浮管式水力發(fā)電機基本原理

管狀收水器接收并采集大面積平流水，其動能、 壓能、位能使進入的水流逐漸增壓提速，形成具有一定勢能的流水沖擊水輪機;錐形尾水管的恰當設置，使流經工作段的水流迅速擴散，前后段形成較大壓差，進一步促使工作段的流速大幅提高;從而使水輪機獲得較大的總機械能帶動發(fā)電機發(fā)電。可根據具體水流環(huán)境需要，制造各種規(guī)格單臺使用，多臺集成各種規(guī)模的發(fā)電站。

水能是人類可利用的最古老的可再生能源之一。從流水中獲取能源發(fā)電的方式很多，有大壩式、引水式、潮汐等水電站，浮船、浮筒、波浪式發(fā)電機等等。已建電站大多屬于利用天然落差和流量，修建的大壩式電站。我國經三次大的水力資源全國性普查，水能資源理論蘊藏量694400MW，技術可開發(fā)的水能資源541640MW、經濟可開發(fā)的水能資源401795MW。到目前中國水電總裝機容量已達到2.3億千瓦，水電資源開發(fā)利用率提高到34%。但還有大量的水力資源靠傳統(tǒng)方式很難有效利用。水電事業(yè)的快速發(fā)展，為國民經濟和社會發(fā)展做出了重要貢獻，也帶動了裝備制造業(yè)的繁榮。然而社會經濟發(fā)展、能源需求飆升，繼續(xù)筑霸建站經濟可開發(fā)水力資源有限;移民成本上升、自然生態(tài)改變、環(huán)境之爭等問題也日趨顯現。使傳統(tǒng)電站的發(fā)展逐漸陷入'建'與'停'的兩難。立足于自然水力資源的高效利用，迫切需要多種效率高、成本低、親自然的能源轉換方式。目前國內外已將目光轉向海洋水力資源，利用洋流、潮汐和波浪進行發(fā)電。

利用平流水原始流速發(fā)電的設備，在國內外也相繼出現。類似浮船、浮筒等半浮于水面上的，支架式仿古水車型發(fā)電裝置開始大量復制。國內在長江、黃河、都江堰等地 都有過裝置安裝。但因其水流速要求高，發(fā)電量低，性價比、實用性都不甚理想，至今未見大范圍商品化推廣使用。既要保護自然環(huán)境，又要保證能源需求，還要有效利用更廣泛的可再生資源，必須著手真正的大系統(tǒng)的、效果卓越的原始初創(chuàng)項目。為此、有效利用可再生資源，研發(fā)更環(huán)保、高效、實用的新能源裝備，世界各國都為之趨之若鶩。

2011年春節(jié)期間，沈家同與沈利川父子倆在閑聊中突發(fā)奇想，產生了浮管式水力發(fā)電機的原始創(chuàng)意。經不斷 探索、提煉、研發(fā)、改進、完善到目前已取得國家發(fā)明和實用新型專利二十多個，國際PCT一個。并帶領重慶同利實業(yè)有限公司研發(fā)團隊，開展了從水文資源調查，傳統(tǒng)水電、風電、光伏等性價、技術調查;積累了大量的相關技術與知識，對龐大的浮管式水力發(fā)電機原始初創(chuàng)項目，開展了全面、系統(tǒng)、深入的工作;經數百次的試驗、測試，將在2013年內，利用我國的江河，向社會展示這種環(huán)保、高效的最新綠色能源設備的適用效果;吸引大家共同參與、完善、發(fā)展這一中國人的原始初創(chuàng)。

由于機內水流速度倍增，使水電轉化能力大幅提升。不但讓制造成本明顯降低，綜合性價比顯著提高，而且可利用的流水資源由此變得非常豐富。其綜合性價比、可利用水力資源量、廣泛的實用性等優(yōu)勢。是僅利用平流水原始狀態(tài)的動能進行發(fā)電;及半浮于水面上的，仿古支架式水車型平流水發(fā)電機不可比擬的。浮管式水力發(fā)電機的出現，將使僅用傳統(tǒng)技術難以利用的水力資源，盡快實現有效發(fā)電;使按傳統(tǒng)利用方式，逐漸匱乏的水力資源和日趨突出的環(huán)境之爭，將不再困擾水電事業(yè)的發(fā)展。

1、提速技術突破使發(fā)電效率提高，可利用江河、洋流變得非常豐富，性價比顯著，更受市場青睞;徹底顛覆了僅停留在利用原始流速的，支架式仿古水車型平流水發(fā)電機的設計;

2、親自然不筑壩，不改變生態(tài)環(huán)境，裝機容量可從百瓦至兆瓦數量級;

3、浮管管狀提速裝置將效率提升、安裝支撐、基本懸浮等功能融為一體，使整機實現協(xié)調、高效、緊湊、經濟的綜合功能結構。

4、型腔設置水流的調節(jié)門、導水機構等，調節(jié)收水范圍和沖擊角度，在水流速變化時，保證水輪機發(fā)電機的發(fā)電質量相對穩(wěn)定;

