目前国内有成千上万个瀑布，到现在都没有被利用，我们的瀑布落差发电技术可以解决有瀑布的山区用电困难的问题，如果中国有三分之一的瀑布被利用，它所产生的发电量就能够超过长江三峡发电站，但是基础建设投入可能都不到长江三峡发电站的百分之一，经济绩效是无法衡量的，并且瀑布落差发电系统建设成本非常低，一个落差叠加模组的发电系统成本比一台风力发电机组要低很多倍，结构要比风力发电机组简单，由于它可以一天24小时不间断发电，产生的经济效益要比光伏发电、风力发电机组要高很多倍，还有一个原因没有竞争，专利在中国人手里，以后的行业技术标准也在中国人手里。我们的落差发电技术还可以应用在蓄能发电站上，目前国家有二十几个蓄能发电站，现在国家投资建设一个蓄能发电站需要一百多个亿，落差叠加发电系统最大的特点就是它能够极大地节约发电用水，同样一库水如果采用落差发电技术，会比水轮机发电节约数十倍的发电用水，也就是说可以提高数十倍的发电量，那么给国家带来的经济效益是无法衡量的。

社会效益分析

瀑布落差发电最大的社会效益就是我们研发的落差重复叠加做功理论，根据这个理论它可以极大地提高发电设备的做功效率，大量节约水力发电的用水量，使国内千万个没有利用的瀑布造福于国内的老百姓，使我们人类又增加了一种绿色能源发电技术。瀑布落差发电如果能够投入使用，第一个出现的就是产业链，并且可以增加几十万个就业岗位，因为全国有成千上万个瀑布没有被利用，这会促进社会几千个亿的基础建设投入，如果投入国际市场应该有上万亿的市场，对于人才的培养，人员的就业都有非常大的促进作用。

目前全世界冠状病毒大爆发，受影响最大的是全球的经济，对于我们国家影响最大的是出口型企业，订单大量减少，很多企业没有活干，国家现在可以做的就是扩大内需，瀑布发电有几千亿的市场，应该是目前非常有前途的发电产品，因为它的技术含量不高，基础建设投资较低，而产生的效费比远远高于风力发电和光伏发电。

一种新型绿色能源─瀑布落差发电

摘要：瀑布是一种自然现象也是一种能量表现形式，因为水是有重量的，当水从高处落下时就会产生动能，但是目前在全世界瀑布还是一种不能够被利用的能源，其主要原因是瀑布的流速非常低，流量比较小，瀑布的低压、低速水流推不动水轮机的叶片进行发电，所以瀑布发电是目前一个世界难题，要想利用瀑布发电一定要有一个全新的发电理念和方法。目前的水力发电采用的是筑坝聚能，利用水坝抬高水位提高水压和流速通过水轮机进行发电。我们的瀑布落差发电采用的是落差聚能，它是利用瀑布的落差和水的重量叠加拉动转轮旋转带动发电机进行发电，这是一种全新的发电方法，它的生产成本只有同级别风力发电的五到十分之一，但是产生的效能却是它的十几倍。

关键词：落差聚能、重复做功、叠加发电模块。

分类： 新能源

能源与环境问题已经成为全球可持续发展所面临的主要问题,日益引起国际社会的广泛关注并寻求积极的对策.绿色能源始终是国际社会重点发展方向，现在的绿色能源有水力发电、风力发电、太阳能发电、潮汐发电、地热发电等，这些绿色能源为人类的发展发挥了不可磨灭的贡献。目前中国是全世界水力发电设备、风力发电设备、光伏发电设备最大的生产国，但是这些绿色能源技术，确没有一个是中国人发明的，水力发电是1873年西门子公司阿特涅发明的、风力发电是1978年丹麦人斯蒂文发明的、光伏发电是1954年美国贝尔实验室发明的。

瀑布是一种自然现象，它与风能、太阳能、潮汐能一样都是一种能量存在形式。因为水是有重量的，当水从高处落下时就会产生动能，所以说瀑布也是一种能源，但是目前在世界上瀑布还是一种不能够被利用的能源，其主要原因是瀑布的流量大都比较小，流速非常低，像尼加拉瓜大瀑布那样水量充沛的瀑布比较少，瀑布的低压、低速水流推不动水轮机的叶片进行发电，所以瀑布发电是目前一个世界难题，要想利用瀑布发电一定要有一个全新的发电理念和方法，关键是这种动能怎么利用。目前的水力发电主要是利用大坝的蓄水高度和容量聚能来发电，大坝蓄水越高，水的动能差就越大，相对效率就越高，库容越大产生的流量就越大，发电的功率就越高。水力发电目前是效率最高，效果最好的绿色能源系统，但是它最大的问题就是基础建设投资太高，修建一个水电站少则都要几十个亿。中国目前是世界上最大的用电国家，2018年就达到了4.72万亿千瓦时，但是美国的发电成本却只有中国的三分之一，因为目前中国的发电主要还是以火力发电为主，所以成本高居不下，火力发电不但成本高，还造成了大面积的环境污染，所以目前国家正在大力推广风力发电、光伏发电这种绿色能源产业，仅2020年国家第八批绿色能源的补贴就有11008.78兆瓦。

