，除了沿用现行常规支架（4）铺设外，在海洋上，为防御风浪对光伏组件的光伏板（1）的破坏，设各光伏组件的光伏板（1）之间为柔性可折叠结构（15），在光伏组件的光伏板（1）纵向展开的两端设缆绳（14）串连且连接在电机（13）上，用电机（13）操控其展开或收拢折叠。一旦遭遇风浪灾害，即可停止生产，将光伏组件的光伏板（1）收叠保护起来。电机（1）为电子遥控开关。电源设置为电池，配套安装方法为传统成熟做法，根据其说明书进行，或参照类似已有方式进行。其中，柔情可折叠结构（15）是状态如手风琴那样一种可打开可合拢的结构。
28.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，水车支架（4）除通过车轴（3）支撑水车（2）外，还连接支撑到水车顶（11），水车顶（11）结构可为骨架或板块，以方便架设光伏组件的光伏板（1）及其他的设备部件。
29.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，是一项组合技术，前述所有零部件和其他结构，包括各连接方式方法，都是传统的、常规的、成熟的技术，无论在图中显示了、有文字说明了，或是未在图中显示、没有文字说明（如光伏组件所包含的内容、电机的电子遥控开关、缆绳、电站所包含输配电设施设备、）的，都能在文献中查到记载或者在现实中找到成品和该部件（结构）的实体作借鉴参照。
30.本本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，水电站在有有效光时可蓄水不发电，无有效光时才发电，也可以边部分蓄水，边部分发电，更可以通过预先蓄足较多水量来配合光照来源灵活发电，总以输出的电力质量更优良，更持续稳定为工作目的。其中的更替交换过程如下：有有效光时，关闭电子水阀（23），使导流管（8）内水流停止泄流，水力发电装置（9）停止工作；无有效光时，光伏发电站停止工作，电子水阀（23）打开，导流管（8）开始泄水，水力发电装置（9）受水冲击转动，开始发电。
31.本发明的水车提高水位式水光一体发电系统，可作为户用光伏。在有水力资源的情况下，它比市场上现有的户用光伏发电系统更具实用价值。在大型江河或海洋波浪、潮汐的条件下，水车（2）阵列越大越好，能成百上千台地集中排列成阵，便可以形成水光一体发电基地。在大江大河的中下游或大海沿岸潮汐之处，一般落差都较低，无法修建传统水电站，但其水流力量冲动水车却不是问题，利用水车提高水位建设水电站，可在这些地方利用江面宽阔的大量水能和水域深渡较浅的优势架设众多的水车，拾遗补缺把浪费的尚未利用的水能利用起来；潮汐水流则可来回提水，在充分地广泛地利用水能方面大显身手。有了这些水车提高水位式水电站，再配上光伏电站互补，就能更多地利用水光资源，为社会提供巨量的、优质的、低廉的电力。

技术特征：
1.一种水车提高水位式水光一体发电系统，它由光伏电站+水车提高水位式水电站组合而成，其特征在于：它包括整套光伏发电装置的完整结构与整套水车提高水位式发电装置的完整结构组合成一套水光互补发电系统。2.根据权利要求1所述的水车提高水位式水光一体发电系统，其特征在于：光伏组件的光伏板架设在水车顶和枧槽及高位水池上。3.根据权利要求1所述的水车提高水位式水光一体发电系统，其特征在于：整套光伏发电装置的完整结构，它包括现在市面上常规的光伏组件和逆变器、蓄电池及所有光伏发电的应有设备部件及结构，是一个完整的光伏发电站。4.根据权利要求1所述的水车提高水位式水光一体发电系统，其特征在于：水车旁设枧槽，枧槽连接高位水池，高位水池底部设导流管，水力发电装置置于导流管底部。5.根据权利要求1所述的水车提高水位式水光一体发电系统，其特征在于：水车或为齿轮链条式，由传动轮和定位轮带动，传动轮与传动轴连接，传动轴与变速轮连接，变速轮与水轮机传动轴连接，水轮机传动轴与水轮机连接。6.根据权利要求1所述的水车提高水位式水光一体发电系统，其特征在于：各种水车、水轮机的舀水装置是盛水的容器，如需适应于潮汐来回水流，则要制成正反双向舀水装置。

技术总结
一种水车提高水位式水光一体发电系统，它由光伏电站+水车提高水位式水电站组合而成，它包括整套光伏发电装置的完整结构与整套水车提高水位式发电装置的完整结构组合成一套水光互补发电系统，有了水车提高水位式水电站，再配上光伏电站互补，就能更多地利用水光资源，为社会提供巨量的、优质的、低廉的电力，为国家实现3060碳目标做贡献。为国家实现3060碳目标做贡献。为国家实现3060碳目标做贡献。


技术研发人员：张金强
受保护的技术使用者：张金强
技术研发日：2022.11.04
技术公布日：2023/6/28