基于泄洪隧洞的泄洪发电同步组合消能工

摘要

本发明公开了一种基于泄洪隧洞的泄洪发电同步组合消能工，包括顺次布置的进水塔、地下主厂房、联络洞、设有变压器的主变压器室、竖井、尾水管、尾水支洞和无压尾水洞；所述进水塔设有进水口，其通过有压水流隧洞将泄洪洞内的水引至地下主厂房中；所述地下主厂房中设有水轮发电机，水流通过水轮发电机发电并消能；其中，电流经联络洞、主变压器室和竖井引至地面升压变电站；水流通过尾水管、尾水支洞和无压尾水洞后注入下游河道。本发明可以将洞内泄洪水流能量转换为电能进行消能，充分利用弃水的能量，弃水发电后的尾水流速已经很低，大大减小了下游水体表面旋滚，能有效改善下游生态环境，可广泛应用于不同流量的洞内泄流。

说明书

技术领域

本发明属于水利工程领域，尤其是一种消能结构。

背景技术

一般来说，洪水威胁通过设置溢洪道与泄洪隧洞或溢流坝与泄洪底孔予以解决，而水资源的利用是通过设置常规地下厂房或地面式厂房予以利用，泄洪建筑物与发电建筑物分开设置，互不影响，这就造成了洪水期巨大泄洪能量的浪费损失。

为了少泄洪、多发电，通常需要增加坝高和水库兴利库容，这也造成工程规模加大，工程投资增加，难以满足经济评价要求。为了保持在工程规模不变、工程投资不增或少增的情况下，能够充分利用水能发电，这就需要另寻思路，使得泄洪消能与发电组合，实行一体化同时完成泄洪发电，以达到消能目的，泄洪结束则发电停止。

从传统来看，高水头的泄洪隧洞上游部分采取“龙抬头”与发电引水隧洞结合的形式，早已在我国诸多工程中应用，主要是从泄洪隧洞中间某处分岔引出发电引水支洞，泄洪消能和发电不是一体化同时完成，而是分别异步进行，泄洪消能时不发电，发电时不会泄洪消能。低水头泄洪隧洞采取不设“龙抬头”的缓倾斜坡与发电引水隧洞结合的形式，泄洪消能与发电也是不能同步一体化完成的实例。泄洪隧洞与发电引水隧洞这种部分结合的形式，虽然可以减少部分引水隧洞的工程量及其投资，但是泄洪消能与发电不是同步一体化完成，不仅需要设置消能工和辅助消能工，而且会出现泄洪雾化影响运行，还浪费了宝贵的洪水能量资源。

如果泄洪消能和引水发电不能同时进行，那么泄洪时就需要设置专门的消能工和辅助消能工，同时，要想充分利用水资源，就需要加大坝高和库容多蓄水用以发电，发电时就需要专门设置引水道。这就造成了工程投资增加过多，这也落入了常规泄洪、发电引水的开发思路中。

另外，还有一种现有技术是将表孔溢流坝或表孔溢洪道的结构改建而成的泄洪发电结构，然而，这种泄洪发电消能水电站仅适用于将泄洪表孔溢流坝或泄洪表孔溢洪道改造而成，不适用采用泄洪隧洞发电消能的结构形式。

因此，寻求一种泄洪隧洞泄洪组合发电消能的一体化同步完成的结构形式，既省去了泄洪消能工和辅助消能工，又节省了工程投资，避免了泄洪雾化，也充分利用了洪水能量资源，是十分必要的。

发明内容

发明目的：提供一种基于泄洪隧洞的泄洪发电同步组合消能工，以解决现有技术的上述问题。

技术方案：一种基于泄洪隧洞的泄洪发电同步组合消能工，包括顺次布置的进水塔、地下主厂房、联络洞、设有变压器的主变压器室、竖井、尾水管、尾水支洞和无压尾水洞；

所述进水塔设有进水口，其通过有压水流隧洞将泄洪洞内的水引至地下主厂房中；所述地下主厂房中设有水轮发电机，水流通过水轮发电机发电并消能；其中，电流经联络洞、主变压器室和竖井引至地面升压变电站；水流通过尾水管、尾水支洞和无压尾水洞后注入下游河道。

所述地下主厂房设有通风交通洞。所述进水口处设有拦砂坎。

有益效果：本发明改变了传统泄洪弃水只能消能处理而不能发电的方式，通过将洞内泄洪水流能量转换为电能进行消能，提高了消能效率，将弃水能量转化成了绿色电能，弃水发电后的尾水流速已经很低，大大减小了下游水体表面旋滚，也大大降低下游气体过饱和度，洞内流态稳定，基本无雾化现象，能有效改善下游生态环境，可广泛应用于不同流量的洞内泄流。