瀑布的缺点就是流量大都比较小，流速非常低，很难被利用，但是瀑布也有一个优点就是相对稳定，瀑布就是受雨水的影响比较大，雨季流量大，旱季流量小，但是在一天里几乎没有变化，可是风却是早上、中午、晚上都可能不一样，时小、时大、时无，光伏发电也只能是白天发电，夜晚不能发电，但是社会上的用电需求却是一天24小时不间断供电，所以能够一天24小时稳定供电的系统要好于间歇供电的系统，更容易被供电部门所接受，瀑布就是一个很稳定的优质能源，这是风力发电、光伏发电和潮汐发电做不到的，只不过是瀑布一般流量都不大，如果采用目前的水轮机发电技术是不能够发电的，如果采用与瀑布同高的管筒可以提高水的压力，提高动能差，但是瀑布一般流量都很小，所以形成不了较大的功率。如果采用我们的瀑布落差发电技术就能够解决这些存在的问题，因为我们利用的是瀑布的落差和水的重量不是压力和流速，他的最大特点就是用水量非常小，小水流也能发电，根据我们的实验证明就是水龙头大小的流量，只要有足够的落差都可以发电，只是发电功率大小的问题。

根据我们的实验证明，水在空中停留的时间越长产生的效能就越高，如果水的流量是1³/秒，落差是50米，瀑布的水流从高处坠落到地面大概需要3-4秒左右的时间，也就是说有3-4吨水在空中运动，如果我们把水坠落地面的时间延长到1分钟，那么水在空中运动的重量就是60吨，这就能够产生巨大的能量，所以延长水坠落地面的时间加大能量差就是我们研发的重点，我们叫它落差聚能，我们采用的方法是利用水的重量叠加技术把这些能量叠加起来重复利用形成聚能效应，叠加的优点就是高效率，使得小水流也能发电并且工作效率比水轮机要高很多倍，如果把这些能量利用起来就会造福于人类。

我们研发的瀑布发电是利用瀑布的落差和水的重量来发电，瀑布落差越大聚能效果越好，做功的效率就越高，瀑布流量越大发电的功率就越大。它与传统的水轮机发电的工作原理是一样的都是聚能发电，但是工作方式正好相反，水轮机是利用高压高速的水流推动水轮机叶片发电，瀑布发电是利用水的落差和水的重量拉动转轮来发电，水轮机发电是从水坝的底部取水，这样水的压力大、流速高。落差发电是从顶部取水，这样可以重复利用的次数多效率高，水的流速越高水轮机的效率就越高，但是对于落差发电是水的坠落速度越慢效率越高，目前水轮机发电是靠大坝蓄水聚能来实现的，大坝越高聚能效果越好，瀑布发电是靠落差聚能来实现的，落差越大聚能效果越好。落差发电是一种全新的绿色势能转换方式。

什么是落差聚能：

重力叠加做功我们也叫它落差聚能工作原理，它是将动能一次做功产生的能量叠加起来形成聚能效应，来提高设备的工作效率。例如我们利用一个10米落差的水流，在10米的高度上安装一个带有循环链条的主传动齿轮，1米的地方安装一个从动齿轮，在链条上每一米安装一个储水桶共安装20个储水桶，那么主传动轴就相当于吊秤，链条就相当于绳索，水桶就相当于重物（见图2），其中有10个是负载下行桶，10个是空载上行桶，如果一个桶可以装100㎏重量的水，当水流将第一个下行水桶灌满后，在重力的作用下装满水的桶会拉动链条向下运动同时带动齿轮旋转做功，第一个下行桶灌满以后会在主传动轴上形成100㎏的拉力，在重力的作用下第一个桶会向下行走，使第二个桶进入灌水位置，第二个桶灌满水以后在主传动齿轮上就会形成200㎏的拉力以此类推，当10个下行桶全部装满水后瀑布每灌满一桶水，那么在主传动轴上就会形成连

