專利名稱：低谷電在水利工程中的運用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水利工程和電力領(lǐng)域，更具體地說是利用低谷電，抽水儲 蓄或使用,以及水利低谷電的生產(chǎn)和使用的方法，抽蓄水水庫和抽蓄水源水 庫。
背景技術(shù)：
在夜間23點至次日7點8個小時，這段時間用電量少，稱為低谷電， 火電站和核電站的發(fā)電機組不能停止，發(fā)出的電用不完，目前釆用的方法 是建抽水蓄能電站，將低谷電的電能抽水轉(zhuǎn)化為水的勢能，用電高峰時段 再通過水輪機，將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能使用，在此轉(zhuǎn)化過程中，三度低谷 電，只能轉(zhuǎn)化為一度高峰電，損失較大，且還有運行成本。水電站的水輪 機開停方便，用于調(diào)峰調(diào)谷，可以不發(fā)低谷電，但是，在汛期，通過泄洪， 造成巨大能量損失；據(jù)我初步計算，三峽大壩建成后，平均每年泄洪600 億立方米的水，這些洪水轉(zhuǎn)化為電能，再用于抽水，可抽等高，即一百多 米揚程高的水200億立方米左右；三峽大壩有巨大的庫容和防洪庫容，調(diào) 節(jié)使用洪水的能力較強，多數(shù)水電站泄洪與發(fā)電的比例比三峽高，全國可 開發(fā)的水能資源是三峽的約30多倍，將來泄洪產(chǎn)生的水能轉(zhuǎn)化為電能，可 抽取100米揚程的水量數(shù)千億，甚至上萬億立方米。目前，全國城市缺水 200億立方米，農(nóng)業(yè)缺水量更多，嚴重影響農(nóng)田的數(shù)量、產(chǎn)量和產(chǎn)值。目 前，解決城市和農(nóng)業(yè)用水主要是在有水源和其它相應(yīng)條件的地方建壩蓄水 供水，或抽取河流湖泊的等水使用等，許多地區(qū)因地形、水源等原因限制， 水利化程度低，特別在雨季，大量的水毫無利用的排走。對于缺水地區(qū)， 目前采用遠距離調(diào)水，如長江水南水北調(diào)至北方， 一般調(diào)水多的時期為干旱時期，調(diào)水處的水源也很少，從水電站水庫中調(diào)水，也影響發(fā)電量。許 多城市供水需要用水泵抽取，許多農(nóng)田需要抽水澆灌，在天干的時候，農(nóng) 田需要抽水使用，抽水用電在高峰時段，導致供電緊張或缺電。 發(fā)明內(nèi)容為克服背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種解決城市和工農(nóng) 業(yè)的缺水，增加耕地和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、產(chǎn)值，農(nóng)業(yè)增收，農(nóng)民致富，治理沙塵 暴，緩解石油緊張，節(jié)約能源，減少用電高峰時的供電緊張抽蓄水方法和 水利工程。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下方法實現(xiàn)。利用現(xiàn)有的水庫，或在有蓄水條件的地方建水庫或增加現(xiàn)有水庫的庫 容，以江河、湖泊、泉水和一些水庫等，以及一些為抽水而建的水庫(壩) 為水源，利用火電和核電的低谷電，以及汛期水電站剩余洪水轉(zhuǎn)化的低谷 電，用水泵抽入水庫中儲存，直接抽不到水庫中的，抽入渠道、管道、遂 道、河道或(和)壓力高管道等輸水設(shè)施引入水庫儲存，供城市生活用水和 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用，或抽取后通過水利輸水設(shè)施，引往缺水地區(qū)使用。