FFWN清洁能源发电设备的制作方法

ffwn清洁能源发电设备
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请涉及并要求于2020年7月7日提交的临时申请序列号63/048,880的权益，该申请通过引用并入本文。
技术领域

背景技术：

3.本发明涉及ffwn(化石燃料最可怕的噩梦(fossil fuel’s worst nightmare))清洁能源发电设备，更具体地涉及全年无休、基础负载、百分之百的清洁能源发电设备。
4.水力发电设备和核能发电设备是当前不需要燃烧化石燃料的两种基础负载发电设备。历史上，发明家曾经多次尝试发明其他类型的清洁能源发电设备，这些清洁能源发电设备可用于替代天然气和燃煤发电设备作为基础负载电力来源。到目前为止，海洋热能转换(ocean thermal energy conversion，otec)发电设备是具有产生相当大量剩余电力的能力的少数发电设备中的一种。
5.otec发电设备通过使用在赤道附近的位置中发现的温地表水与从地表下方数千英尺通过大型管道抽送上来的冷水之间的天然存在的温差，来将太阳能转换成电能以完成发电循环。只要温地表水和冷深水之间的温差是大约20摄氏度，otec发电设备就可以产生相当大量的剩余电力。不幸的是，由于建造和维护otec发电设备的高成本，以及2％至3％的otec发电设备的低总效率，所以otec发电设备尚未在商业上成功，该otec发电设备通常使用几乎与其产生的一样多的电力来运行泵并且将汽化的低沸点流体转换回液体形式，该汽化的低沸点流体用于驱动涡轮机/发电机并且最终产生净电能。
6.来自风力涡轮机和太阳能板的间歇电力可以与电池和其他形式的能量存储相组合以提供基础负载电源。然而，因为太阳能在全球范围内平均每天只能提供约4小时的电力，而风能在全球范围内平均每天只能提供不到6小时的电力，所以这样做将是非常昂贵的。因此，风能、太阳能、电池和其他形式的能量存储通常进一步地与来自天然气发电设备的备用电力组合以供应可靠的电力源。
7.抽水蓄能(pumped-hydro energy storage，phes)是最有效且广泛使用的大容量(大规模)的能量存储类型之一。phes以水的重力势能的形式存储能量，该水的重力势能已经通过长管从较低海拔泵送到较高海拔并且存储在可以是天然或人造的大的水容器中。在低电力需求时，使用低成本的非峰值电力来运行该泵。在较高的电力需求时，水在首先经过涡轮机并且发电之后被释放回到较低的水源中。在大多数情况下，可逆的涡轮机/发电机同时充当泵和涡轮机/发电机。
8.典型的市政供水商的水塔本质上通过简单地在夜间或在低成本电力可用于运行再填充泵的其他时间再填充该水塔而被用作phes上部容器。从那里，由升高储存水引起的流体静压力然后被用于将加压水递送至家庭和企业，而无需任何进一步的电力的显著使用。
9.由升高液体源引起的流体静压力还可以以其他有用的方式使用。如在raether的美国专利no.5,916,441“apparatus for desalinating salt water(用于盐水脱盐的装置)”中公开的一种方式，使用重力提供流体静压力作为操作压力，以迫使脱盐的产品水通过位于至少550米(或约1，800英尺)深的竖直矿井的底部的反渗透膜，并且可以产生至少800psi的压力。然后进一步使用相同的流体静压力(包括由大气气压力提供的初始压力)来将从脱盐工艺留下的卤水移动到另一竖直矿井中，其中(就像u形管中在两个支腿中寻找相同液面的水)盐水大部分上升回到表面。然而，卤水没有到达表面，因为它具有比原始盐水更大的密度。因此需要泵来将该更大密度的卤水提升到该矿井的顶部的剩余距离，使得它可以返回到该盐水的来源。虽然本公开确实陈述了与通过该系统的最大水量有关的电泵送成本与常规反渗透脱盐系统相比是最小的，但是raether的发明是一种用于使盐水脱盐的装置而不是发电设备，其中与常规系统相比节省了一半以上且多达三分之二的电操作成本。用于产生电力的液体的密度也将不存在差异。因此，如果本发明的实施例要求液体在其到达单元的底部之后返回到其升高的源，则由于大气压力和流体静压力的自然发生的力，液体将具有在其源的表面处寻找相同液位的可能性，并且无论本发明的单元的总高度或竖直长度如何，液体将具有这样做的可能性。
10.如在watkins的美国专利no.5,366,635“desalination system and process(脱盐系统和方法)”中公开的另一种脱盐装置，使用了具有至少461米(或约1500英尺)深度的海水主体中的流体静压力来迫使海水通过反渗透膜进行脱盐工艺。因为在与海水主体连通的分离器装置入口和分离器装置出口之间必须存在压力差，以使装置运行，所以使用泵在箱室内产生部分真空，因为它同时将进入的脱盐产品水从箱室泵出并泵送到岸上设施。
11.grossman的美国专利no.4,055,950“energy conversion system using windmill(使用风车的能量转换系统)”公开了一种使用风力产生压缩空气的系统，该压缩空气储存在箱中。然后，压缩空气用于增加容纳在另一箱内的液体的压力，然后，加压液体用于以受控的方式启动和操作诸如发电机的工作产生装置，直到液体被压缩空气从箱排出。
12.bell的美国专利no.4,206,608“natural energy conversion，storage and power generation system(天然能量转换、储存和发电系统)”公开了一种使用至少一个自然能源(诸如风、太阳、波浪或潮汐)的系统，该系统对液体进行加压，将加压液体存储在高压储存箱中，加压液体随后在需要时被供应至包含可压缩流体(诸如空气或氮气)的另一高压箱，其中该可压缩流体可以包括已经被压缩到1000psi的空气，由供应的加压液体压缩，该加压液体可以被加压到2000与4000psi之间的压力，直到该箱几乎充满液体。然后可以根据需要使用高度加压液体和可压缩流体来产生电力，其中可压缩流体膨胀以将液体通过导管从箱中驱动到水力发电设备，该水力发电设备使用加压液体来以受控的方式产生电力。
13.merswolke等人的美国专利no.6,672,054“windpowered hydroelectric powerplant and method ofoperationthereof(风力发电水力发电设备及其操作方法)”公开了一种使用风力来产生压缩空气的系统，该压缩空气被存储在储存箱和高压空气存储箱中，其中该压缩空气然后用于增加包含在几乎充满水的其他储存箱中的水的压力。然后，当需要迫使水通过箱底部的出水口离开储水箱并进入收集器管线中时，使用储水箱中的压缩空气，收集器管线连接至一组储水箱并且还连接至水轮机的进水口，水轮机用于以受控的
方式一次使用来自一个储水箱的高压水来发电，直到水从正在排空的储水箱中被排出。
14.deng的美国专利no.9,546,642“energy-storing and power generating system and method for a vertical-axis wind generator(竖直轴风力发电机的储能和发电系统及方法)”公开了利用来自竖直轴风力涡轮机的风力产生压缩空气的系统，该压缩空气存储在高压箱中。然后，压缩空气用于增加水箱中的水的压力，其中当需要时，水箱中的压缩空气用于迫使水通过水箱下方的出水管离开水箱，该水箱下方的出水管与接近地面的水轮机连通从而以受控的方式发电，直到水从水箱被排出。
15.使用压缩空气来增加箱内的液体压力的上述四个专利使用间歇或不可靠的动力源来产生存储在储存箱中的压缩空气。使用压缩空气来增加箱内液体的压力的上述专利还使用所存储的压缩空气来增加箱内液体的压力，这样加压液体可以用于以受控的方式产生电力，直到水被压缩空气从箱中排出。而且，使用压缩空气来增加箱内液体的压力的上述专利都没有产生比它们消耗的电力更多的电力。这主要是由于产生压缩空气的非常低效的过程、该压缩空气的压力如何随着其驱使水离开该箱而减小(例如，如果当压缩空气驱使水离开箱时被压缩空气占据的面积加倍，则压缩空气的压力将被减半)、用于重复产生电力的目的的包含加压水的箱需要如何被重新填充，以及如何通过驱动单个能量产生设备使用加压水来产生有限量的电力。


技术实现要素：

16.鉴于现有技术的固有限制，使用压缩气体(优选地压缩空气)来显著增加在整个系统中使用的液体的压力的本发明的实施例将具有若干优点：(1)除了可能需要周期性添加附加液体的小损失之外，该系统内的液体水平将大大不变。(2)当发电设备处于操作中时，压缩空气将基本上被截留在气密的且水密的储存箱内，因此压缩空气可以不断地用于向储存箱内的液体施加压力。(3)在发电设备的初始设置之后，可以周期性地添加的任何压缩空气将优选地用可能已经浪费的剩余电力产生。(4)由持续推动储存箱中的液体的压缩空气提供的巨大压力(该巨大压力将使得强大的泵能够显著地增加流过管的盘绕区段内的多个涡轮机的液体的流速)将显著地增加发电设备的效率和电力输出。(5)发电设备的效率和电力输出的显著增加将能够产生大量的剩余电力。
17.因此，本发明的目的是每天24小时生产百分之百的清洁电力，每周7天生产百分之百的清洁电力，每年365天生产百分之百的清洁电力。
18.本发明的另一目的是一种可靠的基础负载电源和发电设备。
19.本发明的另一目的是使用升高储存箱或其他密闭容器，该升高储存箱或其他密闭容器内的水或其他液体的体积能够产生流体静压力并且促进自然发生的力(诸如重力和大气压力)的有益效果，以便旋转涡轮机，涡轮机在水或其他液体向下流动通过耦接至该升高储存箱或其他密闭容器上的一系列管或其他导管时驱动发电机。
20.另一目的是使用管的盘绕区段来增加耦接到升高储存箱或其他密闭容器上的一系列管或其他导管的长度，以便增加可以同时发电的涡轮机和发电机的数量，以及限制水或其他液体在到达单元的底部之后必须返回到升高储存箱或其他密闭容器的竖直距离。
21.另一目的是具有流体静压力和大气压力，流体静压力和大气压力是可能的，或者流体静压力和大气压力的有益效果是通过用于旋转涡轮机并且产生电力的升高的水或其
他液体来促进的，流体静压力和大气压力能够通过一个或更多个回流管或其他导管将水或其他液体向上推回到与升高储存箱或其他密闭容器中的水或其他液体的液位平衡的液位，因此使用一个或更多个泵将水或其他液体返回升高储存箱或其他密闭容器中剩余距离需要更少的电力。
22.另一目的是使涡轮机/发电机产生的电力超过运行用于使水或其他液体返回升高储存箱或其他密闭容器中的一个或更多个泵所需的电量，从而产生剩余或净正电力的稳定供应。
23.另一目的是使泵能够增加和控制水或其他液体在整个系统中移动的速率，由此增加和控制可以由发电设备产生的电量，泵用于使加压水或其他液体返回到升高储存箱或其他密闭容器中。
24.另一目的是使用由泵产生的部分真空或较低压力区域以及施加到升高储存箱中的水或其他液体表面上的压力来增加水或其他液体通过该管的盘绕区段中的涡轮机的流速，使得水或其他液体的动能将增加并且每分钟与涡轮机相互作用的受激励的水或其他液体的量将增加，由此增加发电设备产生的电量。
25.另一目的是具有比发电设备在它的正常操作容量或铭牌容量下操作所需要的更多的泵或泵送容量(在本发明的更大容量的实施例中，这将优选地比该发电设备的目标或最高容量小约33％)，以及具有包括在该系统中的同类泵或备用泵，该同类泵或备用泵可以用于周期性地搁置泵或在不中断电力生产的情况下对泵执行维护。
26.另一目的是使用压缩空气来将施加到气密的且水密的升高储存箱或其他密闭容器的上部内的水或其他液体的表面上的压力增加到超过大气压力，以便当使用离心泵来增加并控制水或其他液体在整个系统中移动的速率时，在进入地面箱或其他大体积地面流体容器中并且最终进入一个或更多个离心泵的叶轮的眼部处产生的部分真空或较低压力区域中之前，使得向下流动通过管的盘绕区段中的涡轮机的受激励的水或其他液体的稳定流动的流速最大化。
27.另一目的是使用重力、动量、来自升高储存箱的上部中的压缩空气的增加的压力、以及流体静压力来提供水或其他液体在离心泵的叶轮的眼部处进入部分真空或较低压力区域中的稳定流动，这将进一步受到地面箱或其他大体积地面流体容器中的水或其他液体的增加的流体静压力的辅助，因此泵可使水或其他液体通过系统的能量产生部分的流速最大化，并且同时使加压水或其他液体从单元的底部返回至升高储存箱或其他密闭容器中。