续的1000㎏拉力，我们一次输入的是100㎏重量的水，按照目前动力装置一次做功原则，在主传动齿轮上应该得到的是不大于100㎏的连续拉力，但是经过叠加以后得到的是1000㎏的理论连续拉力（但要减除空桶上行、齿轮旋转造成的机械磨损等阻力系数），如果瀑布每次输入100㎏重量的水，这个流量应该非常小，但是100米的落差就能够产生约10吨重量的连续循环拉力，这就是落差聚能效应。一条正常河流是不能够发电的因为他的流速太低，所以人类在河流经过的两个山之间筑坝抬高水位，将几十米甚至上百米宽河流的流量集中到几个或十几个几米直径的出水口排出，这就形成了高压高速水流，就能够推动水轮机发电，这就是筑坝聚能效应。

什么是重复做功：

目前世界上所有的动力装置基本上都是一次性工作，利用率非常低，我们叫它减法工作方式。如汽油机的利用率是27-30%，柴油机的利用率是30-35%，火力发电系统利用率是30-40%。火力发电的工作原理是高压锅炉将水加热成为高压蒸汽推动汽轮机叶片旋转，高压蒸汽就完成了它的使命，汽油机的工作原理是汽油雾化后在汽缸内燃烧产生压力推动活塞做功，活塞运动到位后，高压气体就被放掉了，这些都是一次性做功。

重复做功就是将动能反复地进行利用就是重复做功，例如水电站的一个出水口目前只安装一台水轮机组，高压水流推动水轮机叶片旋转后高压水流就被放掉了，这就是一次性做功，如果在一个出水口串联安装十台水轮机组，这就是重复做功，但是它存在一个实际问题，就是水的能量差会逐级降低，不能保证所有的水轮机组满负荷工作。但是落差重复做功确不会出现动能逐级降低的问题，因为水的重量在任何高度都是一样的，可以满足所有的重复做功单元满负荷工作，就是重复做功了100次能量差也不会发生变化，但是工作效率却提高了100倍。其实重复做工在世界上也是有先例的，例如梯级发电站，在一条河流上增加一级发电站，发电量就提高了一倍，不管增加多少级河的流量没有变化，只不过这种重复做工的方法基础建设投资太大。

落差叠加重复做功原理：

为什么我们要把叠加做功和重复做功结合起来使用，因为叠加聚能的工作原理没有问题，在低落差的瀑布使用也没有问题，但是在高落差的环境下，链条的安装与维护非常困难，所以我们把每一个叠加组合做成模块结构，再让每一个落差模块进行重复做功，这样便于工厂大规模批量生产，安装与维护也非常简单，由于每个瀑布的落差都不一样，所以模块化结构可以适用于各种不同落差的瀑布。

具体实施方法是根据落差我们在瀑布下方叠加N个做功模块单元1（见图3），每个做功模块单元1内安装二组或者三组转轮2（见图4），每个转轮2上安装N组开口始终向上可以旋转的储水桶3，当瀑布下泻的水流通过导流槽（图3内未显示）及漏斗6将最高处做功模块单元1最顶端的储水桶3注满水，在重力的作用下，储水桶3会拉动转轮2向下旋转同时拉动第二个储水桶3进入灌水位置以此类推，当第一个灌满水的水桶旋转到转轮下部时翻转挡板将储水桶3桶内的水翻转，将第一次做功后的水，通过漏斗6灌入到下一级做功模块单元1，转轮2最顶端的储水桶内，进行第二轮重复做功，以此类推循环作业，每个发电模块就相当于一台水轮机组，再把每个做功模块能量输并联起来，形成多级重复做功组合来提高发电功率，高落差的水流在空中停留的时间越长产生的效能就越高，做功时间是根据转轮的直径、储水桶的容量和做功模块的数量来决定的，转轮的直径越大它的旋转速度就越慢，储水桶的容量越大转轮的转速越快，水的落差越大做功模块的数量就越多，做功时间就越长，做功效率就越高。根据我们的实际测试，转轮的直径每增加14厘米转速会降低一倍，同时扭力也会提高一倍，在储水桶容量和数量不变的情况下，大转轮与小转轮的轴功率是一样的，但是加大转轮直径，转轮的旋转速度会明显降低，这就延长了储水桶的灌水时间，使得小水流也可以发电，加大转轮的直径可以增加储水桶的数量和容量，储水桶的容量是根据瀑布的流量来设计的，因为发电机的转速是恒定的，这就需要采用增速齿轮箱提高转速来达到发电机的转速要求。

