新一代低压汽轮机的论证

当今社会，汽轮机仍是火电厂不可或缺的动力机械。水在特制的锅炉里被加热，变成超高压水蒸汽，来吹动汽轮机的叶轮，输出动力。蒸汽从另一边排出后，要经过冷却塔冷却成水，回流锅炉，或是抽出一部分蒸汽，用来供热。为了节能减排，提高火力发电的效率，现在都装备超临界的火电机组，蒸汽压力都达到200多公斤，非常可怕，各方面技术要求就更高了，我们国家正在研发1000M瓦的超临界火电机组。投入之高，可想而知。

虽然汽轮机在其漫长的发展过程中，不断地革新，不断地完善还是改变不了火力发电效率低下的弱点，并且制造工艺也越来越麻烦。

为了改变以上汽轮机的一些弊端，我们进行了大胆的创新，首先我们改变了现在汽轮机，用超高压蒸汽直接吹动叶轮旋转，获得动力的这种传统的做法，因为气体的密度很小，它吹到汽轮机的叶轮上后，马上就散开了，所以获得的动力毕竟有限，况且汽轮机的叶轮，受材料和加工工艺的影响做不大，要想增加动力输出，就只能增加蒸汽的压力，使之达到超临界，或是超超临界。

而我们的设计就可以改变这一现状，首先我们以完全不同的方式重新设计了汽轮机的叶轮，确切的说它不能叫叶轮了，它是这种新的低压汽轮机的转子了，它可以做的很大很大，几十米、上百米都可以，转子的顶部周围要以偶数的形式均匀的排列安装流线型的腔体，4个、6个、8个、10个都可以，当然越多越好，和内燃机一样，分4缸、6缸、8缸，缸数越多，转动的时候越稳定越有劲。上下相对的腔体要有相对应的管路连通，里面安装有特制的气囊，每一组相对的腔体的其中一只腔体，装有水或其他流体的物质，水银最好，因为水银是流动的金属，它的比重是水的13.6倍。

我们曾经做过一个实验，如果我们坐在一个气囊上，我们自己用嘴往气囊里吹气，就可以自己把自己顶起来，根本不需要压缩气体，所以说，众所周知，人的心脏是由一个空心的球状肌肉团组成的一套复杂的器官，它在人的胸腔里不停地收缩与用压缩气体加压特制的气囊来挤压流体物质，使其瞬间发生位置改变，从低处转移到高处，很容易就可以做到，这是一种基于仿生学原理的设计，就好像人的心脏一样，用心脏的收缩与舒张，来泵压血液，舒张来促使血液在动脉和静脉里流动。心脏秀外慧中的灵巧艺术结构，使它工作时耗能极少，由于神经传导的精密调控，各部位协调同步，心脏的收缩与舒张，犹如行云流水，和谐柔美，因而在完成同样工作量的情况下，比任何人造的机器耗能都要少。

新一代低压汽轮机就是根据这个原理设计的，我们首先给低压汽轮机底部腔体里的特制的仿生学气囊充气，使水或水银受到挤压高速转移到顶部的腔体中，此时重心逆变，顶部的腔体携带巨大的势能从高处下落，就可以不停的旋转，再借助杠杆力就可以获得巨大的动力，这是一种切实可行的办法，大家都知道杠杆的力量是巨大的，阿基米德曾经说过，给他一只足够长的杠杆，和一个支点，他就能把地球撬起来，这足以说明杠杆的力量是巨大的。

如果我们设计的转子直径是100米，安装有16个腔体，有8个腔体注满水，每个腔体的容量是0.5立方，也就是1000斤水，8个腔体就是8000斤，低压汽轮机工作的时候，用一整套精密的供气系统，和内燃机供油一样，依次给装满水的腔体里的特制的仿生学气囊充气，使之瞬间膨胀，把水挤压到上面的腔体中，此时下面的腔体是1立方10公斤的压缩空气，上面的腔体是1000斤水，重心逆变，1000斤水从90米的高处，携带巨大的势能，以100米的中心为旋转点，高速下落，以50米长的杠杆力来旋转扭动低速发电机，此时随着第一组腔体的下落，第2组、第3组、第4组到第8组被依次充气、下落做功，当直径100米的转子正常转动的时候，差不多就是用8000斤的力，用50米的杠杆来旋转扭动低速发电机，或是增速箱，如果把国家建造核电的投资和工艺应用到低压汽轮机上，把【水】换成【水银】就是用108800斤的力，用50米的杠杆来旋转扭动低速发电机，动力巨大无可匹敌，装满水的腔体落下的时侯，在一个合适的角度，也就是势能做功要终止的时候，再充气、做功下落，与此同时，上面腔体里的气囊里的1立方10公斤的压缩气体，并没有发生质变，压力也没有减少，因为气囊是密闭的，所以就可以循环到下一台80米的低压汽轮机中，这一台做功后，再循环到下一台60米，再循环到下一台40米，使输入的压缩空气得以循环利用，输出动力成倍增加。当然，循环的过程没有说的这么简单，要有一套精密的控制系统，来保证它循环做功，这一点和现在的汽轮机差不多，高压蒸汽吹动叶轮的时候，也是从小叶轮到大叶轮循环做功的，以求获得更多的推力。只不过我们设计的更节能更完美，为了减少空气的阻力，低压汽轮机是封装成一个整体的，就像内燃机的大飞轮，大大减少了空气的阻力。