28.另一目的是使用回流箱或类似导管和水置换，以在回流箱或类似导管适合使用时使加压水或其他液体更有效地返回到该升高储存箱或其他密闭容器中，该加压水或其他液体将优选地从气密的且水密的地面箱或其他地面流体容器被水平泵送到该回流箱或类似导管中，地面箱或其他地面流体容器通过管的一个或多个区段或其他导管与该升高储存箱或其他密闭容器连通。
29.另一目的是使用启用ai的控制系统，使得发电设备可以在该发电设备运行时尽可能准确且有效地在该发电设备的最高容量内产生所请求的或所期望的电量，以及使用启用ai的控制系统，使得发电设备可以安全地与其他智能基础设施进行通信。
30.为了实现这些和其他目的，本发明是一种用于科学合理、环境友好、并且经济上无与伦比的全天候不间断、基础负载、百分之百的清洁电力的生产的方法和系统。
31.本发明包括一种发电系统，该发电系统通过利用水或其他液体流动通过管或其他导管来使该管或其他导管内的涡轮机旋转而产生电能，其中涡轮机优选地连接到产生电力的外部发电机上。发电系统进一步利用重力达到可能增加水或其他液体的流速和动能的程度，以及利用空气压力和水或流体静压力达到可能有效地将液体移动通过系统并且使用一个或更多个泵使液体返回其来源的程度。
32.本发明的多个实施例是可能的。它们包括水源或其他液体源位于陆地上并储存在构造良好的密闭容器(优选箱)中的配置(或实施例)。在这样的情况下，储存箱可以在高于地面的不同高度处被抬高或升高，以便使可以产生的流体静压力和电量最大化，以及满足其他野心目标，并且仍然符合诸如与本地建筑法规相关的要求。其他陆基配置将具有位于地面附近、位于地面处或位于低于地面的升高储存箱。但是，无论升高储存箱位于地面上方或位于地面附近、位于地面处或低于地面，一旦加压水或其他液体流离开储存箱，用于容纳和引导加压水或其他液体流的管或其他导管将优选地耦接至储存箱的底部并且从储存箱的底部开始。
33.在储存箱内的液体将优选地首先通过优选地位于储存箱底部的释放阀离开，其中尽管经处理的污水、排水、具有添加剂(诸如不同的醇或其他类型的防冻剂)的水、或可能甚至盐水或具有比饮用水更大的密度的其他液体，但该液体将优选地是清洁的(可饮用的)饮用水。
34.一旦通过箱释放阀，水然后将进入管(或在本发明的一些更大容量的实施例中的多个管或旨在全年无休地运行的管)或其他类似的导管，该导管优选地开始在其起点处笔直地向下前行相对短的距离，该相对短的距离优选地是在该储存箱下方的该单元的剩余部分的高度的20％。这种相对短的下行管区段(该下行管区段可以在顶部处比在底部处开始更宽)将部分地用于使得水可能由于重力而以尽可能快的速率向下加速，但是将主要用于给予水向下通过该系统的机械控制的移动，这将通过该系统的一个或更多个泵成为可能(至少在本发明的最佳执行的实施例中)，稍微多一点的时间和空间来给予它们对水的向下流动的影响。在本发明的这些表现最好的实施例(这些实施例将优选地利用机械装置以及自然力来使水在整个系统中快速移动)中，通过利用在系统的发电部分的底部处的水密的且气密的潜在导管内的加压水，泵通常将使它们的泵送效率增加并且使它们消耗的电量减少，加压水将从升高储存箱中的水的表面延伸到一个或更多个泵优选直接连接到地面储存箱的地方，泵还将最终用于使水返回至该储存箱，该储存箱由于大气压力和流体静压力已经能够被推回到该储存箱内的水的液面(设想了透明橡胶管的u形件，其中水在两端处寻找相同的液面)。
35.在本发明的使用泵来将水的流速增加到超过仅通过重力所能实现的流速的实施例中，流动的水的速度在最初穿过箱释放阀并且还优选地笔直的向下流入下行管的短区段中之后将由泵来控制。这是因为由泵造成的水的移动将从该储存箱内的水的表面延伸至泵，水的移动是通过由泵产生的部分真空或较低压力区域而成为可能的，在该储存箱中，大气压力、或优选地通过压缩空气提供的更高压力或通过机械装置产生的增加的压力将以相当大量的压力持续向下推动，其中以流速将在泵的控制下并且能够在水到达包含涡轮机/发电机的管的下一区段并且开始发电时被维持在目标速度的这样的方式来校准水的流速。
36.为了增加可以由流动水驱动的涡轮机/发电机的数量，本发明可以采用许多不同
配置的管和管区段。在管区段的最优选组合中，在流动水到达下行管的短区段的底部之后，该流动水然后将进入管的下一区段(或其他导管)，该下一区段将优选地像弹簧一样盘绕并且在外观上与儿童的盘绕饮用吸管相似。当与笔直向下延伸到单元的底部的管相比时，管的这种盘绕将使得可以在下行管的底部与管的盘绕区段的端部优选地耦接到地面管或地面箱的顶部或其他导管的地方之间的剩余竖直距离的优选地至少80％中将管的总长度增加十倍或更多。
37.在该下行管的底部与该单元底部处的潜在导管之间的可用空间中，该管的总长度的这种十倍或更多的显著增加将是为什么本发明将很好地运行的主要原因和最重要概念之一，这种十倍或更多的显著增加的主要目的是使管内的加压水返回至该储存箱。当然，当与管的内径相比时，每个盘管具有相对小的直径和圆周将能够实现管的总长度增加十倍或更多。无论储存箱的底部与管的盘绕区段的端部之间的总距离如何，也将会发生这种情况，并且这包括以下事实：至少一个涡轮机/发电机将优选地包括在管的盘绕区段的每个盘管中，以及如果储存箱升高到地面以上并且管的盘绕区段向下延伸到地面以下，管的盘绕区段的长度将能够进一步增加。
38.在本发明的主要依靠自然力来产生剩余电力的不太强大的实施例中，如同从水塔分支出来的市政水管线如何可以延伸几英里并且仍然向家庭和企业提供加压水，如果管的典型区段在单元的底部处或其附近耦接至管的盘绕区段的端部，则它将包含加压水，由于水能够通过大气压力和流体静压力被向上推至储存箱内的水位，因此该加压水可以用于不仅仅增加水返回至储存箱的效率。这包括使管的下一(地面)区段沿着各个路径水平地延伸，以便延伸管的主区段的总长度以及可以用于发电的管区段的数量，以及可以通过在管的地面区段中放置附加涡轮机/发电机来完成，这将增加涡轮机/发电机的总数，当该涡轮机/发电机优选地朝向储存箱循环回路时，涡轮机/发电机可以在地面管过渡到回流管之前同时产生电力。
39.如先前所提及的，在本发明的更强大的实施例中，将优选地存在气密的且水密的地面箱或其他大体积水容器，地面箱或其他大体积水容器耦接至管的盘绕区段的端部，该管的盘绕区段将优选地具有多个泵，该多个泵在该单元的底部处直接耦接至该管的盘绕区段。然后，泵将优选地使用耦接至它们的排出口的回流管来使加压水返回并且进入该储存箱，或者在有意义的情况下使用利用了单独的回流箱以及简单的水置换(稍后将详细介绍)的其他装置来更有效地使加压水返回并且进入该储存箱。而且，取决于先前管的区段的内径、每分钟将循环通过该系统的水的加仑数、提供水的连续且足够的流速以便产生所期望的电量所需要的泵的数量和尺寸、以及该升高储存箱将如何被支撑或保持在高处，还可以使用与一个或更多个泵连通或直接连接到一个或更多个泵上的更大直径和体积的地面管。
40.由于使用流体静压力(包括由大气压力提供的初始14.7磅/平方英寸(psi)的压力)来将回流管内的水推回至储存箱内的水的高度的能力，由该系统使用的管的不同区段的总长度可以被制造得非常长，而不影响水可以到达回流管内的高度。然而，为了本发明的主要依靠自然力的实施例变成全天候不间断、基础负载、百分之百的清洁能源发电设备，除了必须确定适当的高度来定位回流管(或多个管)的顶部以便本发明可以维持离开回流管的水的稳定流动，并因此还确定了水将从回流管中流出的速率之外，还将有必要确定有效地维持整个系统的连续水流所需要的泵的尺寸和数量。为此，如果回流管的顶部在与储存
箱内的水相同的高度处紧挨着储存箱放置，仅通过将回流管的顶部降低到回流管内的水高度与储存箱内的水的高度平衡的位置以下，水将开始自由地从管的顶部流出，并且水流的速率将随着回流管的顶部降低而继续增加。无论回流管的内径、管的盘绕区段中有多少盘管或盘管的直径是多少，这仍是真实的，水流的速率将开始是相当稳健的，即使回流管的顶部相对于单元的总高度没有降低得非常远(设想了在将水笔直向上射入空气中的事故之后已经从消防栓上拆下的消防栓的管)。
41.此外，由于大气压力和流体静压力将如何使得管的盘绕区段中的管的总长度在与单元的总高度相比时可以非常长并且不影响水在回流管中上升至储存箱内的水的液面的能力，非常类似的情况也将适用于可以放置在管的盘绕区段内的涡轮机/发电机的数量。并且，虽然每个涡轮机/发电机确实将流动的水的动能转换为电能并且当水流过将优选地与本发明一起使用的每个单独的管内涡轮机时对水流具有影响(稍后将详细介绍涡轮机上)，因为由于水与涡轮机/发电机相互作用，在管的任何部分中不存在水的阻塞或“回流”，并且还部分地因为疏水涂层或其他特种涂层将优选地应用于管的内壁以减少摩擦，在流动的水与优选的管内涡轮机相互作用之后，水速将快速返回至由通过回流管的开口端离开系统的加压水的流速和量确定的流速。这意味着，只要在涡轮机/发电机之间存在足够量的空间，可以在本发明的实施例中部署能够合理地部署在管的主区段中的涡轮机/发电机的数量，该实施例主要依赖于流体静压力(包括大气压力)可持续地从回流管的开口端产生的的水流速，这包括回流管的开口端是否刚好低于储存箱的几米或者是否允许水达到单元底部可能的速度。
42.建立原型以测试当允许水自由地流动通过管的不同区段的整个长度并且流出回流管的开口端时，在管的盘绕区段内包括大量管内涡轮机将如何影响水流的速率和单个回流管的开口端(或顶部)的高度，同时仅受益于自然重力、大气气压和流体静压力。即使涡轮机彼此上下地定位在管的盘绕区段的每个盘管内并且回流管的顶部位于许多不同高度处，加压水在管的盘绕区段中不存在任何东西时以及在管的盘绕区段中存在涡轮机时从回流管的开口端自由流出。测试结果还证实，引导件或其他水流方向控制设备可以用于在紧挨涡轮机之前加速和压缩水流以增加电力生产。当然，在所有情况下，回流管的顶部相对于储存箱中的水位越高，离开回流管的开口端的水的流速越慢，并且回流管的开口端相对于管的盘绕区段的底部越近，离开回流管的开口端的水的流速越快，这在本发明的最佳执行的实施例中出于若干原因将是重要的简单事实。
43.发电设备的单个单元每小时可以产生的电量(或其容量)也将有相当多的变化。在本发明的可能的一些较大容量实施例中，可以构建ffwn清洁能源发电设备的不同实施例的不同容量的范围从相对小的每小时瓦特数高达每小时200兆瓦特或更多。如果单元将尽可能有效率地并且成本有效地运行，则为了产生更大容量单元中的一些将能够每小时生产的电量而将需要每分钟返回到该储存箱中的大量加仑的水将需要使用许多泵。泵的数量和尺寸以及泵将能够配置为返回或作为更复杂系统中的组件以使加压水返回储存箱中的不同方式也将广泛地变化。
44.使用本发明的包括单个的地面管和单个回流管的实施例来将水返回至该储存箱的一种相对容易的方式将是建立平台形式的支撑结构，该支撑结构将优选地位于紧邻该下行管的开放空间中的储存箱下方、并且被用于保持水容器，该水容器用于使来自该单元底
部的加压水自由地向上流动通过回流管并且以相当快的速率流入。一旦处于比仍高于上方的主储存箱小得多的水容器中，任何数量的泵有能力将水泵送相对短的距离而进入该储存箱中，以及跟上水通过回流管的开口端或顶部自由地流入较低水容器的速率(或者，同样重要的是，还具有至少等于与每分钟管的盘绕区段中的每个涡轮机相互作用的以加仑/分钟为单位的水量的泵送容量)，将能够这样做。然而，因为本发明的目的是使被用来使水返回至该储存箱的泵能够增加和控制整个系统中的水的流速，从而还增加和控制由单元产生的电量，所以本发明的刚刚描述的实施例将不是优选实施例，本发明的刚刚描述的实施例主要依靠自然重力、大气压力和流体静压力的有益效果，以及具有足够数量的盘管和涡轮机/发电机的有益效果(涡轮机/发电机被包括在管的盘绕区段中以成功地完成产生剩余电力的发电循环)。
45.在本发明的更优选的实施例中，尽管仍有可能的是较低容量的实施例之一，而不是使用流体静压力来将水向上推入中间水容器中以产生水流并且缩短水需要返回到该储存箱的距离，该储存箱将不再通风并且将替代地被制成气密的且水密的，因此该储存箱的上部可以填充有压缩气体、优选地压缩空气。由于对于从储存箱中的水的表面到系统中的最低点的每10m或大约33英尺水深，单元底部处的水的流体静压力将如何为14.7psi(磅/平方英寸)，加上由在储存箱中的水的表面上向下推动的空气所提供的压力(大气压力在海平面处为14.7psi)，通过用高于14.7psi的压缩空气填充储存箱的上部，单元底部处的水的流体静压力将与压缩空气的增加的压力相称地增加。