在一些流量比较小的瀑布，每个做功模块也可以采用传动轴将每个模块扭力输出连接在一起，由一组发电机统一发电，在高落差流量比较大的瀑布可以采用每个转轮独立成为一组发电单元。实施方法就是将每个转轮单元安装一套发电机组，成为一个独立的发电系统，最后将所有的发电机组输出电源并联，这样设备安装会更简单，维护更方便。由于瀑布存在一个雨季流量大，旱季流量小的问题，如果按照旱季瀑布流量设计发电系统，雨季的时候很多的流量就浪费了，为了解决这个问题我们在每个发电模块上安装了2-3组转轮，在旱季流量小的时候，采用单转轮工作，雨季流量大的时候采用多转轮工作，这就解决了雨季和旱季存在的流量不同问题。

落差聚能重复做功实际是一种工作原理，他的核心就是将动能重复叠加利用来提高工作效率实现聚能效应，但是每个瀑布的工作效率不是恒定的，它是根据每个瀑布落差和流量来确定的，每一个瀑布的工作效率和发电功率都是不一样的，落差越大发电模块的数量就越多，做功的效率就越高，瀑布的流量越大每个转轮储水桶的容量就越大，模块发电的功率就越高。

这种落差发电模块化结构非常简单，便于大规模工业化生产，生产成本很低，安装也非常方便，只要在瀑布下方修建一个基础平面就可以了，一组转轮发电装置的生产成本只有一台同级别风力发电机组成本的五到十分之一，但是工作效率却是他的十几倍，因为落差发电模块的结构与风力发电机组差不多，都属于大扭距、低转速模式，风力发电机组是靠风力来推动桨叶旋转带动电机发电，落差发电是靠水的重量拉动转轮旋转带动电机发电。但落差发电要比风力发电结构简单很多，因为瀑布的流速和流量很稳定，所以它的输出扭矩是恒定的，但是风力发电输出扭矩不是恒定的，它是根据风力的强弱来调整的，落差发电不存在低启动力矩的问题，不需要通过调节叶片的桨距,改变气流对叶片攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,不需要自动调整风力发电机的迎风角度，不需要蓄电池储能系统，一组百米的风力发电机塔架，安装有三组50米叶片，发电机的功率约2.3MW，一个百米落差的瀑布可以安装10组10³发电模块，每个模块可以安装2-3组转轮，也就是说一个百米落差的瀑布，可以安装20-30个发电机组，每个转轮直径9米，可以安装14个储水桶，其中有6组负载水桶，每个负载水桶可以产生约64吨的拉力，远远超过风力发电单组叶片产生的扭力，并且落差发电系统是一天24小时不间断工作，所以它的效费比远远高于风力发电机组所产生的效能。它也可以采用永磁发电机做到发电机的直接耦合,即为直接驱动式结构,这样可大大减少系统运行噪声,提高可靠性.尽管由于直接耦合,永磁发电机的转速很低,使发电机体积很大,成本较高,但由于省去了价格更高的齿轮箱,有效地提高了发电系统的效率和可靠性。 瀑布发电系统只需要一套低转速、大扭距的永磁同步发电机和一套变配电系统，但是产生的效费比却比风力发电机要高很多倍，因为它可以24小时满功率不间断工作，这是风力发电机做不到的。

风力发电机组与瀑布落差发电机组对比：

按照动力设备一次性做功原则，工作效率一般在30%-40%左右，100%是一条不可能逾越的红线，但是对于落差重复叠加做功100%却很容易做到，因为落差叠加或重复一次，效率就提高一倍，每一组模块就是按照25%的利用率来计算，叠加或重复4次就是100%， 就是1000%也不是一件非常困难的事情，这是一种全新的工作原理，也是一种全新的绿色能源转换方式，瀑布的缺点就是流量小、流速低，但是经过落差聚能、重复做功，效率就会大幅度提高，如果重复或叠加了100次，按照一次性做功原则，水的流量实际上就提高了100倍，这就解决了瀑布流量小的问题，叠加重复做功可以成倍的提高工作效率。

水车转轮与瀑布发电转轮有什么不同

我们的祖先很早以前就发明了水车用于灌溉和加工食品，它的工作原理是利用河流和水渠的水流推动转轮的挡板使转轮旋转，如果利用转轮主轴输出的扭力就可以加工食品，如果在转轮上安装水桶就可以灌溉高处的田地。

但是我们的瀑布发电转轮与水车转轮的工作原理是完全不一样的，水车转轮是利用低处河流或水渠水的流速推动转轮挡板使转轮转动，瀑布发电转轮是利用高处瀑布的水流灌入储水桶，使水桶产生重力拉动转轮旋转。我们的瀑布落差发电转轮与其它动力装置不一样的地方就是动能重复利用，我们的转轮不是一个在工作，是一整套模块叠加组合体同时工作，它实现了重力动能的重复利用，这在世界上是没有的先例的。

