水浮力发电技术和应用的制作方法
背景技术：
：目前水力发电，不管是内河水电站还是潮汐发电站，都是靠水的流动势能发电，利用水的浮力能发电不曾见有报道。
技术实现要素：
：海洋潮汐是一种自然现象，漂浮物体在潮起潮落的时间里升起、降落，这种升、降相对固定不动物海岸、岛礁、木桩等等来说就是运动的，是水浮力能量的具体体现。有了这种认识，就产生了水浮力发电的设想，并设计了水浮力发电的运行方式：水涨上行浮力发电，水退下行重力发电。要获取水的浮力，就必须有水浮力获得装置，如大船或浮动平台。要利用它，就必须有能量转换的条件，如带桩柱性质的固定设施和厂房。除潮汐涨退可用于水浮力发电之外，还有人为抽水蓄能发电站，河流蓄水发电站都是有条件设立水浮力发电站的。它和现有水力发电运行方式可共用同一个资源，但又不相争，各利用资源的特性不同，只是多了一种发电方式。利用水的浮力发电，提出了一个新课题、创立开发利用水的另一种能量资源浮力发电，是一种新的水发电理念。水浮力发电技术可分实时水浮力发电技术和水浮力蓄能发电技术两种。实时水浮力发电技术：即水位涨、退中同时工作发电。先讲实时水浮力发电技术并例举。
具体实施方式：做一个实验，先准备规格150X10X8公分的扁形木桩一根，有轴的小齿轮2个，链条一条，取边长1米、厚度10公分的方形木板一块，木板中央有一个10X10X10公分的空洞，铁钉2颗。
实验实施步骤：1、取木桩10公分一面，在桩高一半的地方和上端各打一个小圆孔。将小齿轮轴插进小圆孔，上下各一个齿轮。要求连轴转动(如图1示)。2、链条套在两个齿轮上形成一条链环。3、将木桩打进海里，下端齿轮进入水中约20公分以上(如图2示)。4、将木板中央空洞套进木桩，浮在水面上，选链环左边的链条与木板用钉子钉牢固定，准备工作就绪。
海潮上涨时木板上浮，拉动左环链条上行，带动齿轮转动(如图3示)。退潮则反方向运行，木板重量下沉，反方向拉动左环链条，同样把木桩上的齿轮带转(如图4示)，实验到此为止。通过实验告诉我们，木桩上的齿轮转动了，转动了的齿轮就可通过其它动力传动装置传给别的机械做功。也就证明潮汐涨退的水浮力动能是可用此方法去获得，去转换利用发电的，动能的大小就靠浮动物体的浮力大小来决定。
潮汐的涨退速度很慢，但它可获取的浮力非常巨大，我们把实验中的木板做成一个长100mX宽100mX高3m的密封浮动平台(100X100X3＝30000立方米)。它的体积是3万立方米，平台中央有一个10mX10mx3m＝300立方米的空洞，是为固定浮动平台不转动，不漂移和安装变速器、发电机能量转换预留的桩柱空间。试验中的木桩，这里已是混凝土桩柱，柱高等于：基础+最高潮位+平台高度+风浪等安全系数高度。基础和桩柱必须做得够大、够牢、够重量，不然万吨浮力将它拔起就坏事了。这混凝土桩柱上下端安装齿轮各一个，下齿轮可转动，上齿轮要连轴一起转动。套在两个齿轮上的链条形成一个环状。浮动平台套装在混凝土桩柱上，并与链环一边的一条链条连结牢，漂浮在海面可上下浮动，上浮不顶碰上齿轮，下落不撞击下齿轮。这桩柱顶端是厂房，能量转换的地方，上齿轮、换档装置、变速装置、飞轮、发电机一一连接安装在此。设计浮动平台自身重量应有万吨重，吃水深度约1m，浮出水面约2m，极限载重浮力约是2万吨。取再吃水深度0.3-1.5m，即载重约0.3万吨到1.5万吨的浮力，为发电所需动力的最小值和最大值的设计范围。详细说就是潮水上涨开始，控制浮动平台不跟随上升，那浮动平台的吃水线就会加深，它的载重工作浮力也会加大，从本身吃水深度的1米增加到1.1米、1.2米、1.3米直至2.5米，载重工作浮力也从1米等于0吨、1.1米等于0.1万吨、1.2米等于0.2万吨、1.3米等于0.3万吨直至2.5米等于1.5万吨为设计最大载重工作浮力数值。而实际是控制浮动平台上升，到载重工作浮力符合发电机工作所需动力数值时，停止控制，开机发电。这时就如机械时钟的发条上了弦在运行，摆砣是机械时钟的限速计时零件，摆动游丝是闹钟的限速计时零件，它们都有防止发条“噌”的一下子回复原松弛无力状态的作用，它们的工作原理可借用在变速器上，并把摆砣换名为限飙闸卡，它兼有开机、停机功能，使浮动平台运行时，就不会一下子将已蓄备的工作浮力“噌”的一声释放掉，而是以浮动平台包含蓄有的载重工作浮力跟随潮涨速度上升，拉动链条上行、带转齿轮，连动变速器并通过限飙闸卡和变速达到发电转速时与飞轮、发电机连接并工作发电，达到涨潮能量转换的目的。退潮则是靠浮动平台自身的重量，紧跟潮水下退速度拉动链条向下运行带转齿轮，为了不改变其它机器的运行方向，可在上齿轮与变速器之间加一个进退换档设备，通过换档使其它机器仍保持其原运行方向不变，达到发电的目的。
通过小实验和潮汐涨退水浮力发电过程得知，潮汐涨退水浮力发电工作原理是：1涨潮，浮动平台获得载重工作浮力后，由涨潮浮力推动浮动平台含载重工作浮力同步上升，拉动链条上行，带动齿轮转动，连接变速器，并通过变速器内的限飙闸卡后，变速达到发电转速才与飞轮、发电机连接并工作发电。2退潮，是浮动平台自身的重量跟随潮水退落下行，拉动链条带转齿轮，通过换档变反转为正转，使机器按潮涨时运行方向前行，经过变速达到发电转速才与飞轮，发电机连接并工作发电。