46.除了可能通过将压缩空气引入到该储存箱的上部中来增加该单元的底部处的水的流体静压力之外，因为由于水的重量增加而从上方施加向下的力加上作用在该水的表面上的任何压力，流体静压力与从该表面测量的深度成比例地增加，至少一个泵还将被耦接到每个回流管的顶部，该回流管通过气密的且水密的连接被结合到该系统中。通过直接附接到回流管的顶部，泵将能够增加水通过回流管的流速，而不是逐渐减慢，即使在由储存箱的上部中的压缩空气提供的所有附加压力的情况下，由于由流体静压力提供的操作压力通常开始减小，这有助于将水向上推。这是因为泵将产生大量的附加水流速度，尤其是作为现在是封闭系统的一部分，该封闭系统包括从泵的入口或抽吸侧通过回流管向下返回并且然后通过管的主区段向上返回储存箱中的水的表面的部分，并且还在增加通过管的盘绕区段中的所有涡轮机的水的流速方面是非常有效的，这已经具有通过在储存箱的上部中的压缩空气向储存箱中的水的表面施加恒定压力而显著增加的潜力。
47.在储存箱的上部中截留有足够量的压缩空气，以及结合到系统中的泵被耦接到回流管的顶部，并且由泵在其正常操作期间产生的部分真空或较低压力区域被良好使用以增加和控制水通过水密的且气密的系统的流速，将泵附接到回流管上的另一益处将是它们将如何也增加发电设备的总体效率和容量。事实上，如果适当地完成，通过直接将泵附接至回流管(或者甚至更好地，直接附接至位于单元底部的较大直径和体积的管的地面区段或地面箱(这还使得可以将更大、更强大和增加数量的泵结合到系统中))，使用一个或更多个泵来产生封闭系统具有将发电设备的容量显著增加至远超过仅使用自然力可能达到的水平的潜力。这包括将尽可能多的涡轮机/发电机放置在管的盘绕区段中，使其在操作上尽可能超过向下流动的水有机会实现由泵控制的目标流速的点，其中涡轮机/发电机具有以比重力、流体静压力和大气压力可以通过管的盘绕区段产生的流速快得多的流速正常运行的能
力。
48.通过使用泵产生封闭的系统来增加发电设备的效率的最重要的方式之一必须与该系统的泵如何工作以及进入该泵的水的压力可以如何利用有关。这是因为，在通过叶轮减小相对小的量而同时产生泵操作所需的部分真空或较低压力区域之后，将能够从使水返回并且以所期望的流速返回到储存箱中所需的出口排放压力中减去进入每个泵的水的压力。这意味着无论水压进入泵之前的水压如何，都通常比水进入泵之后的水压高约14.7psi(或海平面处的大气压力，并且通常大约为降低水压以产生部分真空或较低压力区域的压力)，并且泵将仅需要弥补进入泵的水压和无论如何以期望的流速将水返回至储存箱所需的出口排放压力之间的差，在这种情况下，由于该系统如何配置，该储存箱的上部中的压缩空气的压力就是多少，这还意味着只要该储存箱的上部中的压缩空气的压力高到足以驱动恒定的水流通过该管的主区段并且向上进入泵中以便满足该启用ai的控制系统所针对的任何流速，泵将能够定位在沿着回流管的竖直长度的任何位置处，其效率差异很小，意味着用于运行泵的电量不会变化很大。
49.如果结合到系统中的泵与该地面管连通或连接至该地面管，这也将适用。这是因为无论该泵是在何处连接至用于使水返回至该储存箱的一个或更多个导管上，该泵将仅需要弥补进入该泵的水压与将水以所期望的流速返回至该储存箱所需的出口排放压力之间的差。由于流体静压力与从表面向下移动的测量深度成比例地增加，这是由于水的重量增加而从上方施加向下的力加上作用于水的表面上的任何压力，该流体静压力还与从单元的底部向上移动的测量深度成比例地减小，这是由于水的重量减小而从上方施加向下的力，但是依然包括作用在储存箱中的水的表面上的任何压力，因此当泵高度升高或降低时流体静压力的损失或增益基本上等于将水返回至储存箱1所需的减小的或增加的压力，意味着不管加压水位于何处运行泵17以使加压水返回至储存箱1所需的电量将大约相同。
50.为了更好地理解将压缩空气添加至该储存箱的上部中将如何影响水从该单元的底部向上返回并且进入该储存箱的能力：如果该储存箱的上部的顶部一英尺填充有300psi的压缩空气并且在该储存箱中的水的表面与该单元的底部的水之间存在100英尺，800英尺高的回流管将填充有超过770英尺的水。换言之，如果储存箱的上部分的顶部一英尺填充有300psi的压缩空气，那么增加的压力将像向通常20英尺高的储存箱增加超过另外650英尺的高度并且将其用水填充。当然，如果需要，可以容易地使用高于300psi的压缩空气，以使一个或更多个泵达到并且维持水通过该管的盘绕区段中的所有涡轮机的目标流速。
51.在储存箱的上部中使用由压缩空气提供的巨大压力的能力将具有若干重要的益处。首先，将能够使向下流过管的盘绕区段中的所有涡轮机的水的流速最大化。这是因为施加在该储存箱中的水表面上的巨大压力将不仅能够显著地增加向下流动通过该管的盘绕区段中的所有涡轮机的水的流速，而且还能够显著地增加水的动能并且还显著地增加每分钟与该管的盘绕区段中的涡轮机相互作用的受激励的水的量。随着水的动能和与涡轮机相互作用的受激励的水的量显著增加，由管的盘绕区段中的所有涡轮机/发电机每分钟产生的电量也将显著增加。
52.如前所述，本发明的更大容量(容量意味着每小时可以产生的电量)的实施例将需要利用许多泵来满足每分钟将需要被泵送回该储存箱中的大量加仑的水，并且使该系统尽可能高效且成本有效地运行。这可以通过确定容纳快速离开该管的盘绕区段的底部的预定
体积的水所需的泵的适当数量来容易地实现，然后，使该数量的泵耦接至较大直径和体积的管的地面区段，或者使该数量的泵耦接至另一大体积地面导管，该另一大体积地面导管将优选地包括气密的且水密的地面箱或者优选地耦接至管的盘绕区段的端部的类似水容器，其中通过将在单元底部达到其峰值的水的流体静压力使泵显著更有效，然后泵用于使加压水返回并进入储存箱。
53.还可以毫无困难地实现本发明的以下目标：具有比发电设备在正常操作或铭牌容量下操作所需要的更多的泵或泵送容量(这将比发电设备的目标最高容量小约33％)，以及具有包括在系统中的同类泵或备用泵。在包含加压水的至少一个回流管循环到适当位置中并且使用泵来增加和控制水通过管的主区段的流速的情况下，可以通过使两个分支管(或同类管)从每个回流管分支并且向上延伸避免来自管中的弯曲的任何复杂性所需的距离来完成同类泵的添加。每个同类管然后将具有它们自己的牢固地耦接到其上的泵，该泵将能够通过上部回流管将加压水返回储存箱中剩余距离。在一个或更多个泵被耦接至较大体积管的地面区段或耦接至地面箱的情况下，一个更多个备用泵可包括在单元中达到全容量所需的泵中。在任一情况(或操作上可能的任何其他情况)下，启用ai的控制系统将确保每个泵被使用并静置相等的时间量，并且预测分析将能够检测任何异常和不规则性并在发现时报告它们。如果泵中的一个需要被维修或更换、或仅经历常规维护，则它的同类泵或备用泵将能够在发电设备的电力生产中不中断地全天候补充。
54.也将能够在发电设备的电力生产中没有任何中断的情况下完成涡轮机/发电机的日常维护。这是由于涡轮机/发电机的发电组件将如何优选地位于管的外部，其中，该发电组件将借助于连接器耦接至管，该连接器优选地与管内的涡轮机对齐，并且该发电组件能够在不引起任何水泄漏并且不引起其他仍然操作的涡轮机/发电机的电力生产的任何中断时进行维修(或者甚至移除和更换)。维修或移除和更换管内的涡轮机将有点困难，但是在一些情况下将能够完成。这是因为水密的设备将能够通过机械工在管的区段上方和周围附接到该管上，该管的区段包括用于移除该管内的优选螺旋涡轮机的装置。该水密的设备还将具有优选地内置于其中的一对重型橡胶手套以帮助该机械工。
55.与其他类型的管内水涡轮机相比，(看起来像dna的螺旋结构的)螺旋涡轮机的使用将主要由于它们在流动水通过螺旋涡轮机的旋转叶片并且驱动中心旋转轴时在收集流动水的动能方面的更高效率。该中心轴将优选地具有从该涡轮机的主体延伸出来的两个端部。中心轴的一端将优选地连接至防水连接器(防水连接器将优选地具有其自身的制动和锁定系统)，该防水连接器还优选地在管的外侧连接至发电机的旋转轴。在具有公开结果的许多试验中，gorlov螺旋竖直轴涡轮机(美国专利no.5,451,137和美国专利no.5,642,984)已经能够提取高达35％的移动水的动能，即使流速低至每秒两米。这种效率百分比将比当更传统的风扇和螺旋桨式涡轮机被结合在管内水电力系统中时具有类似的表面积量的更传统的风扇和螺旋桨式涡轮机所能实现的效率百分比高约30％。gorlov螺旋涡轮机在基于升力的概念下操作，因此，当涡轮机收集流过涡轮机的水的动能时，水将扫过涡轮机。gorlov螺旋涡轮机也是自启动的，意味着当水开始经过它们时，它们开始旋转。研究人员的测试还表明，gorlov螺旋涡轮机可以在几乎恒定的扭矩量(旋转力)下以每分钟高转数(rpm)操作，几乎不会引起振动或水湍流。其他测试已经表明，当将适当弯曲的插入件放置在导管内以将流体流引导至涡轮机的叶片时，gorlov螺旋涡轮机如何能够提取高达70％的
移动水的动能，从而提高效率和电力输出。螺旋竖直轴涡轮机还可构造成多种配置，配置将减小它们的水流阻力并且使得它们更容易从管移除。当涉及可能需要涡轮机和发电机水平定向的本发明的更大容量的实施例时，尤其如此。可能需要使用螺旋水平轴涡轮机而不是螺旋竖直轴涡轮机的另一个因素将是发电机和所附齿轮或传动装置或其他装置的尺寸，发电机和所附齿轮或传动装置或其他装置将优选地用于较大容量单元中以帮助控制涡轮机的rpm(稍后更详细的描述)。
56.对于螺旋涡轮机的效率和设计水平，由自然力、储存箱的上部中的压缩空气提供了许多益处，无论在任何米/秒的流速下，泵的加仑/分钟的泵送容量能够提供泵产生部分真空或较低压力区域并且使用它来增加和控制水通过螺旋涡轮机的流速的能力，以及泵能够充分利用地面箱或单元底部的其他大体积水容器中的流体静压力以正常操作，同时非常有效地使水向上返回并进入储存箱，将优选地用于管的盘绕区段中的适当间隔和尺寸的涡轮机/发电机的总数不会难以产生比泵将消耗以将加压水返回至储存箱中多得多的电力。事实上，在本发明的大规模实施例中，发电设备的效率可以容易地在200％与300％之间，甚至无需真正尝试，这意味着每小时产生的剩余电力或净电力将比泵消耗产生的剩余电力或净电力多两倍与三倍之间。毫无疑问，由于本发明的一些更大容量的实施例可能具有一些效率，在发电设备的长寿命期间产生电力的成本可以容易地小于每千瓦时一美分，这对于全天候不间断、基础负载、100％清洁能源发电设备是相当显著的。
57.将用于构造或制造管或其他导管的材料也将变化。从塑料到合成材料、或从各种各样的金属和金属合金到混凝土或钢筋混凝土的所有事物可以并且将有可能与可以根据该单元的尺寸以及所要求的压力等级使用的任何其他材料一起使用。
58.将用于构造或制造支撑结构的材料也将变化，这种变化遍及潜在建筑材料和方法的整个范围。这将包括围绕发电设备的组件构建的优选管状外壁，该发电设备将安全地定位在地下，其中该储存箱被适当地支撑并且搁置在顶部上。
59.在一些实例中，本发明的实施例将被结合到多用途建筑物(诸如公寓建筑物、办公建筑物、商店、体育场、医院、学校、仓库、以及许多其他结构)中，其中储存箱位于屋顶上方或是屋顶的一部分，并且管的盘绕区段优选地由支撑结构支撑，支撑结构是该建筑物的其余部分的主要支撑结构的延伸部分。通过将发电设备和建筑物组合在一起，能够共享建筑物成本，并且建筑物的居住者将能够直接获得低成本、百分之百的清洁电力用于它们的百分之百清洁能量电加热和热水系统，以及用于它们的电力需求的剩余部分。这种相互有益的关系将为发电设备提供长期客户并且为建筑物和当地社区的居住者创造各种经济机会，在这种相互有益的关系中，储存箱组件不比在许多高楼的屋顶上发现的水塔危险并且发电和分配系统不比具有大电器危险。
60.在一些实例中，本发明将被结合到市政和私人基础设施(诸如水、污水、运输和其他类型的基础设施)中，基础设施将通过具有非常低的电力成本而极大地受益。事实上，本发明甚至将具有结合到现有水塔中的潜力，以便不仅使它们的能量是自给自足的，而且使它们变成清洁能量的微电网，微电网可以销售它们的剩余电力以进一步减少成本并且为所需要的修理和升级付费。
61.在一些实例中，本发明的独立单元将被分组在一起以满足更大的电力需求。这将包括少至两个或三个本发明的独立单元或者多达一百个或更多个被结合到组合式发电设