这种低压的汽轮机的设计，打破了所有动力机械的范畴，它是流体力学、气压力学、杠杆力学、势能力学完美的结合体，并且正因为其独特的设计，才使【能量循环做功】这一关键技术得以突破，使它的效率远远高于现在的电动机、内燃机、高压汽轮机等。从而使我们设计的新一代低压汽轮机在世界上属于首创，知识产权属于中国。它可以应用于现在社会的很多方面，下面逐一论证。

第一：利用新一代低压汽轮机技术，可以开发出一种新的火力发电模式。

首先，我们把低压汽轮机里面特制的仿生学气囊，更换成耐高温的材料，就好像我们平时用的高压锅的密封圈。那我们研发的低压汽轮机就可以直接输入高压蒸汽，来旋转做功发电，由于我们设计的低压汽轮机所需要的压力很低，只需要20公斤到30公斤就可以，所以用煤加热锅炉里的水使它变成蒸汽的时间，大大缩短。

这种新的火力发电模式还有另一种办法可以应用，也十分节能。就是把高压蒸汽转变成压缩气体，直接供给低压汽轮机使用，这样一来，低压汽轮机里面的特制气囊，就不需要更换耐高温的了，普通的就可以了。首先我们准备4个大型的特制的压缩空气储气罐，由于其内部特殊的设计，就可以使高压蒸汽变成压缩气体，直接供给低压汽轮机使用,用来循环发电。另外我们还可以就近建造大型的储气井，在晚上12点以后，用电低峰的时候把压缩空气存起来，到白天高峰的时候放出来发电，这就是全世界都在搞的储能电站，以此来解决能源紧缺的问题。

这种模式的火力发电系统，是能源再循环利用的一大典范，并且高效节能。它在以后的垃圾焚烧发电、秸秆焚烧发电、余热发电、余压发电、太阳能热发电，都将被广泛应用。

第二： 我们研发的这种低压的汽轮机还可以用于大规模的压缩空气储能循环发电技术。 地球能源的开发和利用，仍属当今世界的重大课题，在不断开发新能源的同时，如何更有效的利用现有能源，其中包括节能、储能技术的开发，更为世人关注，尤其是储能技术的开发，已成为一项迫切的工程，因为随着社会的高速发展，使现在的用电量极不均衡，夜间与白天负荷之比几乎达到1：100以上，而担负基荷的火电，尤其是核电很难在夜间低谷负荷期间停机灭炉，即使白天高峰负荷期间，用于调峰的中间机组也很是有限，这就迫使国际社会不遗余力地研究开发储能技术。

伴随我国新能源产业的迅速发展，储能技术及其产业的发展也日渐成为各方关注的重点。当下多种储能方式，谁能解决并网发电这一新能源产业的最大桎槁，打通供需两端，谁就是最大的赢家。国内首个专题讨论适合中国的大规模储能技术会议【2010-可再生能源发电、储能系统与智能电网产业论坛】在上海召开了。重点探讨风电、太阳能光伏的大规模储能与并网技术。国家电网公司曾明确指出，储能技术是提高新能源发电技术，发展中国智能电网的关键所在。也是解决风电、太阳能光伏发电更好的并网的关键技术，促进电力、储能、电网深入合作。国电动力经济研究中心副主任胡兆光表示：可再生能源并网问题以及蓄电池问题，一直是让国家电网公司头痛的问题，他说目前最需要解决的问题是，如何在最短的时间内开发出切实可行的大规模储能技术，使可再生能源安全的并入网络。现在中国的比亚迪公司、北京的普能公司，都在搞蓄电池储能，容量做不大，成本高。保定英利集团在搞飞轮储能，也是小容量的。国家电网公司在搞抽水储能，截至2005年年底，全国抽水蓄能电站投产规模已达到624.5万千瓦，约占全国总发电装机容量的1.2%。目前在建的抽水蓄能电站12座，在建规模1250万千瓦。国家电网公司规划2020年公司经营区域内抽水蓄能规模将达到2692万千瓦。抽水储能技术，是指在电力负荷低谷期，将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高峰期释放上池水库中的水，来发电。抽水储能的释放时间，可以从几个小时到几天，综合效率在70%～85%之间。天荒坪抽水蓄能发电站，就是一座地处浙江安吉的，大型抽水蓄能发电站，电站总装机容量180万千瓦，年发电量31.6亿千瓦时，工程总投资73.77亿人民币，经过八年奋战才终于建成投产。电站雄伟壮观，为世界第二、亚洲第一，堪称世纪之作。电站上、下水库落差607米，上水库位于海拔千米的天荒坪之巅，蓄水之后，碧波荡漾，湖面面积达28公顷，是一个昼夜水位高低变幅达29米多的动态湖泊。抽水蓄能发电站看起来似乎有点笨拙，这总比不能储存电力要好得多了。以上种种说明，储能发电技术在现在社会的重要性。