以下是我们的试验数据，我们研发的落差重复叠加发电理论，经过近百次的反复试验已经能够证明，我们的落差叠加做功理论是完全正确的，试验数据也能够证明，落差越大效率越高，我们的重力叠加试验装置的利用率已经超过了100%以下是我们的试验数据。

落差重复叠加发电试验装置的试验数据

实验环境与条件：

1.水泵：品牌 韩一 型号PB-100-5工作电压220V功率100W、 扬程5M、流量7.8t/T/H

2.扭力.转速测试仪：品牌 三晶型号JN338转速量程6000/分钟 转矩量程30N

3、发电机：品牌 三禾 型号SHF-260-2转速300转/分钟 启动力矩＞0.1 Nm输出功率300W。

4. 落差叠加实验机架高度：2M

5. 主传动齿轮直径：14cm

6. 储水桶体积：17×17×30=0.0867m³每个储水桶储水重量7.3㎏

7. 储水桶数量：16个其中下行负载桶8个，上行空载通8个。

8. 增速齿轮箱变速比1:21

落差聚能发电技术同时也适用于“蓄能电站”这种高落差的发电项目，落差聚能发电最大的特点就是用水量非常小，同样是一立方米的水落差发电会比水轮机发出更多的电能，水轮机发电的高压、高速水流是按照米³/秒来计算的， 瀑布发电的低压、低速水流量是按照米³/分来计算的，节约了水的使用量实际就是提高了工作效率，落差聚能发电实际就是一个工作原理，根据这个工作原理所有的数据都是可以计算出来的。

如果按照北京十三陵莽山抽水蓄能电站来计算，该蓄能电站上库、总库容445万立方米，主管内径5.2-3.8米，安装了4台200MW的单级混流可逆式水轮发电机组，总装机容量800MW（4×200）设计年发电量12亿kW•h，抽水时的用电量Eg=146020.52万度，总发电量Eg=111795.75万度，该抽水蓄能发电站，上库正常蓄水位566米，上下库落差481米，按照430米毛水头计算，4台机组满负荷运转3h，单机组运转12h。如果采用落差聚能发电技术，单机组480米落差可以安装48组10立方米的做功模块，每一组模块安装两组转轮和两套发电模组共计96组，每个转轮直径9米，可以安装14个1³开口向上的储水桶，为了保证转轮始终向一个方向旋转同时减少两个储水桶之间漏水，漏斗的位置需要偏离中心点最少一个桶位以上，所以转轮只有6个下行负载桶，8个上行空载桶，如果按照我们实际的测量计算，转轮直径每增加14厘米扭矩会提高一倍，转速同时降低一倍，转轮的转速应该在10转/分左右，转轮每一个储水桶容积1³，每一个储水桶产生的重力应该在1000kg×（900÷14）=64000 kg，输入流量约为每个模块2个转轮×每个转轮14桶×10转/分×1³=280³/分钟，根据库容445万立方米，单机组可以连续工作265h，每个转轮实际可产生的拉力约为384000kg，2MW的永磁发电机的额定扭力为13900Nm，转速为1600转/分钟，96个转轮输出电能约192MW，高落差的水流，一桶水从输入到坠落地面在空中停留的时间大概需要约8分钟，水在空中停留的总重量约为1344吨。蓄能电站还有一个特点就是输出流量可以任意调整，只要修改设计，你想要多大的扭力，多大的输出功率都是可以办到，十三陵抽水蓄能电一个200MW水轮机组和一个10³叠加模块落差发电机组192MW发电量差不多，但是用水量却相差几十倍，因为一个蓄能电站的主管内径是5.2-3.8米，并且是高压、高速水流，落差发电的主管内径有0.5米就够了，并且是低压、低速水流。如果满库容蓄能电站一个水轮机组可以连续工作12h，一个落差发电机组可以连续工作265h。目前国内的“蓄能电站”主要用途是事故备用、调峰、填谷为主，不能作为一个正常的发电系统来使用，如果采用落差发电技术，就可以作为一个正常的发电系统来使用，并且不影响事故备用、调峰、填谷的功能，落差发电在“蓄能电站”上使用还有一个优点就是白天用电高峰期可以多转轮工作，夜间用电低峰期单转轮工作，这就能够节约大量的发电用水。

详细资料见公司网站（pdtd.cc）