备中。当然，如果附加空间可用于扩展，则总是可以添加附加单元以满足增长的电力需求。组合在一起的单元也将以不同的尺寸出现，优选地以相对小的2至6mw(兆瓦)范围内的那些开始。利用具有10英尺直径的盘管的本发明的典型的6至9mw单元，支撑500mw发电设备所需的土地量将小于半英亩，其中10英尺直径的盘管占据小于四平方米(或约13英尺乘以13英尺地块)。相比之下，150mw的太阳能农场将需要约600英亩或每1mw的太阳能电池板容量需要4英亩。在管的盘绕区段中具有10个盘管以及28英寸的内部管直径的本发明的6mw至9mw的单元还将具有约85英尺的非常合理的高度，包括储存箱的高度，其中(如果条件允许的话)管的主区段和地面箱优选地位于地下。
62.将管的主区段放置在地下还将使可以彼此紧邻地放置的单元可以在地面处或附近共享水和电力分配基础设施以降低成本。所挖掘的泥土还可以用于在每个单元的圆形外部支撑壁周围回填并且减小必须挖掘的原始地面标高以下的深度，以及提高新的地面标高以防止任何洪水的可能性。使该储存箱的底部覆盖地面以下的该单元的大部分剩余部分将在大多数情况下还防止了在本发明的典型的85英尺高单元(储存箱20英尺以及下面的管和地面储存箱65英尺)中的管的主区段中的28"内径的管内的液体的可能的冻结，并且还保护单元的最脆弱部分免受风暴和其他自然因素的影响。
63.本发明的6mw至9mw、大约85英尺高的实施例虽然不如一些具有较大内径管的较大容量单元那么强大，但它们仍有一些重要的共同点。即，如果管的盘绕区段中的每个盘管的内径为10英尺，则每个盘管中的管的长度将为31.4英尺，这将导致管的盘绕区段中的十个盘管的长度为314英尺。但是更重要的是，在储存箱的上部中具有足够量的压缩空气的情况下，优选地直接连接至地面箱或其他大体积水容器的多个泵将能够使经过管的盘绕区段中的314英尺管中的10个涡轮机中的每一个的水的流速最大化。
64.除了水和电力分配基础设施之外，将优选地位于地面处或附近以降低成本并且可以被分组在一起的本发明的单元共享的另一重要类型的基础设施将必须与压缩空气的使用一起来取代整个系统中的大气压力的有益效果。通常，在海平面处14.7psi的大气压力将足以将通风储存箱中的水向下推动到由离心泵的叶轮产生的部分真空或较低压力区域中。然而，由于向下通过螺旋涡轮机的水的流速以及每分钟与涡轮机相互作用的高受激励水的量，将优选地被最大化，以便通过使较高压力的压缩空气基本上截留在气密的且水密的储存箱的上部中而使可以由该单元采集并转换成电能的动能的量最大化，通过管的盘绕区段中的涡轮机的向下流动的水的流速将能够增加到远超过通过重力、大气压力和由泵产生的部分真空或较低压力区域引起的虹吸状效应所能实现的流速。
65.此外，由于海平面处的大气压力具有14.7psi的压力，如果储存箱的上部填充有300psi的压缩空气，那么储存箱的上部中的空气压力将比大气压力大20倍以上。在储存箱的上部中的300psi的压缩空气也将被截留在那里，所以它将不断地将储存箱中的(基本上)不可压缩的水向下推动通过管的盘绕区段中的涡轮机。由于它无处可去，由压缩空气提供的恒定压力将能够以最小的成本维持。
66.当然，在本发明的非常高容量的实施例中，将储存箱的上部中的空气压力增加到高于300psi的量以增加该单元的效率并且帮助确保其成功操作当然也是可能的。利用800psi的压力足以迫使水分子通过反渗透膜并进入具有产生部分真空的泵的箱，同时将箱中的脱盐的产品水泵送到岸上设施，如果在该储存箱的上部中需要800psi或更大的压缩空
气来使向下通过管的盘绕区段中的涡轮机并且进入由离心泵产生的部分真空的水的流速最大化，该离心泵将优选地同时将该地面箱中的较高的流体静压水泵送到回流箱中，在该回流箱中，简单的水置换然后将使等体积的水向上返回到储存箱中，不管储存箱有多高，都可以这样做。
67.抽水蓄能(phes)系统典型地具有75％至80％的效率。这意味着，当水被释放回到较低的水源中时，在往返时通过单个涡轮机/发电机可以产生将水泵送至较高海拔所需的电力的75％至80％。但是通过需要在上部水源与下部水源之间的整个距离上泵送的水实现了75％至80％的往返效率。这还是通过向下流过管的水来实现的，其中大部分重力作用将水加速直到水到达底部的单个涡轮机/发电机。这也是通过上部水源与下部水源之间的高度为至少100米(328英尺)来实现的，并且该高度通常大得多。
68.6mw至9mw，大约85英尺高(储存箱20英尺以及下面的管和地面箱65英尺)，在管的盘绕区段中具有10个盘管并且28英寸的内管直径的单元将明显地不在100米(328英尺)高附近的任何地方。然而，对于在管的主区段中的大约331英尺的管，如果优选地直接连接至地面箱以进一步提高系统的效率的泵可以以产生通过管的盘绕区段的流速所需的相同流速将加压水泵送出气密的且水密的地面箱，该流速具有与笔直下降50米(164英尺)之后的水的速度相同的速度，则具有内管直径为28英寸的管的盘绕区段的单元将有可能使在其内的水以与水在笔直下降50米之后的速度相同的流速向下流动通过管的整个盘绕区段。
69.没错。只要泵可以以产生等于笔直下降50米的水的流速(大约31.3米/秒或70mph)所需的流速的相同流速将加压水泵送出地面箱，水将以相同的高速行进通过管的盘绕区段。出于若干原因，这是重要的：(1)当将以期望的流速将水向上泵送到储存箱中所要求的排出口压力(如果管的主区段是100米长，则该压力约为使用28”内径的管时的压力的1/5)制成表格时，它将显著地小于将水向上泵送100米所要求的排出口压力的量。(2)由于地面箱中由系统中的水的高度造成的流体静压力以及来自储存箱的上部中的压缩空气的附加空气压力，以及因为将优选地使用多个泵来将加压的水泵送出地面箱，以及因为在产生泵操作所需的部分真空或较低压力区域的同时由叶轮将进入每个泵的水的压力降低相对小的量之后，将能够从用于以所期望的流速将水泵送上来并且进入该储存箱中所需的排出口压力中减去这个压力，运行泵所需的电量将显著减少。(3)如果向下流过管的盘绕区段中的涡轮机的水以与phes系统中的水相同的速度行进，则具有以31.3m/s行进的水的管的盘绕区段内的单个涡轮机/发电机将能够产生反向运行的单个phes涡轮机/发电机将使用的电力的75％至80％(抽水蓄能系统的普遍接受的效率)，如果每分钟与每个涡轮机/发电机相互作用的水量相同并且每个涡轮机/发电机的效率相同，则反向运行的单个phes涡轮机/发电机将使用该电力。(4)即使将优选地与本发明一起使用的涡轮机/发电机将仅采集由泵使用的约35％的电力并将其转换成电能(保守地)，以维持31.3m/s的目标流速通过管的整个盘绕区段，将由管的盘绕区段中的仅一个涡轮机/发电机产生约35％的电力。在本发明的28”内径管实施例中，管的盘绕区段中将优选地存在至少十个盘管，其中至少一个涡轮机/发电机优选地在十个盘管中的每一个中，更不用说在具有28”内径管的单元中多于十个盘管当然是可能的，或者具有其他内径的管的盘绕区段当然是可能的并且将被使用。
70.这还意味着，运行泵所花费的千瓦-小时(kwh)及其金额值的大约35％也将能够由管的盘绕区段中的每个涡轮机/发电机同时生产。不用说，具有产生约35％的电力的能力
(即，将在管的盘绕区段中利用每个涡轮机/发电机为整个系统提供动力所花费的能力)以及具有如此多的可用于随后使用的剩余电力将是非常棒的。然后，问题变成：“如何让泵维持与笔直降落50米的水流所能达到的速度相同的通过整个管的盘绕区段的流速？”答案实际上是相当简单的。
71.首先，绝对毫无疑问的是虹吸管状的连续水流可以由离心泵的叶轮产生的部分真空或较低压力区域引起，该离心泵将优选地通过气密的且水密的连接被耦接到地面箱或其他水容器上，并且用于增加和控制移动通过该系统的水的速度。这很容易地被人类的共同经验所概念化：因为在真正炎热的天气购买了具有一种比普通吸管更宽、更结实的吸管的大量饮料的任何人就会证明，在用嘴唇封住吸管并且在吸管上真的用力抽吸以解渴之后，更所谓的“抽吸”通过吸管施加到冷的饮料上(其实际上不是抽吸，因为它们所做的是由它们的口中的空气压力下降至大气压以下和大气压力同时迫使液体上升到吸管上并进入它们的口中以试图填充较低压力的区域引起的)，它们将能够消耗更冷的饮料。
72.泵产生移动水通过该系统所需要的部分真空或较低压力区域的能力将同样起作用，除了泵将能够连续地进行它。因为泵将通过气密的且水密的连接牢固地耦接至地面箱或其他水容器，因为地面箱或其他水容器中的水的流体静压力将显著地增加泵的效率，由于重力和动量在将水向下移动通过系统时的益处，由于涡轮机的rpm将优选地由高瓦特、高扭矩发电机和启用ai的控制系统(稍后更详细的描述)保持在期望的范围内，以及由于来自储存箱的上部中的压缩空气的增加的压力将恒定地以超过足够量的压力向下推动在储存箱内的水的表面上以产生水通过所有涡轮机的最高目标流速，将仅需要足够的泵具有足够的泵送容量来匹配产生最高目标流速所需的加仑/分钟(gpm)流速。此外，如果泵可以与产生31.3m/s的流速所需要的泵送容量相匹配，则它们将毫无困难地维持水通过整个管的盘绕区段的相同流速，尽可能最大程度地在管的盘绕区段中使用所有涡轮机/发电机以获得相当大的流速，此后出于描述本发明的示例单元的电力输出的目的，31.3m/s的流速将被用作目标流速，其中在管的盘绕区段中具有28”内径的管(尽管在具有更大内径的管的本发明的大容量实施例中高得多的流速当然是可能的)并且比用于产生基础负载电力的正常操作流速大约33％。
73.具有匹配产生31.3m/s的流速所需的加仑/分钟的流速所需的足够的泵和泵送容量将是不困难的，尤其是因为将使用具有多种容易获得的尺寸并且具有多种能力的多个泵。例如，如果该单元的泵需要每分钟将大约197000加仑的水泵送到该储存箱中以便同时维持31.3m/s的最高目标流速向下通过具有28英寸的内管直径并且包含10个涡轮机/发电机的管的盘绕区段，这可以通过使用普通的离心泵来实现，离心泵直接连接到该地面箱或该单元底部的其他大体积水容器上。除了具有所有泵类型的最高流速之外(离心泵可以达到高达200000gpm的流速)，离心泵以可以用于多种多样的应用中的许多类型和配置出现。离心泵也是用于较低粘度(薄)液体的最佳泵选择，并且具有0.125hp至5000hp范围内的马力(hp)。但是，使用位于单元的底部处的离心泵可能最引人注目的原因是由于大容量泵的尺寸和重量以及它们提供利用大体积地面水容器中的大体积高压水的机会，这将在单元内的最底部点处处于其最高磅/平方英寸(pounds-per-square-inch，psi)压力。
74.因为流体静压力是由水的高度产生并且将由从储存箱中的液体表面向下至叶轮的眼部的中点的高度或竖直距离来测量，所以定位离心泵的理想位置使用所提供的多个端
口直接连接至地面箱的一侧或多侧或其他大体积水容器。储存箱的顶部与单元的底部之间的距离不超过85英尺(箱20英尺，管和下方地面箱大约65英寸)，在具有28”内径管的先前描述的(第一示例)单元中，具有足够量的泵头或者在抽吸头(或在泵入口处的压力)与排放头(或在泵出口处将水以期望的流速返回至存储存箱所需的压力)之间的差的30000gpm离心泵将有效地运行并且用于所描述的示例单元中。此外，使用30000gpm离心泵不仅使之有可能使七个30000gpm离心泵每分钟不断地将197000加仑的水泵送到该存储存箱中而没有困难，还产生将提供用于流体静压力的必要条件的部分真空或较低压力区域，流体静压力将包括在储存箱的上部中的压缩空气的压力以及由于系统中的水的高度而产生的水压力，用作操作压力，以每分钟恒定地将197000加仑的高压水推入泵的吸入侧而没有困难。
75.在示出如何确定若干示例单元的以米/秒(m/s)计的流速和以兆瓦(mw)计的剩余电量之前，将示出的第一件事是如何确定31.3m/s的目标流速。当然，找出物体在笔直降落50米之后行进多快的最简单的方式是简单地搜索它。但由于这是一种新技术，能够通过将自然现象与机械工艺相结合来产生剩余电力的极少数技术之一(海洋热能转换(otec)技术已经有100多年的历史，拥有多年来被授予的许多与该技术有关的批准的专利，包括美国政府和全球公司)，我们将进行计算。
76.存在可以用于确定由于重力加速度而下落的物体的撞击之前的时间和撞击时速度的两个简单等式：
77.(1)高(h)＝1/2重力(9.8m/s2)
×
秒的平方(s2或s
×
s)。
78.h＝1/2g
×
s2。
79.50m＝4.9m/s2×
s2。
80.s2＝50m
÷
4.9m/s。
81.s2＝10.2秒。
82.s＝3.194秒或撞击前的时间。