5、整機采用金屬、新型高分子功能材料復合構成，比重輕、可在水中自主懸浮于需要安裝的位置，裝載成本低，適合高效模塊化標準化批量生產，性價比顯著;

6、發(fā)泡加固材料的運用，既能保證型腔的浮力恰當，又能保證整體裝置更加安全可靠;

7、方便的標準化連接形式為今后單臺發(fā)電，或多臺集成為大小電站提供可能;便于運輸、安裝、維修;

8、采用全型腔CFD數值模擬解析資料，并以類似流道模型試驗驗證的手段，為浮管式水力發(fā)電機的優(yōu)化設計節(jié)省工期和費用，為下一步大型機開發(fā)積累寶貴的經驗;

9、構建類似流道模型試驗場，建立完善平流水發(fā)電機水下測試體系;

10、建發(fā)電站時間短，收回投資速度快，實現社會經濟效益非常顯著;

11、永磁傳動技術和仿生技術等現代技術的綜合運用使其更加協(xié)調高效。

1、浮管式水力發(fā)電機在江河、洋流水流速0.5m/s即可啟動發(fā)電;流速≥1m/s時，可實現良好的發(fā)電效果;流速≥1.5m/s時，效果十分理想;流速在2m/s時，性價比非常優(yōu)秀。而以往其它形式的平流水發(fā)電裝置，基本需要流速在2m/s以上才可正常發(fā)電。

2、提速裝置使浮管式水力發(fā)電機獲得了動能、壓能、位能所形成的有一定勢能的總機械能，而以往其它形式的平流水發(fā)電裝置，只能獲得所涉水域的部分動能，所以前者和后者的發(fā)電效率根本就不是同一檔次。

3、浮管式水力發(fā)電機水力資源非常豐富。江河、洋流水流速在2m/s以下比2m/s以上的流水環(huán)境和持續(xù)時間，至少是數十比一;而只有高山峽谷的河流，或一般江河在洪峰時流速才超過2m/s。因此，以往其它形式的平流水發(fā)電裝置所需流水環(huán)境和持續(xù)時間并不豐富。(高山峽谷的河流大多比傳統(tǒng)水電站利用)

4、浮管式水力發(fā)電機設計科學緊湊。浮管管狀提速裝置將效率提升、水輪發(fā)電機安裝支撐、基本懸浮等功能融為一體，使整機實現協(xié)調、高效、緊湊、經濟的綜合功能結構。而其它形式的平流水發(fā)電裝置，則由立式或臥式水車形水輪、安裝支架、浮船浮筒、增速傳動、發(fā)電機等構成，設計呈原始、粗放、松散狀態(tài);且只能獲得所涉水域的部分動能。因而，不可能實現市場起碼性價要求。

1、對自然的親和不筑壩，不破壞生態(tài)環(huán)境，建發(fā)電站時間短，實現社會經濟效益非常顯著。

2、可再生資源的循環(huán)利用減少環(huán)境污染，節(jié)約了大量水資源和土地資源，實現了循環(huán)經濟的再利用理念。

3、實現平流水發(fā)電設備以其自生效能走入市場，讓廣泛平緩的河流、洋流的滔滔流水產生豐富的清潔能源;

4、加強了國家能源安全。為斷流的江河從新回歸自然提供了條件。

5、讓窮山惡水和老少邊窮盡快換發(fā)青春。

6、奠定了科學調整產業(yè)結構的基礎，為過剩的加工制造業(yè)注入新的活力。

7、點亮江河，美化環(huán)境，新形式亮麗的霓虹燈、航標燈、廣告業(yè)發(fā)展有了價廉物美的新能源。

8、提供新形式的"平戰(zhàn)結合、軍民融合"的應急裝備。

9、以水治水，靈活的新電力可促進提灌設施普遍發(fā)展，將增加南水北調、抗洪排澇、農業(yè)灌溉、治理荒漠減少霧霾、豐水期水資源儲備等有效解決手段。

10、水文資料查勘將增加以流速、流帶、延續(xù)周期狀態(tài)等新內容，將促進水文勘測技術的發(fā)展。

11、提供江河、地下水等環(huán)境的生物多樣性恢復技術基礎。

12、新增巨大的經濟規(guī)模，引發(fā)水力資源利用、水電技術的學術創(chuàng)新。

13、讓全社會共同完善并享用中國人的原始初創(chuàng)。毋庸置疑，隨著浮管式水力發(fā)電機的出現和認識;未來它將成為一顆促進新能源事業(yè)發(fā)展的閃亮明星。

豐富水資源

世界的流水資源非常豐富，我國的長江的水流量在世界河流中排第四，巴西的亞馬遜河水流量是長江的約七倍，非洲的剛果河也是長江的2-3倍;洋流資源至少是陸地流水資源總和的百倍以上;據中科院地理科學與資源研究所2007年《中國大百科全書·中國地理》記載:"中國河流總長度為42萬㎞。"現僅以載明的我國河流42萬㎞，的25%經濟價值較高的河段為為測算基礎，即為約10萬㎞;根據江河流速狀況河流帶寬度，每㎞裝機容量約1-10MW，其可利用河流的裝機容量不亞于傳統(tǒng)水電。