美国大众机械杂志曾经预测，2009年可能出现的十大科技概念【压缩空气储藏能量技术】榜上有名，2010年是压缩空气蓄能的发展之年。而我们的大功率低压汽轮机的大规模压缩空气储能技术，正好顺应了时代的潮流，并且无可比拟。国外已有容量高达百MW级压缩空气储能电站在建或投运，不过他们设计的压缩空气只是辅助燃气轮机发电，效率低下，因为他们没有我们设计的大功率低压汽轮机系统，国家有关部门也在建议国内着手研制小容量MW级压缩空气储能电站，如果把中国所有的报废矿井、过期油气井、山洞都充分利用起来，在电网负荷低谷期，将电能用于压缩空气存储，在电网负荷高峰期释放压缩空气，供给低压汽轮机循环发电，要节约多少煤多发多少电啊。当然也可以做为分布式能源系统、微电网系统、独立电源系统，以量身定做的方式为各式用户供电，来减少电网远距离输送的成本和损耗，更灵活、更机动供给用户稳定的、高质量的电能。再往远一点说，国家正在着手建造智能电网系统，国家电网曾明确指出，智能电网的建设规划，2011年至2015年智能电网将大规模实施，2016年至2020年实现整体的完善和提升。而储能技术是构造智能电网的重要环节。

我国当前电网运营面临着最高用电负荷持续增加，间歇能源接入占比扩大 ，调峰手段有限等诸多挑战，而优质、自愈、安全、清洁、经济、互动是我国智能电网的设定目标，储能技术，尤其是大规模储能技术具备的诸多特性得以在发电、输电、配电、用电四大环节得到广泛应用，可以说储能环节是构建智能电网实现目标不可或缺的关键环节。

智能电网究竟是怎么回事呢，说白了就是在用电多的时候多供电，不用电的时候不 供电，并且还能把多余的电储存起来，到用电高峰的时候再释放出来。所以必须要用到大规模储能系统，而我们研制开发的大容量压缩空气储能和大功率低压汽轮机循环发电系统正是构造智能电网的最好的基础。

把大容量压缩空气储能和大功率低压汽轮机循环发电系统，加入到智能电网以后，就可以平衡功率、削峰填谷，提高电网互动性、减少峰谷差，提高设备利用率，提高电网安全可靠性和电能质量。

大容量储能还可提高能源利用效率，为国家节约巨额资金。为应对城市尖峰负荷，电力系统每年都要新增大量投资用于电网和电源后备容量建设，但利用率非常低。而同样是为了应对尖峰负荷，转而采用大容量储能技术，不仅使资金大大减少，而且由于储能设施占地少、无排放、节地、节能、减排的效果是其它调峰措施无法比拟的。

2008年波及全球的金融危机后，人们忽然认识到：很多传统的行业，已趋于饱和，未来全球新的经济增长点就是能源行业，【能源热】席卷全球。在这国际、国内都种种利好的大环境下，大容量压缩空气储能和低压汽轮机机循环发电系统以后的市场无可限量。

