摘要：介绍了一项新型电站能源装备技术---水气浮力发电技术，是利用压缩空气、管道天然气等压力气体做动力驱动水气浮轮机发电的新技术，与分布式能源技术结合形成环保无污染的节能、蓄能发电模式。本文详细地描述了水气浮力发电机的工作原理和特点；通过水气浮力发电机应用工程组成管道天然气或压缩空气蓄能-水气浮力发电联供系统的先进性分析，说明水气浮力发电技术产品竞争力及开发应用前景。

关键词：压缩空气蓄能；管道天然气；水气浮力发电；可再生能源；分布式能源技术

为了提高能源利用效率，山西冠方环保科技有限公司依托水气浮力发电机发明专利核心技术优势，在现有成果水气浮轮动力机原理样机的基础上，开发水气浮力发电技术，解决管道天然气或压缩空气储能工程技术领域用水气浮轮机代替燃气轮机高效经济发电的关键技术，形成压缩空气蓄能或管道天然气-水气浮力发电联供系统；实现高效节能，低污染发电系统的研发与产业化目标，探索建立可再生能源经济模式。在国家中长期科学和技术发展规划纲要政策和可持续发展能源体系的框架内，提出了“水气浮力发电技术研究与示范”研究课题，自主对水气浮力发电机设计及制造技术进行研发，重点突破大型水气浮力发电总体设计技术、控制系统等核心部件及制造技术。

水气浮力发电的工作原理和特点

水气浮力发电机是压缩空气、管道天然气等压力气体做动力的发电设备，该设备应用于压缩空气蓄能或管道天然气发电节能工程，代替现有的燃气轮机工作，不燃烧任何燃料，直接排入大气的是空气，或进行天然气回收、管道减压，没有污染，是环保理想又节能的发电设备。

工作原理：水气浮力发电是以高压气流为动力能源，水为环境介质，高压气流进入气压旋转分股阀流往浮漂，当浮漂排水量大于本身重量时产生浮力，浮漂杠杆使浮力扭矩大于气压旋转分股阀的阻力时产生可旋动的水气浮力。根据阿基米德浮力与杠杆以及帕斯卡尔静压压力传递的原理，由于气压大于静水势压，气压从水中喷出，水气浮力使浮漂转到上部，而无气压的下部浮漂又继续上升，使主轴受到的浮力大于分股阀受到的摩擦阻力产生旋动的水气浮力使主轴旋转做功，把气能转化为机械能。气量越大，浮漂杠杆越长，水气浮轮机的输出功率就越大。

特点：水气浮轮机结构原理与蒸汽机、内燃机、气轮机比较，具有明显的优点，一问世就显示出它强大的生命力。改变了以往蒸汽机、内燃机、气轮机靠燃烧气动压力做功方式，由于引入气压旋控分股阀与浮漂杠杆传动机构，它已完全具备动力机的基本效能，使得发电不需要燃烧，只需要静水和高压气流，只是气压改变而气量不变。

蒸汽机是把燃料的内能转化为水蒸汽的内能，再由水蒸汽膨胀做功，把内能转化为机械能。内燃机是利用燃料在气缸内燃烧产生的热能，通过气体受热膨胀推动活塞移动，再经过连杆传递到曲轴使其旋转做功。水气浮轮机是利用水与空气密度差814倍的性质，由气压旋转分股阀使水气分开产生旋动的水气浮力驱动浮漂杠杆旋转做功。

水气浮力发电技术应用及其先进性

1管道天然气-水气浮力发电联供系统

水气浮力发电机技术应用在管道天然气工程技术领域，采用工质被封闭循环使用的闭式循环水气浮力发电机，利用自来天然气管网的气体压力，直接安装在天然气储气站或油田井口输气管线上作为动力源，利用气体管道中以过剩压力形式存在的势能驱动密闭多级串联的水气浮轮机发电。相当于一种气动减压器发电机，管道天然气先经过水气浮力轮机工作发电后，由高压气变为低压气，回收的天然气也可进入燃气轮机，水气浮轮机-燃气联合循环装置能达到节约能源及更高的效率，有助于解决节能问题。

2压缩空气蓄能-水气浮力发电联供系统

水气浮力发电机技术应用在压缩空气蓄能工程技术领域，采用普通开式水气浮力发电机，利用压缩空气蓄能系统与风力发电装置结合互联供电是一种最新的供电模式，在日本、德国和美国已有成熟的发电运行经验；如德国莱茵-威斯特伐利亚电厂、美国衣阿华州，已有风力-压缩空气蓄能电站示范工程付诸实施。压缩空气蓄能电站利用风电机组所发电力驱动压气机压缩空气并存入储气室中，电站采用燃气轮机发电。如果配合水气浮轮机替代燃气轮机后，不消耗燃料，将实现大量节能。

如图是一个典型的压缩空气蓄能--水气浮力发电机联供系统

技术先进性

水气浮力发电最主要的核心部件水气浮轮机，水气浮轮机用于发电能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，但总的来说，水气轮机还处于试验阶段。

水气浮力发电机发电站的研制成功能够填补多项国内技术空白，获得多项自主知识产权技术成果，可应用于民用供电、热电联供、备用电源、辅助动力、就近利用能源、特种电源等领域。水气浮力技术属自主创新的先进技术在国际、国内尚属空白；

该技术的推广应用，将会给现有的压缩空气能源储备和管道天然气发电业带来一次很大的震动，其经济效益、社会效益非常显著。水气浮力发电机技术无论应用在压缩空气蓄能还是管道天然气工程技术领域，都具有相当大的发展潜力。应用在管道天然气工程，产品占领一定的市场份额，应用在压缩空气蓄能领域将填补我国压缩空气蓄能发电空白，带动一个新的发电技术发展。

开发应用前景

水气浮力发电站是高度集成的高科技载体，代表了多学科理论和多工程领域发展的整体水平，是21世纪分布式供电的先导技术。水气浮轮机代替现有技术的燃气轮机工作，是开发新能源的一条新思路。分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向，它具有能源利用效率高，环境负面影响小，提高能源供应可靠性和经济效益好的特点。分布式能源技术的发展，为中国与世界发达国家重新回归同一起跑线创造了一个新机遇，如同手机和家电一样，它有可能使中国依据市场优势迅速占据世界领先地位。

参考文献

[1]气体蓄能发电技术--压缩空气储能燃气轮机发电站 胡立业 上海电力 2006年19卷2期 华东电力试验研究院, 158页

[2]我国发展燃气轮机的可行道路 倪维斗 焦树建《清华大学学报》2000年06期

[3]Novel Compressed Air Energy Storage ConceptsDr. Michael Nakhamkin, EESAT, May 2007

[4]Advanced Compressed Air Energy Storage Demonstration Electric Power Research Institute, May 2008