83.(2)速度(v)＝重力(9.8m/s2)
×
时间(秒)。
84.v＝g
×
t。
85.v＝9.8m/s2×
3.194秒。
86.v＝31.3m/s或撞击时速度。
87.水通过该系统的流速越大，流动通过该管的盘绕区段的水将会具有的动能量就越大，并且还可以由涡轮机/发电机收集和转换成电能的动能的量就越大。使用31.3米/秒的流速作为目标流速，需要确定的下一件事是具有28”内径管的第一示例单元的管的主区段中的水量。
88.1立方米(3.28118英尺
×
3.28118英尺
×
3.28118英尺)＝35.325立方英尺。
89.28”内径管＝管内每米14.032立方英尺水。
90.1000千克(或1立方米的水)＝2204.62磅。
91.1加仑水＝8.345磅。
92.1000千克水＝264.18加仑水。
93.264.18加仑(1000kg或1立方米)水
÷
35.325立方英尺＝7.478加仑水/立方英尺。
94.在管的区段内的每立方英尺区域中有7.478加仑的水并且该28”内径管的每米长度中有14.032立方英尺的水，可以计算该28”内径管的每米长度以及还有每100米长度中水
的加仑数。
95.在28”内径管的每米长度上的7.478加仑/立方英尺
×
14.032立方英尺水＝在28”内径管的每米长度上的104.93加仑水。而且，104.93加仑
×
100米的管＝在28”内径管的每100米长度上的10493加仑的水。
96.通过第一28”内径管示例单元具有长度为331英尺的管的主区段，在管的主区段中的水体积可以从10493加仑四舍五入到10500加仑(100米＝328英尺)。
97.因此，对于在第一28”内径管示例单元的管的主区段中已知的近似水量(10500加仑)，可以计算该单元的水流速度：
98.在管的主区段中197000gpm
÷
10500加仑水＝18.76次循环/分钟。
99.60秒
÷
18.76次循环＝3.2秒以完成每次循环。
100.100米
÷
3.2秒＝通过管的主区段的水的流速31.25m/s。
101.为了计算容量(由每个示例单元每小时产生的电力的兆瓦数)，最好通过确定系统内的水所具有的势能来开始。这可以使用公式e＝m*g*h容易地完成，其中：
102.e＝以焦耳计的产生的能量(j)。
103.m＝以千克计的水的质量(kg)。
104.g＝重力(9.8m/s2)。
105.h＝以米计的高度(m)。
106.使用公式e＝m*g*h，科学界已经确立了将1000kg(或1立方米)水升高1米(1000kg
×
9.8m/s2×
1m)时储存的势能等于9800j。由于1千瓦时(kwh)等于3600000j，通过将1000千克(或约264.18加仑水)升高1米(或约3.28英尺)，储存的势能为9800j
÷
3600000j＝0.00272kwh。因此，在将1000kg水升高50米(1000kg
×
9.8m/s2×
50m)时储存的势能将是490000j并且等于0.136kwh(490000j
÷
3600000j＝0.136kwh)，或每1000kg或大约2200磅的以我们的目标流速31.3m/s行进的水所具有的动能的估计量。
107.对于每分钟泵送回箱中的水的体积使用197000加仑/分钟：197000gpm
÷
264.18加仑水(1000千克＝264.18加仑水)等于745乘以1000kg除以197000gpm。
108.每分钟745次
×
0.136kwh等于每分钟通过每个涡轮机的水所具有的动能101kwh(或745000kg
×
9.8m/s2×
50m＝365050000j，以及365050000j
÷
3600000j＝101kwh)。
109.在总计101kwh的动能每分钟通过每个涡轮机并且每分钟具有197000加仑的水循环通过该系统的情况下，需要确定的下一数量是可由每个涡轮机/发电机每分钟收集并转换成电能的移动水所具有的动能量。由于从公布的研究中我们知道gorlov螺旋涡轮机可以提取高达35％的移动水的动能，因此我们可以计算：
110.101kwh
×
33％(在该示例单元中使用的螺旋竖直轴涡轮机的效率以及尽管如何使用弯曲插入件能够产生高达70％的效率)，以确定33.33kwh的能量可以由每个涡轮机每分钟提取。
111.然后，因为我们知道当前涡轮动力发电机的普遍接受的效率是约80％，我们可以计算：
112.33.33kwh
×
80％(发电机效率)＝由每个涡轮机/发电机每分钟产生的电力26.7kwh。
113.每分钟产生的电力26.7kwh
×
60分钟等于每小时由每个涡轮机/发电机产生的电
力1602kwh。
114.每小时由每个涡轮机/发电机产生的电力1602kwh
×
管的盘绕区段中的10个涡轮机/发电机等于每小时由10个涡轮机/发电机产生的电力16020kwh。
115.在确定了每小时这10个涡轮机/发电机可以产生的总电量的情况下，需要确定的下一数量是每小时由七个30000gpm离心泵消耗以确保至少197000gpm的水的稳定流动通过所有10个涡轮机/发电机的电量。在我们当地的泵分配器的帮助下，我们能够获悉，具有多于足够量的泵头的30000gpm的离心泵每分钟将大约28000加仑的水返回到储存箱中将需要约980kwh的电力来运行一小时。
116.980kwh
×
7个泵＝6860kwh。
117.因此：16020kwh(每小时10个涡轮机/发电机的电力输出)减去6，860kwh(每小时向七个泵供电的电力输入)等于每小时由第一28”内径管示例单元产生的剩余电力9160kwh。
118.9，160kwh
÷
1000(1mw＝1000kwh)等于该单元的电力容量的9.16兆瓦(mw)。
119.在一些实施例中，水分配能力将被结合到该系统中。水塔是支撑水箱的升高结构，水箱被构造成处于足以对用于分配可饮用水(饮用水)的供水系统进行加压的高度。即使在停电期间，水塔也能够供水，因为它们依赖于由水的升高(由于重力)产生的流体静压力，以将水推入家用和工业水分配系统中。然而，它们不能在没有电力的情况下长时间供应水，因为通常需要泵来重新填充箱。
120.虽然升高储水箱的使用自古以来已经以各种形式存在，但是在19世纪中期开发了用于加压的公共水系统的水塔的现代使用。可以使用多种材料来构建典型的水塔。在大多数情况下，通常使用钢和增强的或加压的混凝土。通常还结合专门的内部涂层以保护水免受来自内衬材料的任何不利影响。塔中的储层可以是球形、圆柱形、椭圆形，或者被构造成通常具有大约6米(20英尺)的最小高度和4米(13英尺)的最小直径的另一种形状。标准水塔还典型地具有大约40米(130英尺)的高度。
121.就本发明而言，这意味着在储存箱的底部升高34米(或大约112英尺)的情况下，当与使用距离储存箱下方大约65英尺的高度的第一示例单元相比时，该单元的发电容量也将增加。利用与第一示例单元相比附加47英尺的竖直距离来工作，通过简单地将管的盘绕区段中的盘管的数量从10加倍到20，管的盘绕区段中的涡轮机/发电机的数量也可以从10加倍到20，并且单元的容量实际上将大于加倍。这是因为该单元的132英尺的高度(箱20英尺，管和下方地面箱112英尺)将使地面箱中的水的流体静压力增加与30000gpm泵的排出口压力需要增加的量大致相同的量，以使高压水以期望的流速返回至储存箱。通过将管的主区段的长度从约100米(具有约10500加仑的水体积)加倍至约200米(具有约21000加仑的水体积)并且还将管的盘绕区段中的涡轮机/发电机的数量从10加倍至20，第一示例单元的9.16mw容量将在132英尺高水塔和水分配单元中加倍至超过25mw，因为使用回流箱，用于使水向上返回到储存箱中的电力将大致相同(或甚至略少)。
122.197000gpm
÷
在200m管中21，000加仑＝9.38次循环/分钟。
123.60秒
÷
9.33次循环＝6.4秒/循环。
124.200m
÷
6.4秒＝31.25m/s。
125.197000gpm
÷
264.18(1000kg或1立方米的水)等于745乘以1000kg除以197000gpm。
126.0.136kwh
×
33％
×
80％的每个涡轮机/发电机的效率＝0.036kwh。
127.0.036kwh
×
745＝每分钟涡轮机/发电机输出的26.82kwh。
128.26.82kwh
×
60分钟＝每小时输出的1609.2kwh。
129.1609.2kwh
×
20个涡轮机/发电机＝每小时输出的32184kwh。
130.980kwh(1小时运行泵的电力)
×
7个泵＝每小时7个泵的电力输入6860kwh。
131.32184kwh减去6860kwh＝每小时剩余的25324kwh。
132.25324kwh
÷
1000＝该单元的容量25.3mw。
133.但为什么要停止？由于管的主区段高度将加倍，为什么在管的盘绕区段中每个盘管的直径和周长也不加倍？通过将盘管直径从10英尺加倍到20英尺，每个盘管中的管的周长也将从31.4英尺加倍至62.8英尺。通过将管的盘绕区段中的20个盘管中的每一个的周长从31.4英尺加倍至62.8英尺，具有约21000加仑的水体积的约200米28”内径管将从约200米加倍至约400米，其中管的主区段内的水体积变为约42000加仑，28”内径管从储存箱的底部延伸至管的盘绕区段的端部连接至地面箱的位置。
134.197000gpm
÷
在400m管中的42000加仑＝4.69次循环/分钟。
135.60秒
÷
4.69次循环＝12.8秒/循环。
136.400m
÷
12.8秒＝31.25m/s。
137.管的主区段的总长度从约200米加倍至约400米，以及管的盘绕区段中的每个盘管的周长从31.4英尺加倍至62.8英尺，还将使得有可能将附加涡轮机/发电机添加至管的盘绕区段中的二十个盘管中的每个，并且在每个涡轮机/发电机之间仍具有大约30英尺的管。这意味着代替具有20个涡轮机/发电机来在约106英尺高的管的主区段产生电力，将有可用于产生电力的40个涡轮机/发电机，并且使用相同的七个30000gpm离心泵来这样做，以再次使该单元的容量加倍一倍以上。但是这次，该单元的估计容量将从已经令人印象深刻的全天候不间断产生的基础负载发电量超过25mw增加到超过57mw。
138.197000gpm
÷
265.18＝745。
139.0.272kwh
×
33％
×
80％＝0.036kwh。
140.0.036kwh
×
745次＝每个涡轮机/发电机每分钟输出26.82kwh。
141.26.82kwh
×
60分钟＝每小时输出1609.2kwh。
142.1609.2kwh
×
40个涡轮机/发电机＝每小时输出64368kwh。
143.980kwh
×
7个泵＝6860kwh。
144.64368kwh减去6860kwh＝57508kwh。
145.57508
÷
1000＝该单元的容量57.5mw。
146.自然地，本发明的具有较大总长度和高度的管的主区段、以及较大直径盘管和盘管数量的单元是可能的，并且将必定被构造在地面上方和下方、或两者的组合。类似地，在管的主区段中具有比28”内径管更宽的单元中将肯定需要甚至更大的涡轮机和发电机。同样地，更高容量的单元将几乎如确定地需要更大容量的泵来产生高流速，这将是充分利用在管的主区段中具有较大内径管的单元中的较大体积水所需要的。
147.关于泵的尺寸以及它们在实现本发明的目的中将如何有效：进行实验以便在不同情况下测试不同尺寸的泵。简而言之，在进行所有这些不同的测试之后，巨大结论是泵的尺寸完全不会影响泵在一端抽取水并且以其能够产生的任何流速推动或推出另一端的基本目的。只要有恒定的加压水供应到泵中，无论被测试的泵所泵送到更高的高度的的水的体
积如何，每分钟相同的水体积向下流动通过整个管的主区段。
148.使本发明的单元的效率和潜在容量最大化的另一种方式将是将一个或更多个管的主区段添加到储存箱的底部，连同维持通过所有涡轮机的目标流速所需的附加泵送容量，这包括将更多的泵添加到地面箱或其他大体积水容器。因为储存箱将已经被升高并且被支撑在该单元的管部分之上，所以添加附加管的主区段将是相对容易做到的。最困难的部分将是决定如何布置多个管的主区段使得它们彼此不干扰。这可以通过任何数量的方式来完成。它们包括：(1)将下行管定位在更靠近该储存箱的任一侧上的边缘并且具有从该箱的底部的边缘延伸出的管的盘绕区段的一半。(2)将四个下行管及其管的盘绕区段等距地间隔开地定位在该储存箱下方。但是不管它是如何完成的，因为储存箱和它是如何被支撑将是该单元的最昂贵的方面，所以添加一个或更多个附加管的主区段将是经济意义的。这包括使一个或更多个附加管的主区段中是笔直的、竖直的管的区段，该管的区段包括足够的涡轮机/发电机以产生剩余电力，或者将笔直的、竖直的管的区段添加到较短管的盘绕区段中，其中每个盘绕区段总共包括足够的涡轮机/发电机以产生剩余电力。在任一种情况下，具有足够数量的泵的单独的地面箱将使得可以用于产生剩余电力的任一管的主区段或任何其他管的主区段能够在需要时用于产生电力。