對于離抽水水源近的現(xiàn)有水庫，可以利用低谷電，通過水泵直接抽入 水庫中儲存，可提高供水量，離抽水水源較遠，可利用現(xiàn)有或新建的輸水 設(shè)施，抽入輸水設(shè)施后，流入水庫中儲存。但是，現(xiàn)有的水庫和抽水水源 不能滿足抽蓄或抽用水的需要，為了充分利用低谷電能，可以采用以下方 案抽蓄水水庫或水池的建造在有條件建蓄水水庫，但不一定有充足蓄 水水源，有可抽水儲存的水源或能新建可抽水水源，能為生活和工農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)提供水源的適宜地方建水庫，有可抽水水源，有條件建多級水庫的地方再建一級或多級水庫，有可抽水水源或新建抽水水源，有條件增加庫容的 現(xiàn)有水庫增加庫容，這些水庫在有條件引水的地方，引一些水儲備；這些 水庫的庫容，由地形、地質(zhì)、水量需求等條件和可蓄水源決定，可蓄水源 包括建水庫處原有水源，能引入的水源和能抽取后儲存的水源。在農(nóng)田、 工商業(yè)和生活用水需要抽取水使用的地區(qū)，有蓄水條件的地方建相應(yīng)蓄水 庫或蓄水池。抽水水源點的選擇和新建江河、湖泊、地泉或現(xiàn)有的一些水庫可作 為抽水水源地，如果現(xiàn)有可提供抽水的水源地水不夠充沛，有條件的地方 可引水補充水量，例如，長江水南水北調(diào)黃河的西線，補充黃河水，或利 用其它可抽水的水源地，用低谷電抽水補充水量?，F(xiàn)有的可抽水水源地不 能滿足各種抽蓄水需要，許多河流晴天，特別是干旱季節(jié)一般水較少，甚 至斷流，下雨時非常大，特別在我國北方的平原地區(qū)，因此，多數(shù)地區(qū)必 須新建可抽水的水源地，特別是充分利用降雨或融雪為水源抽水。新建抽 水水源地一般選擇在下雨或融需后水源充足，有條件建水庫的地方，水庫 庫容不一定大，但可抽取的水量較多 一些河流或河流附近的低洼地方， 一些灌溉渠道附近，低于灌溉渠道的低洼地方，都是可選擇的地方；也可 以利用新建渠道、壓力管道、隧道等引水設(shè)施，將水位相對高的水，引往 可蓄水的低洼地方建壩儲存，其中，可以將干流的水，引往低于引水處的 支流河谷建壩儲存。抽蓄引水的方法及配套設(shè)施建設(shè):抽蓄水水庫離抽蓄水水源近的地方， 可以利用低谷電，將水直接抽入水庫中儲存。在抽蓄水過程中， 一般都不 能直接抽入蓄水水庫中，因此需要建一些配套的水利輸水設(shè)施這些配套 設(shè)施有引水渠道、管道、壓力管道和隧道等現(xiàn)用設(shè)施，這些設(shè)施一般都選擇在地勢高于蓄水水庫的地方，抽入這些輸水設(shè)施后，流入抽蓄水水庫中 儲存；在抽水地點附近沒有地勢高于蓄水水庫或路程遠等而不經(jīng)濟，建高 于水庫正常水位的水塔，與壓力管道連接，抽入水塔中，采用倒虹吸的方 法，將水送往蓄水水庫，壓送至水庫中儲存，或壓入高于蓄水水庫正常水 的地方，通過輸水設(shè)施流入水庫中儲存這與多數(shù)城市供自來水原理相同； 可以在蓄水水庫的附近建蓄水池，將水源引到蓄水池中，如果不到，可利 用低谷電抽取送入蓄水池中，利用低谷電，將蓄水池中的水和抽水時不斷 流入蓄水池中的水抽入水庫中；或送往地勢高于水庫處的下面水池暫存， 再抽往地勢高于水庫的地方，通過上述輸水設(shè)施送往蓄水水庫中儲存。水 利輸水設(shè)施的選擇根據(jù)各種條件決定，根據(jù)需要選擇最經(jīng)濟，最合適的方 案。低谷電的抽水使用因低谷電時段是人們睡覺時期，因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 也不使用水。