第三：新一代低压气轮机系统，还可以用于油田采油机，大大的减低成本节约能源。

现在的油田抽油机以游梁式磕头抽油机应用最为普遍，数量也最多，由于油田采油机生产使用的抽油机的电机负荷是带有冲击性的变化负荷，特别是稠油和高凝结构井，这种情况更为严重，故为了使拖动抽油机的电机稳定运行，并且有一定的过载能力，需按抽油机的最大功率来配套电动机，一般是20千W到30千W，电动机再经过一套变速箱带动一整套的机械系统把油抽出来，每一个井口都要安装这样一套游梁式磕头抽油机设备，井口与进口之间都要配套安全可靠的电网供电系统，如果井口与井口之间距离比较远，电网对电流的阻碍作用是很大的，无形中对能源造成了很大的浪费。并且为了保证电机在 过载的情况下能自动断电保护，还要设计安装，围绕电动机的一整套的保护系统，非常繁琐复杂昂贵。传统的磕头抽油机还普遍存在着起动冲击大，运行耗电多，大马拉小车效率低下，等诸多问题，加之油井情况复杂稠油、结蜡、沙卡现象较多，断杆、烧电机等现象经常发生，设备维修量大，为此急需对现有的抽油机设备进行更新换代。

如果用上新一代低压气轮机系统来替代磕头式抽油机，就可以克服以上所谈的油田抽油机的种种弊端，还十分节能.

油田用上低压气轮机后，就不需要井口与井口之间配套电网供电系统了，就不会造成无形的浪费。只需选一个中心区域配套大功率螺杆压缩机向周边的井口辐射供气管道就可以。并且，如果条件允许的话，还可以安装风力压缩空气系统，供给低压气轮机用，这样借助风力，就根本不耗费能源了。这种新模式的油田抽油系统，还特别适合于海上的采油井，因为海上远离大陆，铺设电网系统，更是费时费力，投资巨大，如果就近安装风力压缩空气系统，然后把压缩空气用储气罐存储、缓冲，再供给低压汽轮机，把油抽上来。这种海上采油的新模式，不但节约了能源，还省去了昂贵的架设电网的费用，一举两得。所以，我们用低压汽轮机开发的这种新模式的油田抽油机系统，不管是用到海上采油，还是陆地采油，都比以往的磕头式抽油机，有着无可比拟的优势，并且运行起来节能、安全、方便、耐用。第一台抽油机做功后，把压缩气体再循环到下一个井口上的抽油机，看情况可以循环3到4台，每个井口至少可以节省10个千瓦。

目前全世界都在搞节能减排，减少碳排放量，以解决地球日趋变暖的恶性效应，全世界气候大会在哥本哈根举行，就是为了磋商各个国家再进一步降低二氧化碳的排放量，来缓解地球日益严重的气候问题。而用低压气轮机驱动的油田抽油机正是一种节能、低碳、减排的好项目。

市场方面更是大有可为，全国约有20个油田大约占地200万平方公里，油田里分布着数以万计的油井，如果都更新成气动液力油田抽油机，那市场有多大，就可想而知了，如果再做到全世界，更是不敢想象，如果说到社会效益更是有目共睹，平均每口井最低节约10千W那么这口井一天24小时就是240度电，一年就是87600度电，每一度电要用366克煤，一年就可以节省32.0616吨煤，现在国家每节约一吨煤，补贴200元，一个井口国家一年光补贴就是6400元，还有一般一吨煤估计排放二氧化碳为2.66-2.72吨一年就可以减排80多吨二氧化碳，外加少量的其它元素。二氧化碳国家也有补贴，这只是一口井，如果再乘以几万口井，哪能节约多少煤、节约多少电、减排多少二氧化碳呢?

所以，通过以上种种有利于地球的因素，说明巨大的市场需求，国家一定会大力支持此项目的发展，使之造福地球造福人类。

第四：利用新一代低压汽轮机技术，还可以开发出一种新的风力发电模式，【风力、低压汽轮机互补式储能循环发电系统】。

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。

我们中国的风能储量很大，分布面广，仅陆地上的风能储量就有2,53亿千瓦。2006年以来，中国的并网风电得到迅速发展，国内风电建设的热潮达到了白热化的程度。据统计我国已进入再生能源大国的行列，位居世界第五。

中国新能源战略，开始把大力发展风力发电，设为重点。按照国家规划，未来15年，全国风力发电装机总量将达到2000万至3000万千瓦，未来风电市场将高达1400亿至2100亿，所以中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，在未来很长一段时间都将保持高速发展，因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。于是在这种大环境下，谁能拓展风能技术应用的新领域，谁能掌握风电的前沿技术，就可以夺得风电市场这块大蛋糕，现在就有这种技术。【风力、低压汽轮机互补式储能循环发电系统】。

一直以来，风力发电还是老模式，没有什么根本的改变和发展，效率低下、人力不可控、单台功率做不大、还具有不稳定性、不连续性、容易对电网造成冲击，影响安全、稳定的供电等缺陷。