149.将由本发明使用以使单元的效率和潜在容量最大化的另一种方式将是使用人工智能(ai)和机器学习(ml)技术。通过将每个泵、电动机、阀、涡轮机、发电机、变频驱动或变速驱动、逆变器、变压器和控制系统变成智能设备，整个系统的效率通常将提高至少5％，并且可能提高更多。此外，通过使用智能传感器来监控单元的每个设备和方面，任何异常和不规则性将被报告并且能够被立即解决，潜在地节省了非常昂贵的修复。此外，出于网络安全目的使用ai技术将不仅有助于降低虚弱的网络攻击的可能性，而且还将降低昂贵的网络安全服务的成本。但是潜在地甚至更重要，ai和ml技术将使得该单元能够自动产生请求或期望的电量。
150.具有在任何时间在该单元的总容量内产生任何电量的能力将是极其有益的。这在电力需求可能将电网推到其极限的炎热或者寒冷的天气中将是特别真实的。在这种情况下，将能够利用超过铭牌容量的33％的额外容量，其优选地将构建到本发明的每个适当尺寸的单元中。将如何实现33％的额外容量将是简单地通过具有变频驱动器(ac电力)或变速驱动器(ac电力或dc电力)来降低该单元的铭牌容量或正常操作容量，变频驱动器或变速驱动器将优选用来控制泵的电动机的速度，从而将向下通过管的主区段的水的流速维持在例如约28.7米/秒，而不是先前约31.3m/s的最高目标流速。
151.对于向下流动的水，28.7m/s的正常操作流速将接近于物体由于重力加速度笔直降落42米之后在撞击时物体将行进的速度。并且28.7m/s(或64mph)的移动水所具有的动能量将比如果水的流速是31.3m/s(或70mph)时小约33％，其中移动水所具有的动能量可以通过每个涡轮机/发电机在具有28”内径管的单元中在管的盘绕区段中每分钟采集并转换成电能。
152.从单元的较高目标容量到正常操作容量的33％的减少将等于：(1)具有10个盘管、10个涡轮机/发电机以及28”内径管的85英寸高示例单元每小时输出从9.16mw降低至6.14mw，(2)具有20个盘管、20个涡轮机/发电机以及28”内径管的132英尺高示例单元每小时输出从25.3mw降低至16.85mw，以及(3)具有20个盘管、40个涡轮机/发电机以及28”内径
管的132英尺高示例单元每小时输出从57.5mw降低至38.33mw。虽然这些降低是显著的，但示例单元的计算是在gorlov螺旋涡轮机的效率为33％的情况下进行的。如前所述，测试表明，当将适当弯曲插入件放置在导管内以将流体流引导至涡轮机的叶片时，gorlov螺旋涡轮机能够提取高达70％的移动水的动能，从而提高效率和电力输出。
153.当本发明使用gorlov或其他螺旋竖直轴涡轮机时，如果使用弯曲插入件，则两个弯曲插入件将优选地沿着管的侧壁彼此相对放置。相反，当使用gorlov或其他螺旋水平轴涡轮机时，两个弯曲插入件将优选地沿着管的顶部和底部彼此相对放置。该插入件的曲率包括圆弧，一个在涡轮机的前缘附近并且另一个在后缘附近，其中弯曲区段沿着v形点汇合，该v形点尽可能接近叶片的轨迹，以便在叶片与管之间提供最小的间隙。明显地，如果使用插入件并且将螺旋涡轮机的效率从33％提高到66％，则在正常操作容量下操作时，所有示例单元的容量也将加倍，这必然是相当大的改进。
154.虽然当然不能如能够使单元的容量加倍那样令人印象深刻，但是增加本发明的单元每小时将产生的剩余电量和效率的另一种方式将是使用更大容量的泵以及优选地用于控制泵的电动机的速度的变频驱动器或变速驱动器，以显著地减少在单元的正常操作过程中由泵使用的电量。因为泵电动机消耗的电力与其速度的三次方成正比，如果泵以全速的80％运行，则其理论上使用全负荷电力的51％。这还意味着，如果泵以全速的70％运行，则包括运行变频驱动器或变速驱动器所需的电力的电力消耗将减少至少60％。例如，因为在由单元使用以有效地满足不同电力输出的泵中可以包括较小容量的泵，如果以全速运行的10000gpm泵被替换为以全速的70％运行的16750gpm，则10000gpm泵和16750gpm泵各自将具有约10000gpm的泵送容量。但由于16750gpm泵将以全速的70％运行并且使用不超过每小时全速它所消耗的大约525kwh的电力的40％，则16750gpm泵将仅使用每小时约210kwh(525kwh
×
40％＝210kwh)来恒定地将10000gpm泵送通过该系统。相比之下，以全速运行的10000gpm泵将消耗约280kwh以便每小时恒定地将10000gpm泵送通过该系统。自然地，如果对该单元所使用的所有泵进行了类似的操作，每小时使用少约25％的电力来操作整个系统将是有意义的改进。由于许多原因，在每个泵中具有可用的额外泵送容量也将是很好的。
155.在本发明的最多产的发电实施例中，将是在大水体(诸如海洋和海)中操作的那些。它们最令人印象深刻的特征之中将是它们使它们的管的盘绕区段向下延伸大距离的潜在能力。另一个令人印象深刻的特征是它们相当容易且有效地将水返回至其来源的能力。这是因为在水从周围水体进入单元之后，无论水是在表面处还是在较低深度处，单元底部处的底部箱中的水的流体静压力将与表面以下相同深度处的周围水体中的底部箱外部的水的流体静压力相同。
附图说明
156.图1示出了升高的储存箱的侧视图，其中箱释放阀在储存箱下方以及下行管的顶部在箱释放阀下方。
157.图2示出了下行管的侧视图，其中管的盘绕区段的短初始顶部件从下行管的底部延伸出来并且导向管的盘绕区段的若干盘管。
158.图3示出了在管的盘绕区段的第一盘管内且在管的盘绕区段的第一盘管顶部竖直定向的涡轮机/发电机的侧视图。
159.图4示出了涡轮机、连接器和发电机的大侧视图。
160.图5示出了管的地面区段的侧视图。
161.图6示出了管的主区段的侧视图，该主区段包括下行管、管的盘绕区段和管的地面区段、以及在管的地面区段中的单个涡轮机/发电机。
162.图7示出了由支撑柱和成角度的顶部件支撑在下方的储存箱的侧视图。
163.图8示出了具有四个支撑臂和管的盘绕区段的盘管的支撑柱的俯视图，四个支撑臂附接到支撑柱。
164.图9示出了五个圆形外支撑壁的俯视图。
165.图10示出了具有四个支撑臂的圆形外支撑壁的俯视图。
166.图11示出了五个圆形外支撑壁以及在五个圆形外支撑壁的顶部上的一个大储存箱的俯视图。
167.图12示出了本发明的单元的侧视图，该单元具有在主储存箱下方的较小水容器，以用于来自回流管的加压水由于流体静压力和大气气压而自由流入。第二回流管从较小水容器向上延伸到主储存箱。
168.图13示出了本发明的小容量单元的侧视图，该小容量单元具有两个回流管，每个回流管具有在管的盘绕区段的顶部附近的高度处附接到该回流管上的升高泵。
169.图14示出了附接到一对同类管的顶部上的一对同类泵的侧视图，该对同类管分支出较大直径的回流管。
170.图15示出了大体积地面管的侧视图。
171.图16示出了大体积地面箱的侧视图。
172.图17示出了具有地面箱和回流箱的单元的侧视图。
173.图18示出了本发明的单元的顶部的侧视图，该单元位于水体中，该单元包括浮动表面水平结构、下行管、以及管的盘绕区段的顶部。
174.图19示出了本发明的单元的侧视图，该单元位于具有引导线或缆线的水体中，引导线或缆线从该浮动表面水平结构向下延伸至混凝土锚定件。
175.图20示出了从1米到10米的某些深度处的流体静压力的图表。
176.图21示出了从10米到5000米的某些深度处的流体静压力的图表。
177.图22示出了位于水体中的表面下方并且由气囊保持竖直的本发明的单元的侧视图。
具体实施方式
178.附图中的任何部分都不是按比例绘制的，或者不必与在本发明的操作单元中可能找到的那些部分成比例。在一些实例中，某些特征可能被扩大以便更好地展示和解释本发明。所示出的所有部分仅旨在清楚地传达所涉及的概念和基本原理。此外，为了清楚和简洁起见，未示出一些连接和结构支撑和其他组件以及机械和电气组件和控制。此外，在可以用于本发明的成功操作的公知或普遍理解的部分的情况下，有时可以使用简单的几何形状来帮助描绘它们。附图从1(示例图1)开始连续编号，不同视图内的对应部分也是如此(示例：1、2、3、4、5
…
)。
179.如前所述，储存箱将通常涉及升高的或上部的水容器；箱释放阀将通常涉及用于
从箱的底部释放水或停止水流的机械化阀系统；下行管将通常涉及从箱的底部竖直笔直地向下行进的管的原始区段；管的盘绕区段将通常涉及下行管与管的地面区段或单元的底部处的地面箱之间的管的盘绕区段；回流管或上部回流管将通常涉及将用于使水返回至储存箱中的一个或更多个管。
180.除非更多描述性术语被认为更适合，否则水将用于描述将由本发明使用的液体。涡轮机将用于描述将用于收集流动水的动能的设备。发电机将用于描述将用于将由涡轮机转换成机械能的所收集的动能转换成电能的设备。连接器或水密连接器将用于描述将用于连接涡轮机和发电机的分离的轴的设备。
181.本发明的单元包括可以用于本发明的作为全功能发电设备正确操作的所有不同部件。术语单元的使用还可以用于描述本发明的任何全功能的实施例，实施例可以与本发明的其他单元组合以生产更大容量的发电设备。
182.将确定循环并且将其与一个或更多个泵在一分钟过程中返回储存箱或其他水源的水量直接相关。将以每小时产生的电力的兆瓦(mw)来描述本发明的单元的容量。将以米/秒(mps或m/s)来描述通过该系统的部件的水的流速。将以加仑/分钟(gpm)来描述泵的尺寸和容量。
183.重力、流体静压力和大气压力是自然力，自然力对于本文描述的本发明的不同实施例的成功操作而言将继续是有益的和/或必不可少的。当描述泵如何与来自重力、气压(大气压或压缩)或机械产生的压力、以及将能够在泵与储存箱或其他水源中的水之间产生稳定(虹吸状)的水流的流体静压力的有益效果结合时，将继续使用由泵产生的部分真空或较低压力区域，其中，水的流速通过由泵泵送的加仑/分钟的数量来控制，该泵耦接至合适的导管，该导管用于使加压水返回至储存箱或其他水源。
184.储存箱的上部中的压缩空气用于将恒定压力施加到储存箱中的水的表面，使用泵来使水返回至该储存箱以便产生通过该系统的连续水流，将泵附接至该地面箱或其他导管上以便产生该系统的水密的且气密的封闭部分，该封闭部分从泵一直延伸回到该储存箱内的水的表面，使用泵来增加和控制通过该系统的水流，使用泵来控制由该发电设备产生的电量，使用泵来增加水通过管的盘绕区段中的所有涡轮机的流速，使用该压缩空气来增加水通过管的盘绕区段中的所有涡轮机的流速，使用该压缩空气和泵来增加该水所具有的动能以及每分钟与涡轮机相互作用的受激励水的量，使用水的流体静压力来增加泵的效率并且减少用于使加压水返回至储存箱的电量，使用回流箱和简单的水置换有效地使水返回至储存箱，而不管水有多高，以及使用重力、动量、压缩空气和泵来产生以约31.3米/秒的最高目标流速通过涡轮机的水的流速(尽管更高的流速当然是可能的)，管的盘绕区段将继续成为ffwn清洁能源发电设备核心的一些重要要素和创新的新概念。
185.本发明的实施例是本发明的特定实例，可以实现或实施本发明的各种方式之一的示例。在说明书和权利要求中也使用实施例以使专利中所要求保护的保护范围最大化。
186.存在本发明的许多不同的潜在实施例。它们包括陆基的本发明的实施例，以及在水体内操作的本发明的实施例。本发明的其他实施例甚至可以用作空间中的航天器的电源。
187.从位于陆地上的本发明的实施例开始，它们将优选地利用升高的水源，诸如构造良好的储水箱1(见图1)。升高的储存箱1将为将通过本发明用于发电的向下流动的水提供
源，以及通过利用自然重力使用升高的储存箱1中的水以在储存箱1中的水的表面下方的单元的气密和水密部分中产生流体静压力。此外，储存箱1到外部大气的适当排放还将使得储存箱1内的水能够促进整个系统中的大气压力的有益效果。类似地，通过使储存箱1的内部是气密的且水密的，可以通过引入压缩气体(优选压缩空气)或通过使用机械装置来增加施加到储存箱1内的水上的压力，其中施加到储存箱1中的水表面上的压力还将系统内的水的流体静压力增加相称的量。