附图说明

图1是本发明的侧视图。

图2是本发明的立体图。

图3是本发明另一视角的立体图。

图4是本发明的俯视图。

图5是本发明的透视图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明基于泄洪隧洞的泄洪发电同步组合消能工，主要包括顺次布置的进水塔、地下主厂房、联络洞、设有变压器的主变压器室、竖井、尾水管、尾水支洞和无压尾水洞。进水塔下方设置有进水口，并通过有压水流隧洞和引水支洞与地下主厂房内的水轮发电机连通。上述各结构的位置关系和连通关系如图所示，其位置关系可以根据实际情况进行调整。

进水塔2设有进水口1，其通过有压水流隧洞3和引水支洞4将泄洪洞内的水引至地下主厂房6中；地下主厂房中设有水轮发电机，水流通过水轮发电机发电并消能；其中，电流经联络洞8、主变压器室9和竖井13引至地面升压变电站；水流通过尾水管5、尾水支洞10和无压尾水洞11的尾水出口12注入下游河道，地下主厂房设有通风交通洞7。进水口处设有拦砂坎。

为了解决泄洪隧洞的泄洪消能成本大与泄洪弃水能量白白流失之间的矛盾，本发明针对现有泄洪隧洞泄洪水流需要消能，未能发电利用，造成高速水流能量流失的问题，提出了一种基于泄洪隧洞泄洪弃水能量利用的泄洪发电一体化同步组合消能工。

在保证不改变工程任务和规模，以及不影响泄洪隧洞泄洪功能的前提下，本发明将泄洪隧洞改作泄洪发电消能系统的引洪道，泄洪水流通过进水口、引洪道、压力管道等进入厂内装置的水轮发电机组进行发电并消能，发电电流从发电机输出端，经联络洞、主变压器洞、升压出线竖井，送入地面升压变电站，发电尾水流经尾水管、下游尾水支洞、无压尾水洞、尾水出口，注入下游河道，起到消能效果，避免雾化影响工程运行，实现的一体化同步完成的泄洪组合发电消能工，达到消能目，亦即泄洪开始，则发电、消能，泄洪停，则发电止。避免了泄洪洞弃水泄流时洞壁出现空化和空蚀现象，而且避免了隧洞出口和下游河床需要设置消能设施，还避免了泄洪消能雾化对工程正常运行的影响。   

本发明所述的隧洞泄洪弃水能量利用的泄洪发电一体化同步组合消能工是一种消能效果很好的、生态友好型的新型消能工，减小或避免了传统泄洪消能对河床和岸坡的淘刷与破坏，弱化或节省了消能工、辅助消能工以及河床、岸坡的加固处理，降低了工程投资。

本发明能够满足泄洪隧洞既定泄洪功能要求情况下，在洪水来临前腾空防洪库容期间或泄洪期间，利用泄洪弃水能量进行发电消能，实现泄洪发电消能一体化在泄洪期间同步完成，泄洪时则发电伴随消能，停泄时不发电不消能。泄洪隧洞泄洪时间较短，除了进水口需要设置拦沙坎之外，检修排沙一般安排在时间较长的停泄期间，如枯水期停泄检修排沙。

新建、在建和已建的泄洪隧洞可改建为地下式的泄洪发电一体化同步组合消能工，也可改建为地面式的泄洪发电组合消能工，对于深式泄水孔可改建为坝后式发电厂房进行消能，这将具有广阔的发展前景。

例如，对于混凝土面板堆石坝、土石坝等，将泄洪隧洞中段的弧形工作闸门处改建为地下发电厂房6（当然，也可根据具体情况改建为地面厂房），位于弧形工作闸门的上游隧洞改建为有压引水洞段3，下游隧洞改建为无压尾水洞段11，启闭机竖井改建为升压电缆出线竖井13，启闭机室改建为洞内式开关站；

再如，保留泄洪隧洞中的进水口、进水塔、有压水流隧洞段、弧形工作闸门段、下游无压隧洞段、消能出口、工作闸门启闭竖井、工作闸门启闭机洞室，依次分别将其改建或扩建为泄洪发电消能工中的进水口、取水塔、有压引水隧洞、主厂房、尾无压水隧洞、尾水出口、升压出线竖井13、洞内式升压开关站，新建引水支洞兼旁通洞、尾水管、通风交通洞、联络洞、主变洞，下游尾水支洞兼旁通洞等。

保留原有常规引水式引水发电系统，保留满足水电站工程任务要求而设置的各建筑物，可保证本泄洪隧洞泄洪弃水同步发电一体化的水电站并不影响工程各个建筑物仍然按照原来功能继续维持正常运行；

对于重力坝、拱坝深式泄水孔，利用泄洪弃水能量的发电厂房适宜于采取地面式厂房，布置在改建后的坝体深式泄水孔之后的地面上。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。