在抽水使用的農(nóng)田，在此時段，農(nóng)業(yè)可以抽取水使用水稻 等水生作物，只要幾個入看管，就可以實現(xiàn)抽水灌溉，使用噴灌、滴灌等 節(jié)水技術(shù)的農(nóng)田，看管的人更少。對于輸水路程相對遠的地方，輸水時間 長，如東線的南水北調(diào)，可以利用低谷電，抽取水后通過輸水設(shè)施輸送使 用，在許多地方，利用可抽水的水源或新建可抽水源，建相應(yīng)的水利輸送 設(shè)施，利用低谷電抽水輸送使用，或利用低谷電先抽入高于輸水設(shè)施的水 庫，早上再流入輸水設(shè)施輸送使用。水電站低谷電的產(chǎn)生火力低谷電， 一般入都知道，水電低谷電，還 沒有這個概念。在汛期，因水量過大，而夜間低谷電時期連火電都過剩， 因此，水輪機不發(fā)電，當水位達到一定高度或可以泄洪時，開閘泄洪；水 利低谷電，是利用水電站汛期多余的洪水，在低谷電時段水輪機發(fā)的電，6通過電網(wǎng)，送往上述抽蓄水處使用。在汛期的初期或中期，為防洪需要， 一般水電站都要泄大量洪水，使水位從正常水位降至防洪限制水位，這些 水可用于發(fā)低谷電；在泄洪前一段時間，通過增發(fā)低谷電，逐步將水位降 至防洪限制水位，在汛期，當水電站水位超過防洪限制水位，或者預計洪 水將來臨前等，都可以發(fā)低谷電。汛期水電低谷電充足的時期，也是可抽 水最多的時期，理論上，當全國水能資源開發(fā)基本完成，南水北調(diào)等引水 工程己實現(xiàn)，水電、火電和核電的低谷電，抽取的水量加一般蓄水和引水 設(shè)施，可以滿足全國的工農(nóng)業(yè)和生活需要，最缺水的地區(qū)是北方的干旱、 半干旱以及沙漠地區(qū)，因多數(shù)地方海撥較低，抽水揚程不高，同樣的電能 抽取的水較多，加上新建的蓄水水源，使用節(jié)水技術(shù)，抽入水使用后都可 以變成良田。使用低谷電抽蓄水，包括用現(xiàn)有的水庫和新建的水庫抽蓄水，例如， 建蓄水量夠該片農(nóng)田一天以上使用、工商業(yè)和生活用水的抽蓄水池或水壩， 使用時不再抽取或減少抽水揚程，可使多數(shù)通過抽蓄水搞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的地方 不再使用高峰電，特別是一些抽水使用，有條件建蓄水壩的城市，工商業(yè) 和生活抽水用電減少，減少、甚至避免用電高峰時段的用電爭峰而造成的 電力緊張；農(nóng)業(yè)用水量最大的時期， 一般是夏季遇到干旱的地區(qū)，也是該 地區(qū)生活用電最多，全國總體上水電低谷電最多時期，通過全國互連的電 網(wǎng)，解決抽水所用低谷電，遠距離抽送水，解決水源。各種抽蓄水庫的蓄 水和供水，使雨季的雨水得到廣泛運用，提高該地區(qū)的水利化程度，并減 少各種供水的用高峰電抽水，減輕用電高峰時期的供電緊張。在陜北和黃土高原等黃河流域地區(qū)，在有條件的地方可以建一些水庫， 在融雪產(chǎn)生的春汛和夏秋汛期，利用低谷電，抽取大量黃河水儲存，供缺水時期使用。四川、重慶等地區(qū)，可蓄水的山谷較多，可建一些水庫，長 江干支流常年都有水，都可以利用低谷電抽水儲存，以汛期抽水量最多。 在三線南水北調(diào)中，其中，東線是抽取長江水，從京杭運河流往華北地區(qū)， 調(diào)水過程需要幾級抽水，目前，專家一致認為中線的丹江口水庫調(diào)水最經(jīng) 濟，因此，中線南水北調(diào)早已實施，但是，利用低谷電，我認為東線是最 經(jīng)濟的1、中線需要新建河道，造價較高，需要十年左右時間，京杭運河 改造費用低，時間短；2、中線調(diào)水是以減少丹江口水庫高峰發(fā)電量為代價 的，從京杭運河抽水需要多級，主要是流動水頭勢能損失，抽水揚程低， 以低谷電三度轉(zhuǎn)化為一度高峰電，加上轉(zhuǎn)化成本，以1 / 4高峰電的價格計 算，調(diào)相同的水量，實際兩者電能價值差不多，東線有些時間還可以淮河 等河流的水；3、丹江口水庫流域多在北方地區(qū)，且水源有限，水量最多時 期是北方汛期，基本不需要調(diào)水，北方五月分用水最多的時期主要靠存儲 的水調(diào)水，長江水源充沛，五月分南方，特別是江南地區(qū)已進入汛期，水 量更充沛。