188.关于储存箱1的位置，本发明的多个实施例是可能的。它们包括储存箱1在地面上方的不同高度处升高以便使能够产生的流体静压力和电量最大化的配置。其他配置将使储存箱1位于地面处或地面以下。
189.在储存箱的底部处是机械化箱释放阀2。优选地电动箱释放阀2将能够用于释放和停止水从箱1的底部流出和向下流动。这在本发明的潜在实施例中将是尤其有用的，实施例主要依靠自然重力、流体静压力和大气气压的有益效果来产生剩余电力。
190.在穿过释放阀2之后，水的初始向下流动将笔直向下穿过下行管3。除了耦接到释放阀2之外，可以耦接到箱1的底部的下行管3将优选地竖直笔直向下延伸在储存箱1的底部与该单元的底部之间的总距离的约20％。这将继续是这种情况，直到下行管3的长度变得足以用于该单元的高度，包括在该单元的底部处于或低于周围地面的情况下。
191.下行管3将首先竖直向下延伸的一个原因是，向下流动的水在离开储存箱1之后将有机会由于重力而尽可能快地加速。该下行管将优选地首先竖直向下延伸的另一原因是，因为它将给予本发明在它被用于开始发电之前将水机械地加速到所期望的或目标流速的机会。使下行管3在顶部处比在底部处具有更大的内径也将有助于增加向下流动的水的速度。
192.下行管3通过水平转动并且通过管的短件连接至管的盘绕区段4的顶部而将其竖直路径笔直地向下结束，该管的短件开始管的逐渐向下前进的盘绕区段(见图2)。
193.在主要依靠自然重力、大气压力和流体静压力来产生通过管的盘绕区段4的稳定水流的本发明的实施例中，下行管3和管的盘绕区段4将优选地两者均由相同的材料制成并且具有相同的内径管。下行管3和管的盘绕区段4还优选地被制成不具有接缝或连接件的一个连续件。这可以通过使用可用的最先进且成本有效的3d打印技术来构造而潜在地完成。
194.如图2和图3中的较大视图所示，管的盘绕管区段4的每个盘管将优选地包括至少一个组合的涡轮机/发电机5单元，用于收集流动水的动能并且将其转换为电能。
195.在本发明的较小容量的单元中，每个涡轮机/发电机5将主要并且优选地包括螺旋竖直轴涡轮机6、水密的且气密的中心连接器7以及轴驱动的旋转发电机8(见图4)。除了优选地在中心连接器7的任一侧上具有凹形端(未示出)以用于以水密的且气密的方式连接涡轮机6和发电机8的相对轴之外，中心连接器7将优选地具有制动和锁定能力(也未示出)。
196.通过使用管的盘绕区段4，当与箱1的底部与管的地面区段9的底部之间的总分配距离相比时，从箱1的底部向下延伸的管的三个主区段(参见图5)的总长度可以容易地增加十倍。
197.为了简洁和简单起见，有时将管的三个主区段(包括下行管3、管的盘绕区段4、以及管的地面区段9)的任何组合描述为管的主区段10(见图6)。
198.在主要依靠自然力来产生电力的本发明的不太强大的实施例中，如同从水塔中分
支出来的市政水管线如何可以延伸几英里并且仍然向家庭和企业提供加压水，如果管的单区段被耦接至管的盘绕区段的端部，它将包含可以用于不仅仅增加水返回至原始来源的效率的加压水。这包括使管的地面区段9沿着各种的路径水平地延伸，以便延伸管的主区段10的总长度以及可以用于发电的涡轮机/发电机5的数量。一种这样的配置(也如图6所示)包括向管的地面区段9添加用于发电的至少一个涡轮机/发电机5。可以用于添加一个或更多个涡轮机/发电机5的另一个配置(或实施例)将是将笔直的竖直管的区段(未示出)添加到管的盘绕区段的端部。
199.在许多情况下，管的盘绕区段4的盘管内的水的重量(尤其在本发明的较大实施例中)将需要使用外部结构支撑件。确定管的盘绕区段4中的盘管将如何由外部结构支撑件支撑，将主要取决于管的盘绕区段4中的盘管是否高于周围地面或位于周围地面下方。
200.在当管的盘绕区段4的盘管位于周围地面上方的情况下，因为储存箱1将优选地由位于中心的支撑柱11支撑(如图7所示)，管状钢支撑柱11也将能够用于支撑管的盘绕区段4的单独的盘管，其中当利用比下行管3的底部更宽的直径顶部时，该管状钢支撑柱11将具有成角度的顶部件12以帮助更好地平衡箱1的重量以及为箱释放阀2并且为下行管3的更宽直径的顶部提供更多的空间。
201.通过优选地将四排钢支撑臂13(尽管更多的钢支撑臂肯定是可能的)连接到钢支撑柱11的侧面以在四个等距间隔开的位置中支撑管的盘绕区段4的每个盘管(参见图8)，将充分地支撑每个盘管中的水的重量。自然地，管的内径和管的盘绕区段4中的盘管的周长越大，则支撑臂13将被制造得越大且越坚固。
202.在管的盘绕区段4的盘管位于周围地面上方和下方时，因为储存箱1将仍被升高并且需要被支撑，所以位于中心的钢支撑柱11将优选地再次用于执行支撑储存箱1并且提供连接钢支撑臂13的坚固结构的双重作用，钢支撑臂13将优选地用于支撑在地面之下的管的盘绕区段4中的剩余盘管。
203.在管的盘绕区段4的盘管全部位于周围地面下方时，由于优选圆形的外支撑壁14(参见图9)还将能够用于支撑储存箱1以及提供了将钢支撑臂13连接到外支撑壁14上的牢固的结构，外支撑壁14将优选地由再利用塑料制成，该再利用塑料被再用于形成建筑块(类似大型乐高的种类)来阻挡周围的污垢，储存箱1将优选地搁置在圆形外支撑壁14的顶部上并且具有类似的圆周。在这种情况下(见图10)的主要区别在于，除了更短以外，因为如果它们不用于支撑与使用螺旋水平轴涡轮机的较大容量单元一起使用的大发电机的重量，则它们不必延伸得那么远，(仍将支撑每个盘管的)四排钢支撑臂13将从圆形外支撑壁14中延伸并且优选地竖直附接(一个在另一个之上)至优选地钢轴，该钢轴还将用于帮助将圆形外支撑壁14的优选地分层的建筑块对准并保持在适当位置，并且还提供附加结构支撑。
204.在储存箱1位于屋顶的顶部或是建筑物或其他结构的屋顶系统的一部分时，可以使用某种壁、或位于中心的钢支撑柱11、或其他钢或类钢结构、或它们中的任何的组合或其他类似结构来执行使用钢支撑臂13或其他装置来支撑储存箱1和支撑管的盘绕区段4的盘管的作用。在多于一个本发明的单元通过单个、大型高架储存箱1或类似结构共享和供给水的情况下，这也同样适用(见图11)。
205.如图12所示，利用使用单个地面管9和单个回流管16的本发明的实施例，以相对容易的方式将水返回至储存箱1，将设立平台形式的支撑结构，该支撑结构将优选地位于紧邻
下行管3的开放空间中的储存箱1下方，并且用于保持较小的水容器15，以用于来自回流管16的加压水由于大气压力和流体静压力以优选地超过每秒两米的流速自由地向上流动并进入较小的水容器15。一旦进入比储存箱1更高的小得多的水容器15中，优选地位于较小的水容器15中的潜水泵(未示出)将以至少与自由地流动通过管的主区段10并且流出回流管16的顶部而进入较小的水容器15中的加压水的量保持同步的速率来有效地将水竖直地向上泵送该距离的剩余部分而进入储存箱1中。
206.在研究人员测试期间，即使流速低至每秒两米(4.474mph)，gorlov螺旋竖直轴涡轮机(美国专利no.5,451,137和美国专利no.5,642,984)当将适当弯曲的插入件放置在导管内以将流体流引导至涡轮机的叶片时，能够提取高达35％的移动水的动能以及高达70％的移动水的动能，从而提高效率和电力输出。在图12所示的本发明的实施例中以及在相似的实施例中，进入较小的水容器15中的水的流速将由回流管15的开口端与储存箱1内的水的高度之间的高度差确定，其中大气压力和流体静压力可将水的稳定流向上推动并且进入较小的水容器15所产生的流速随着两个高度之间的距离的增加而增加。因此，如果与每个涡轮机6相互作用的水的流速为至少两米/秒(这可包括增加管的盘绕区段4中的管的内径，或增加储存箱1的高度和储存箱1内的水的高度，或延伸下行管3的长度，或将较小的水容器15放置在管的盘绕区段4旁边)，意味着能够提取移动水的高达35％的动能，并且因为每分钟与每个涡轮机6相互作用的水的体积将与每分钟进入较小的水容器15的体积相同，简单的数学告诉我们，如果在管的盘绕区段4中存在足够的涡轮机/发电机5以在每分钟组合时产生比由泵每分钟消耗的设定量更多的电力，该系统将产生剩余电力。
207.如果图12中所示的单元在每个盘管中具有单个涡轮机/发电机5，其中每个盘管具有10英尺的内径并且在每个涡轮机/发电机5之间具有约30英尺的管。通过简单地将盘管的直径从10英尺加倍到20英尺，可以向每个盘管增加附加涡轮机/发电机5。这将导致管的盘绕区段4中的所有涡轮机/发电机5每分钟产生的电量加倍，而每个涡轮机/发电机5之间的管的长度仍将大约为30英尺。类似地，通过将盘管的直径增加三倍到30英尺并且每个盘管增加第三涡轮机/发电机5，由所有涡轮机/发电机5产生的电量将增加三倍。如果盘管直径增加至40或50英尺，则相同的模式也适用。
208.除了更大直径的盘管和每个盘管的附加涡轮机/发电机5之外，还将优选地随着盘管直径的增加而增加管的盘绕区段4中的管的内径以及管的主区段10的剩余部分。而且，通过具有进入较小的水容器15的水的流速并且与由回流管16的开口端与储存箱1内的水的高度之间的高度差确定的所有涡轮机/发电机5相互作用，在管的盘绕区段中具有几十个盘管显然是可能的。能够将这样多的涡轮机/发电机5添加至该单元，同时穿过所有涡轮机6的水量同时被泵送到储存箱1中，毫无疑问的是可以构建具有合理数量的盘管的单元，该单元可以产生剩余电力的稳定供应。
209.在本发明的更优选的实施例中，尽管仍有可能的是这些较低容量的实施例之一，代替使用大气压力和流体静压力来将水向上移动到中间水容器中以便产生水流并且缩短水需要返回到储存箱1的距离，储存箱1将不再是通风的并且将反而被制成气密的且水密的，因此储存箱1的上部可以填充有压缩气体，优选压缩空气。因为对于从储存箱1中的水的表面到系统中的最低点的每10m或大约33英尺的水深，在单元的底部处的水的流体静压力将为14.7psi(磅/平方英寸)，加上由在储存箱1中的水的表面上向下推动的空气所提供的
压力(大气空气压力在海平面处为14.7psi)，通过用高于14.7psi的压缩空气填充储存箱1的上部，单元底部处的水的流体静压力将与压缩空气的增加的压力相称地增加。
210.除了通过将压缩空气引入储存箱1的上部来增加单元底部的水的流体静压力的可能性之外，由于流体静压力(该流体静压力与从表面测量的深度成比例地增加，这是由于从上方施加向下的力的水的重量增加加上作用于水表面的任何压力)还将使至少一个泵17连接至被结合到系统中的每个回流管16的顶部(见图13)。通过直接附接到回流管16的顶部，泵17将能够增加水通过回流管16的向上流速，而不是逐渐减慢，即使在由储存箱1的上部中的压缩空气提供的所有附加压力的情况下，因为由流体静压力提供的操作压力通常开始减小，这有助于将水向上推。泵17在回流管16中机械地产生的水的加速将不仅增加贯穿系统的水流的总速率，而且通过将泵17直接附接至回流管16的顶部并且具有从泵17的顶部向上延伸至储存箱1的上部回流管18，其将这样做，并且仍然能够充分利用由流体静压力提供的有益效果。这是因为泵17将产生大量附加水流速度(尤其是作为现在是封闭系统的一部分)，并且在增加流动通过管的盘绕区段4中的涡轮机6的水的流速方面是非常有效的，通过储存箱1的上部中的压缩空气向储存箱1中的水的表面施加恒定压力，这已经有可能显著增加，其中该封闭系统包括从泵17的入口或抽吸侧向下返回穿过回流管16并且然后向上返回通过管的主区段10到达储存箱1中的水的表面的部分。
211.在储存箱1的上部中截留了足够量的压缩空气，以及泵17结合到耦接到回流管16的顶部上的系统中，以及由泵17在它们的正常操作期间产生的部分真空或较低压力区域投入良好使用以增加和控制水通过水密的且气密的系统的流速，将泵17附接至回流管16的另一个益处是它们还将如何提高发电设备的总效率和容量。事实上，如果适当地完成，则通过将泵17直接附接至回流管16，或者甚至更好地，直接附接至较大直径和体积的管的地面区段9或单元底部处的地面箱(其还将使得能够将更大、更强大和增加数量的泵17结合到系统中)，使用一个或更多个泵17来产生封闭系统具有使发电设备的容量显著增加至远超过仅使用自然力可能的容量的潜力。这包括将尽可能多的涡轮机/发电机5放置在管的盘绕区段中4，在操作上尽可能地超出向下流动的水有机会实现由泵17控制的目标流速的点，其中涡轮机/发电机5具有以比重力、流体静压力和大气压力可以通过管的盘绕区段4产生的流速快得多的流速正常操作的能力。