为了克服现在风力发电的缺点，我们经过攻关和努力，终于研制开发出一种新形式的风力发电系统，【风力、低压汽轮机互补式储能循环发电系统】。这是一种全新的风力发电模式，比传统的风力发电效率大大提高，并且还容易控制。

【风力、低压汽轮机互补式储能循环发电系统】是这样工作的，它首先得益于以上我们论证过的低压汽轮机技术。它是风力机和低压汽轮机完美组合而成的，一种新的风力发电模式。

简单的举个例子，现在有一片风电厂和一个太阳能光伏发电厂，它们距离电网很远，要并网很麻烦，首先它们要建造变电站，把电压升高，再架设电线，远距离高压输送进电网，由于风力发电、光伏发电都具有不稳定性、不连续性，就很容易对电网造成冲击，影响安全、稳定的供电。所以风电并网相当麻烦。

2010国际风能技术与投资高峰论坛在南京举行，200多名政府官员、专家学者和企业高管齐聚一堂。与会人员认为，中国风电产业目前存在几个主要短板，不设法解决将难以为继。

据调查，有20%到30%的风机存在闲置或空转的现象，风电上网成为现在风电产业链中比较突出的一个短板。国家电网能源研究所的尹明说，风电有它的特性，有风就发电、没风不发电，风大发大、风小发小，怎样蓄能、怎样保证稳定性?火电、水电、风电怎样打捆外送，这都是亟待解决的技术问题，现在还没有成熟的方案。酒泉风电基地是我国第一个千万千瓦级风电基地，可是产出的风电那里消纳不了，要输电。从酒泉到兰州正在搭高压线路，兰州同样消纳不了，如果学西气东送搭线到上海，光电线就要9个多亿。周凤起说，酒泉基地的这个问题具有普遍性。目前我国的风电基地主要集中在甘肃、新疆、河北、吉林、内蒙古、江苏，除了江苏地处东部用电负荷中心外，大多数地区根本不能消纳所产的风电，我国不可能走欧洲“分散上网，就地消纳”的路子，只能是“大规模、高集中、高电压、远距离输送”。输送不是问题，只要你舍得花钱，风电想送到哪里都能办到，问题是为此付出的经济成本太大。周凤起认为，中国风能资源与电力负荷分布不匹配，需要大规模的非并网风电系统和储能系统，高耗电产业应布局在风能资源丰富区域，如年产10万吨的电解铝项目，可建一个50万千瓦的风电场供电。从以上举例中可以看出，风力发电和太阳能发电的并网输送问题，一直还没有成熟的技术。

现在利用【风力、低压气轮机互补式储能循环发电技术】，再并网或者给高耗能企业独立供电就好办多了。首先把风电厂里的风机所驱动的发电机，都换成大型螺杆压缩机，不换也可以，用发的电驱动压缩机，光伏发电厂也用发的电，驱动压缩机，然后把压缩空气汇总于一根主管道，输送到靠近电网的地方，或者是就近的一些高耗能企业，建造气源站，大家都知道输送压缩空气要比输送电力省事，还大大的降低了成本和损耗。气源站要有多大容量呢?低压汽轮机要做多大功率的呢?这都要根据风电厂和光伏电厂能压缩多少压缩空气来定，气源站在供给低压汽轮机压缩空气的同时，要设计出足够的余量来保证，在没有风、没有太阳的时候，低压汽轮机仍旧能够匀速旋转，驱动发电机发电并网，或者直接供给企业使用。

如果气源站所储存的压缩空气是10个大气压，就可以设计80米高的低压气轮机，第1台做功后再循环到第2台60米，第2台做功后再循环到第3台40米，这样循环几次后，风力发电的效率至少提高一倍。

在我们举的这个例子中，风电厂和光伏电厂在运用了我们设计的【风力、低压汽轮机互补式储能循环发电技术】以后，效率大大提高，并且所发的电能还很稳定的并入电网，也不会对电网形成冲击了，以后风力发电、光伏发电都以这种模式构建的话，它的应用层面就很广了，它可以作为一个独立的电源系统，给一个村落、一个工厂供电，就不需要并入电网了，其实这种模式的发电系统，就是一个小容量的压缩空气蓄能电站。这是一项新技术，全世界绝无仅有，谁先掌握，谁就是风力发电行业的龙头老大。

通过以上种种说明，我们研发的低压汽轮机项目比以往的动力机械，有着无可比拟的优势，它的研发成功,必将开创一个新的动力机械时代。原来一些陈旧的的技术必将被慢慢取代。我们已经申请专利，从小到大做了三台样品，进行了初试，各个方面都很成功，只是项目过于庞大，想找一个好的平台，携手共同开发，以期尽快推向市场，造福社会。