在南水北調(diào)的過程中，在有條件的地區(qū)，可以建水庫，抽取一 些運河中的水儲存。在北方，特別是西北廣大地區(qū)，充分利用當?shù)氐乃?和蓄水水庫蓄水或抽蓄水，在各種調(diào)水工程的配合下，利用低谷電大量抽 引水，例如，南水北調(diào)后的黃河水和附近的水源，通過輸水設(shè)施送入供農(nóng) 田使用或儲存后再使用，可使農(nóng)田業(yè)產(chǎn)量成倍增加，并利用荒地，甚至沙 漠開墾大量耕地，采用農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，可供水的耕地面積更多，開墾的耕 地更多，解決全國的耕地和糧食緊張；大量的水源抽入西北干旱、半干旱 和沙漠地區(qū)，加上利用當?shù)氐乃闯樾钏?，利用開墾農(nóng)田和建設(shè)防護林、 經(jīng)濟林等，可以治理沙塵暴；有了水源保障，各種石油替代農(nóng)作物的產(chǎn)量 可以提高，可種植的面積增加，產(chǎn)量數(shù)倍增加，生產(chǎn)出大量替代能源，緩解石油緊張。在電力充足時期，或者嚴重缺水地區(qū)，或者抽水揚程低等，下雨時可 以用平谷電，甚至高峰電抽蓄水儲存，減少水流走。在經(jīng)濟條件允許的條 件下，上述抽水也可以由平谷和高峰電完成或輔助完成，例如，在某低揚 程抽水點不分晝夜的抽取泉水到一個有一定庫容的水庫中暫存，提供較多 水源，在低谷電時段，從此水庫中，通過較高揚程抽入另一個水庫儲存。通過上述抽蓄引水，可使許多干旱和半干地區(qū)，特別是北方的許多沒 有使用的荒地變?yōu)榱继?，使許多耕的產(chǎn)量和產(chǎn)值增加，部分地區(qū)甚至幾倍、 十多倍增加，解決全國的糧食緊張；低谷電能抽取的水量是目前城市缺水 的幾十倍，在其它引水工程的配合下和城市節(jié)水，幾乎可以解決城市缺水； 減少利用低谷電抽蓄水蓄能發(fā)電，減少電能損失；利用水電站過剩的洪水 發(fā)電，節(jié)約水能和增加電力資源；通過水庫或水池的抽蓄水，減少工農(nóng)業(yè) 和城市在用電高峰期的抽水供電，緩解用電高峰時供電緊張。本發(fā)明的有益效果是1、解決大部分城市和工業(yè)缺水問題；2、通過 增加蓄水量和引水量，有了豐富的農(nóng)業(yè)用水，增加大量耕地和增加糧食單 產(chǎn)，解決全國的糧食緊張，農(nóng)業(yè)增收，農(nóng)民致富；3、節(jié)約大量電力和水能 資源；4、減少用電高峰期的抽水用電，緩解供電緊張；5、治理沙塵暴；6、 緩解石油緊張。
具體實施方式
以下通過具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明，水利工程因地形、地質(zhì) 和水利條件等不同而不同，因此本發(fā)明不局限于具體實施方式