水浮力发电技术在抽水蓄能发电站上的应用：目前抽水蓄能电站，基本都是把低处水抽 到高处蓄存起来，到用电高峰时再用抽上来的水发电。抽上来的水也只能发电一次。如增加涨退水浮力发电技术就可多发电2次，连同它原设计1次发电，就形成一次抽水有3次发电的机会。水浮力发电和抽水蓄能发电可同用一资源，但又不相争。各利用水的性质特点不同，发电的方式也不一样，一个利用水的流动势能，一个利用水的浮力动能，使同一资源一次发电为多次发电。提高了水资源的利用效益。
设例举：现有一个库容面积约1平方公里的抽水蓄能发电站，它最高水位落差是70米，最低水位落差是50米，盛水深度是20米，抽水注入量是每秒20立方米。根据这些条件，在抽水注入口处划一块150米X150米的面积用于做涨落水浮力发电站。最好选三面环山，一面开口的地形设立，这样可节省基建费用。只要在开口一面设一条拦水坝分开，坝外是大容量蓄水水库，坝内是小容量小水库，坝高要超过最高水位线。分设小水库目的是让抽上来的水在小水库内快速上涨，以达到水浮力发电的最佳运行目的，浮动平台的大小应根据具体情况去选择，这里选用100mx100mX3m的浮动平台。小水库库容是150X150X(70-50)＝450000立方米，每小时抽水注入量是20X60X60＝72000立方米。抽水注满小水库需要的时间：450000÷72000≈6小时，浮动平台在小水库内每小时的升高速度也是水位上涨的速度：20÷6≈3m，这与潮汐涨退约1米的速度相比就快得多了，相对用于变速器转换成快转速的能量消耗就会少很多。如涨潮每小时以1米的速度在上涨，浮动平台用万吨载重工作浮力同以1米涨速上升去推动变速器转动变速，除去变速器变速的能量消耗，最后用于发电工作的浮力动能只有3000吨的话，用同等规格的浮动平台，一样取万吨载重工作浮力用于抽水蓄能发电站上，以每小时3米的涨速去工作，除去变速器的变速能量消耗，最后用于发电的浮力动能就不会少于7000吨。
抽水注入小水库到最高水位后，上升水浮力发电结束，开始排水到大容量水库中，此时小水库水位下降，浮动平台跟随降落，因设计时浮动平台自身重量就有万吨，所以它的下拉力量就有万吨，只不过是反方向带动齿轮运行，在与变速器连接前通过换档装置，后面的机器就可顺原方向运行，通过变速器变速再与飞轮、发电机连接并工作发电，直到水排干或与大水库水位持平，发电工作结束。水位下行，排水量要求与注入量相等，才符合各种机器运行设计条件。小水库抽满水，下行发电工作开始，但抽水注入工作还不能结束时，设计建造小水库时就应考虑同时建立两个同样的小水库，一个注水上浮发电，一个排水下行发电。小水库排水进入大水库，水浮力下行发电的过程中，同时还可增设另一种“潜水发电”技术(注A)，这样一次抽水蓄能发电就多了3次发电的机会，加上原设计发电1次，共有4次发电的机会。
水浮力蓄能发电技术：即利用机械时钟发条蓄能和回转运行释放蓄能的工作原理，把每 次上涨和退下的水浮力能量通过一条大发条积聚起来，再通过释放能量的方式去工作发电。它的最大好处就是：适应潮汐涨退潮位低的广大海域和能聚集涨涨停停不规则的涨退潮汐能发电。
水浮力蓄能工作原理：潮汐上涨，浮动平台和链条上行带动齿轮，齿轮带转大发条转轴旋转，扭紧发条积聚动能，退潮，浮动平台、链条下行带转齿轮，经换档后才与发条转轴连接，保持发条原转动方向运行扭紧发条、积聚动能至满弦。水浮力蓄能发电工作原理：利用发条回复原状态释放能量的特性，带转变速器，变速达到发电转速时才与飞轮、发电机连接并发电。
涨退水浮力发电技术是一种新的发电方式，它和其它水力发电方式一样，非常环保。可用此技术开发的潜能巨大。由于涨退潮汐的不规则性，使人们安排发电工作时间上缺少主动性。潮汐涨退速度又极慢，发电又需快转速，在解决这个矛盾时，变速器就会消耗很多的能量，这也是水浮力发电技术在潮水涨退应用上的短板。涨退水浮力蓄能发电技术、因受蓄能发条制约，造大容量的水浮力蓄能发电站会有些困难。
附图说明：
图1是示意图：1木桩；2上齿轮；3下齿轮。
图2是示意图：1海底；2木桩；3下齿轮；4水位线；5链条；6上齿轮。
图3是水涨机械运行示意图：1海底；2桩柱；3下齿轮；4海面；5木板；6链条、木板连接钉牢；7环形链左边链条；8环形链右边链条；9上齿轮；10涨潮、木板、环形链左边链条上升运行方向；11上齿轮涨潮运行方向；12环形链右边链条涨潮时运行方向。
图4是水退机械运行示意图：1海底；2桩柱；3下齿轮；4海面；5木板；6链条、木板连接钉牢；7环形链左边链条；8环形链右边链条；9上齿轮；10退潮、木板、环形链左边链条下降运行方向；11上齿轮退潮运行方向；12环形链右边链条退潮时运行方向。
注A：潜水发电技术已另文申请专利。