。 實施例l紅塔區(qū)飛井水庫向東風水庫引水和抽蓄水工程紅塔區(qū)的兩座最大水庫是東風水庫和飛井水庫，東風水庫蓄水量9400萬立方米，飛井水庫蓄水 量1000多萬立方米。目前，因玉溪大河和人工湖景觀水需要，飛井水庫和 它的主要水源的九龍池的水，己經(jīng)通過壓力管道引向離東風水庫壩下約 300多米的地方，在此管道上再接壓力管道，使之到達東風水庫壩下，管 口向上轉(zhuǎn)，形成倒虹吸，提高水位，減少輸水勢能損失，在壩下建10萬立 方米左右的蓄水池，儲存壓力管道引來的水，在東風水庫閘門旁，略高于 最高水位處開一個孔，使抽水管道從此處穿過，利用水泵，在夜間低谷電 時，將從飛井水庫引來的水從蓄水池中抽入東風水庫儲存。此工程抽水揚 程在25米左右，每度電可抽IO多立方米的水， 一般一立方米的水庫蓄水， 價值比一度電高。飛井水庫除供給農(nóng)業(yè)等需要，每年可以向東風水庫抽蓄1至2千萬立 方米的水，為了增加可抽水量，可以從清水河引水和從黑龍?zhí)冻橐Ｓ?的水。從地理位置上看，通過隧道將清水河的水引入最近，紅塔區(qū)己有引 水使用方案，用于景觀水，引入飛井水庫的途徑由具體測量決定；黑龍?zhí)?水除了夏初一個月左右，都有剩余的水，可以建一個蓄水量5萬立方米左 右的蓄池或壩，搜集剩余的水，利用低谷電抽取后，沿山修一條引水渠道 或管道，流入飛井水庫儲存。引入兩股泉水后，飛井水庫每年可以增加約 4000萬立方米以上的進水，可抽取供給東風水庫的水年可達到5000萬至 6000萬立方米。此兩處引水和現(xiàn)飛井水庫的水源九龍池都是地泉水，除下 大雨或暴雨，水質(zhì)都是一類，但泉水含鈣離子偏高，流入飛井水庫后，因 碳酸鈣巖石不存在的逆反應(yīng)和長時間的熱分解，鈣離子將大幅減少。通過 環(huán)境保護，飛井水庫的水可以保持一類。東風水庫目前只能儲蓄現(xiàn)有的雨水，為儲備飛井水庫提供的水，需要在東風水庫上游在建一座水庫(此建水庫的方案90年代已有，因幾百人的 移民問題和后幾年雨水偏少等而放棄)，蓄水量5000至6000萬立方米，儲 存原有一半左右雨水，加上現(xiàn)在東風水庫加固增容的一千多萬立方米，用 水量的增加和不斷循環(huán)使用，可以儲存抽入的水。 實施例2洛河鄉(xiāng)地區(qū)抽蓄水工程洛河位于玉溪大河下游，即北盤江紅塔區(qū)段 的最下面，除研和鎮(zhèn)，紅塔區(qū)境內(nèi)的水幾乎從此處流出，目前，紅塔區(qū)的 水利化程度達到37%,接近國際公認的最高標準40%，但從洛河流出的水， 比全部水利工程的蓄水還多。洛河為山谷地帶，河兩邊有大小幾十個可蓄 水的山谷，如清水河谷、甸苴河谷等。在玉溪大河末端或者己進峨山境內(nèi)處建壩，使建壩后的水庫最高水位 低于大河從壩子(盆地)流入山谷的處的河底，此水庫長10公里左右，庫容 較大，暫叫洛河水庫。在一些山谷(相當支流)上建水位比紅塔區(qū)壩子水位 高的抽蓄水水庫，利用低谷電，抽取洛河水庫中的水儲存于抽蓄水水庫中， 從山體上修引水渠道、管道等引水設(shè)施，引抽蓄水入玉溪壩子使用；抽蓄 水水庫的水位只需要高于水庫最高水位30米，就可以引往紅塔區(qū)壩子的多 數(shù)地方使用，最大可實現(xiàn)蓄供水量超過紅塔區(qū)現(xiàn)有水庫之和。此水庫的蓄 水主要來自下雨，受城市和農(nóng)村農(nóng)田污染，但晴天很少有水流入，下雨時 城市和農(nóng)村農(nóng)田污水的數(shù)倍、數(shù)十倍，甚至數(shù)百倍、千倍的稀釋，加上水 庫的凈化，可供農(nóng)業(yè)和工業(yè)使用，集中處理后供工業(yè)和生活非飲用水使用。 此項工程，因在洛河河谷和各支流河谷的蓄水量極大，可實現(xiàn)水利化高于 現(xiàn)水利化之和，使紅塔區(qū)水利化程度達到80%左右。 實施例3實施例2的問題是需要移民幾千人和沿沒一些耕地，為了減少淹沒損 失，可采用引干流水入下游抽蓄水水庫山谷，即支流或相當支流的河谷。 在玉溪大河從壩子進入山谷后的適宜地區(qū)，可建一不高于河岸的小壩或閘 門將水攔截，在河岸的一邊建引水渠道或壓力管道，或者在河中的部分河 道建壓力管道，減少水流過程中的水頭損失，將水引入低于引水處一定距 離的支流河谷下段，建壩儲存，如果引水道在抽蓄水山谷的河對岸，可從 河底用倒虹吸等壓力輸水的方法引入；在這些壩的河谷上方再建一較高的 壩，利用低谷電抽取下段壩的水至上方的壩儲存，用實施例2的引水設(shè)施， 將水輸送紅塔區(qū)盆地使用。引入支流需要的渠道或壓力管道的引水量根據(jù) 需要確定，比如說，能通過一年一遇或幾年一遇的水，蓄水河谷以無人或 少人的地方最佳。通過渠道或壓力管道引到蓄水河谷的水位，比蓄水河谷 底部高，例如，離壩子3公里多的清水河河谷下部，引水建壩后，可有約 20米高的水位，儲存幾十萬立方米的水，在往上的清水河河谷，地理條件 可建幾百米高的壩，移民幾十人。清水河以下的河谷，建壩后，引蓄水的 水位更高。在全國，類似實施例2和3中河谷到處都有，在北方缺水地區(qū)實施， 經(jīng)濟價值更高。
權(quán)利要求
1. 一種低谷電利用的方法和水利工程，其特征是利用低谷電，通過水泵將水源處的水抽入水庫中儲存。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的利用低谷電抽蓄引水的方法和水利工程，其特征 是用于抽水的水電低谷電，是水電站利用多余的洪水，水輪機在用電低 谷時段發(fā)的電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l的低谷電利用方法和水利工程，其特征是低谷電 抽取的水，抽入輸水設(shè)施中，再流入水庫中儲存。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2的低谷電利用方法和水利工程，其特征是在 有條件處建水庫、蓄水池或增加現(xiàn)有水庫的庫容，所建或所增加庫容的水 庫不一定有充足現(xiàn)有水源。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的低谷電利用方法和水利工程，其特征是抽水水 源處在有條件的地方新建，新建抽水水源處選擇在通過各種水利技術(shù)，能 提供較多抽水水源的地方。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 5的低谷電利用方法和水利工程，其特征是在 蓄水條件較好的低洼處建壩蓄水。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l、 5、 6的低谷電利用方法和水利工程，其特征是 抽水水源處的水可以從其它水源處引入或抽引入。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2的低谷電利用方法和水利工程，其特征是利 用低谷電，通過水泵抽取使用。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 8的低谷電利用方法和水利工程，其特征是 利用低谷電抽取的水，通過遠距離輸水設(shè)施輸送使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及水利工程和電力領(lǐng)域，更具體地說是利用低谷電，抽水儲蓄或使用，水電站低谷電的產(chǎn)生的方法。利用低谷電，通過水泵將水源處的水抽入水庫中儲存或使用在有蓄水條件的地方建水庫或增加現(xiàn)有水庫的庫容，以江河湖泊或一些水庫，或一些為抽水而建的水庫為水源，利用火電和核電的低谷電，以及汛期水電站洪水轉(zhuǎn)化的低谷電，使用水泵抽取后，流入渠道、管道遂道、河道等輸水設(shè)施引入水庫儲存，或抽引入其它缺水地區(qū)使用。
文檔編號F03B13/06GK101251078SQ20081005822
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月23日
發(fā)明者王彥明 申請人:王彥明