212.通过使用泵17产生封闭系统将提高发电设备效率的最重要的方式之一必须与系统的泵17如何工作和进入泵17的水的压力可如何利用有关。这是因为，在产生泵17操作所需的部分真空或较低压力区域的同时被叶轮减小相对较小的量之后，进入泵17的水的压力将能够从使水返回并以期望的流速返回储存箱1所需的出口排出压力中减去。这意味着无论水压进入泵17之前如何，水压通常都比水进入泵17之后多约14.7psi(或海平面处的大气压力并且通常大约水压下降以产生部分真空或较低压力区域的压力)，并且泵17将仅需要弥补进入泵17的水压和无论如何以期望的流速将水返回至储存箱1所需的出口排出压力之间的差，在这种情况下，由于该系统是如何配置的，在储存箱1的上部中的压缩空气的压力就是多少，这还意味着只要在储存箱1的上部中的压缩空气的压力足够高以驱动恒定的水流通过管的主区段10并且向上进入泵17中以便产生该启用ai的控制系统所针对的任何流速，泵17将能够定位在沿回流管16的竖直长度的任何位置处，而其效率差异很小，意味着用于运行泵17的电量不会变化很大。
213.如果结合到系统中的泵17与地面管9连接或连通，或者泵17连接至回流管16的顶部并且泵1的排出口直接连接至储存箱1，这也将适用。这是因为无论泵17在何处连接到用于使水返回至储存箱1的一根或更多根导管上，泵17还将仅需要弥补进入泵17的水压与将水以所期望的流速返回至储存箱1所需的出口排放压力之间的差。由于流体静压力(该流体静压力与从表面向下移动的测量深度成比例地增加，这是由于水的重量增加而从上方施加向下的力加上作用于水表面上的任何压力)，由于从上方施加向下的力的水的重量减小，因此与从单元的底部向上移动的测量深度成比例地减小，但是依然包括作用在储存箱1中的水的表面上的任何压力，当泵高度升高或降低时流体静压力的损失或增益基本上等于将水返回至储存箱1所需的减小的或增加的压力，意味着运行泵17以使加压水返回至储存箱1所需的电量将大约相同，而不管泵17位于何处。
214.为了更好地理解向储存箱1的上部中添加压缩空气将如何影响水从单元的底部向上返回并进入储存箱1的能力：如果储存箱1的上部的一英尺的顶部填充有300psi的压缩空气并且在储存箱1中的水的表面与单元的底部的水之间存在100英尺，800英尺高的回流管将填充有超过770英尺的水。换言之，如果储存箱1的上部的一英尺的顶部填充有300psi的压缩空气，则增加的压力将像向典型地20英尺高的储存箱1增加超过另外650英尺的高度并且将其用水填充。当然，如果需要，可以容易地使用高于300psi的压缩空气，以使一个或更多个泵17达到并维持水通过管的盘绕区段4中的所有涡轮机6的目标流速。
215.在储存箱1的上部中使用由压缩空气提供的巨大压力的能力将具有若干重要的益处。首先，将能够使向下流过管的盘绕区段4中的所有涡轮机6的水的流速最大化。这是因为施加在储存箱1中的水的表面上的巨大压力不仅使之有可能显著地增加向下流动通过管的盘绕区段4中的所有涡轮机6的水的流速，而且它还使之有可能显著地增加水所具有的动能并且还显著地增加每分钟与管的盘绕区段4中的涡轮机6相互作用的受激励水的量。随着水的动能以及与涡轮机6相互作用的受激励水的量显著增加，由管的盘绕区段4中的所有涡轮机/发电机5每分钟产生的电量也将显著增加。
216.通过具有从每个较大直径回流管16分支的一对分支管(或同类管19)(参见图14)并且向上延伸避免来自管中的弯曲的任何复杂性所需的距离，本发明的具有包括在系统中的每个泵17的备用泵17的目的可以在具有升高泵17的单元中实现。每个同类管19然后将具有它们自身(优选地竖直离心泵，尽管也可以使用抽吸泵和其他类型的泵)的牢固地附接到同类管19的同类泵17，该同类泵17将能够使用气密的且水密的上部回流管18将加压水返回剩余距离进入储存箱1中，其中由在水密的且气密的系统中操作的泵17的能力进一步增强该加压水，并且该加压水从由泵产生的部分真空或较低压力区域受益。启用ai的控制系统将确保每个泵17被使用和静置相等的时间量，并且预测分析将能够检测任何异常和不规则性并在发现时报告它们。如果需要修理或更换泵17中的一个，或者仅仅经历定期维护，那么它的同类泵17将能够充满全部时间而不中断发电设备的电力生产。
217.本发明的其他小规模容量的实施例(意味着那些优选地每小时产生小于1mw的电力的实施例)可以使用一个或更多个泵17来操作，以便通过优选地直接耦接到较大直径的地面管9上来满足它们的加仑/分钟的泵送需要，该较大直径的地面管9在与耦接到管的盘绕区段4上的端部相对的端部处被密封。这还意味着，小规模容量单元可以操作，使得超出满足该单元的每分钟加仑泵送需求所需的一个或更多个附加泵17包括在泵17之中，泵17通
过气密的且水密的连接耦接至较大直径的地面管9，其中附加泵17能够用作备用泵并且与结合在该系统中的其他泵17共享泵送责任。
218.能够匹配产生通过管的盘绕区段4的31.3mps的目标流速所需的加仑/分钟(gpm)泵送容量将典型地采取更大、更强大和增加数量的结合到系统中的泵17。这些大容量泵17(未示出)将优选地放置在地面处并且优选地使用构建到地面管9的圆形侧面中的多个端口21或使用构建到地面箱20的侧面中的多个端口直接耦接至气密的且水密的圆形或环形的大体积地面管9(见图15)或大体积地面箱20(见图16)，其中地面水容器优选地耦接至管的盘绕区段4的端部。由于地面管9和地面箱20均可以制成非常大的且是气密的且水密的，因此在利用位于中心的钢支撑柱11来支撑储存箱1的单元中可以更好地选择大体积的地面管9，并且在利用圆形外支撑壁14或与建筑物或其他结构和各种结构组件组合以支撑储存箱1的单元中可以更好地选择大体积的地面箱20。
219.在本发明的主要使储存箱1的底部在地面管9或地面箱20的底部上方小于100英尺的大规模实施例中，在许多情况下使用牢固地耦接到多个离心泵17的排出口上的回流管16将加压水笔直地返回到储存箱1。这在很大程度上由于地面管9或地面箱20中的水的流体静压力而将是非常有效且经济的，这将是系统内水的总高度加上储存箱1的上部中的压缩空气的压力的直接结果，以及在通过叶轮减小相对小的量以产生泵17操作所需的部分真空或较低压力区域之后，如何能够将进入每个泵17的水的压力从出口排放压力中减去，该出口排放压力是使用回流管16在相对较短的距离内以所期望的流速将水直接泵送回并进入储存箱1所需的压力。
220.在本发明的主要使储存箱1的底部在地面管9或地面箱20的底部上方多于100英尺的大规模实施例中，加压水将优选使用回流箱22返回到储存箱1中(见图17)。图17示出了使用回流箱22的ffwn清洁能源发电设备的高效实施例，该回流箱22将采用八个泵(未示出)，该泵将通过任一侧上的四个端口21直接连接至梯形地面箱20并且优选用于生产大量全天候不间断、基础负载、100％的清洁电力。由于地面箱20和回流箱22的底部处的水的流体静压力如何通过使它们彼此水平而优选地相同，泵将能够非常有效地将加压水从地面箱20移动到回流箱22中，然后通过简单的水置换，自动返回与进入回流箱22的加压水等体积的稳定水流，一直返回并进入升高储存箱1，不管有多高，其中回流箱22将垂直于梯形地面箱20，因此八个泵17将具有从泵排出口延伸到回流箱22中的对应端口21(不可见)的管的笔直区段。
221.将优选地从该单元的底部延伸直至主储存箱1的顶部或主储存箱1的顶部的附近的回流箱22也将优选地放置在管的盘绕区段4的侧面附近并且优选地在顶部附近具有大开口，这使得储存箱1和回流箱22内的水位可以是相同的。因为水将不再需要抵抗重力被泵送至储存箱1，因为来自泵与回流箱22之间的管或导管的壁的摩擦将小于来自较长的回流管16中的壁的摩擦，由于泵17将如何有效地将加压水从地面箱20直接移动到回流箱22中处于相同高度的等压水中，这是由于进入泵17的水的压力将如何从排出口处需要的压力中减去，以将水以期望的流速移动到回流箱22中以完成电力生产循环，泵17将使用较少的电力，这也将意味着发电设备每小时将产生更多的剩余100％清洁电力。
222.自然地，通过最大化管的盘绕区段4中的盘管的数量和储存箱1的高度，可以从回流箱22及其简单的水置换的使用来使水返回并进入储存箱1中来实现更大的能量节省。本
发明的地上和地下的实施例中，使每个盘管的盘管和涡轮机/发电机5的数量最大化也将显著增加它们的容量。当然，可以添加更多的盘管及其适当数量的涡轮机/发电机5，而不需要更多的泵17，因为将甚至更大的流体静压力水返回至其原始源所需的泵送容量的量以及操作泵17所需的电量将很大程度上是不带电的，这是由于每分钟产生通过管的盘绕区段4中的所有涡轮机6的相同流速的水量将很大程度上是相同的并且在从储存箱1中的水的表面测量的相同深度处的地面箱20和回流箱22中的水的流体静压力(虽然更大)将相同。唯一的主要变化将是大泵17的排出口压力限制将如何与地面箱20中的增加的流体静压力相称地增加，该增加的流体静压力是由于系统内水的增加的高度和压缩空气的压力的任何增加。
223.使用泵17和储存箱1中的压缩空气来使通过管的盘绕区段4中的所有螺旋涡轮机6的水的流速最大化将是本发明的这个和其他大规模实施例将能够产生如此多的电力的主要原因。不仅通过增加移动水流速而增加移动水所具有的动能，而且通过增加流速，每分钟与涡轮机/发电机5相互作用的受激励水的量也将增加。例如，仅通过将流速从优选的正常操作28.7m/s(或大约64mph)增加到31.3m/s(70mph)，涡轮机/发电机5可以每分钟收集并转换成电能的动能的量将增加大约33％。
224.除了在泵17的叶轮的眼部处产生的部分真空或较低压力区域之外，泵17将能够控制和增加移动通过该系统的水的流速的主要原因，从单元首次开启时开始，并且变频驱动器或变速驱动器优选地使得泵17开始将流速从零逐渐增加，直到管的盘绕区段4中的水达到目标流速，这是因为由于系统中的水的高度加上储存箱1的气密上部中的压缩空气以及在储存箱1内的水的表面上通过相当大的压力将如何不断地向下推动，在地面箱20中将存在相当大量的流体静压力。从上方不断向下推动的压缩空气和单元底部的流体静压力的这种组合(这种组合必然能够将地面箱20中的水自身推动到泵中)，连同来自重力和动量的一些附加辅助，将能够推动来自储存箱1的稳定的水流向下通过下行管3和管的盘绕区段4，随着流速增加，进入地面箱20中，并且最后进入在离心泵17的叶轮的眼部处的部分真空或较低压力区域中。
225.gorlov螺旋涡轮机6在基于升力的概念下操作，因此水将在涡轮机6收集流经该涡轮机6的水的动能时扫过该涡轮机6。尽管如此，本发明的大容量单元中的螺旋涡轮机6的潜在的高每分钟转数(rpm)是另一问题，其需要通过更坚固的组件和工程来解决。首先，由于发电机8和伴随组件的尺寸和重量，螺旋水平轴涡轮机6将优选地与本发明的大规模实施例一起使用。使螺旋涡轮机6由可获得的最无腐蚀性且耐用的金属或复合材料(包括钛和不锈钢)构成也将是优选的。至于通过螺旋涡轮机6解决非常高的rpm的可能性(这可导致所谓的固化)的最优选的方式，将是使用高瓦特数和高扭矩发电机。另外，由于发电机是将转矩(旋转力)转换为电力的设备，由发电机产生的发电量与由涡轮机6向发电机8供给的转矩的量成正比，通过增加由机械装置(优选地使用齿轮或传动装置)或电子装置(优选地使用扭矩控制器，如有时风力涡轮机会响应高风速所做的那样)或以上两者旋转涡轮机6的轴所需的扭矩，涡轮机6旋转的速度将减小，同时继续收集相同量的动能并将其转换成电能，因为流动水具有的动能将相同。
226.如研究者的测试已经示出的，使用高瓦特数、高扭矩发电机8和降低涡轮机6旋转的速度的其他装置也将降低螺旋涡轮机6对水流的阻力或阻碍。因为螺旋水平轴涡轮机6将优选地具有从该涡轮机6的两端延伸出来的中心轴，所以本发明还将优选地使用两对高强
度轴承和轴承壳体来在快速流动的水的流速被泵17提高到非常高的速度时对涡轮机6的每个端部提供支撑。涡轮机6与发电机8之间的轴承壳体将优选地在连接器7内，并且相对的轴承壳体将优选地以一种优选地不阻碍水流的方式牢固地耦接到管的相对侧上。从管外侧触及相对的轴承和轴承壳体也将是优选的。此外，对于更高瓦特数、更高转矩发电机8的增加的成本将几乎肯定地通过涡轮机6和发电机8上的减小的磨损和撕裂来补偿，并且还导致减小的维护成本。
227.对于本发明主要依靠自然力或从操作观点来看仅使用大气压的那些的潜在的实施例，适当的通风也将是重要的。这就是为什么在适当时储存箱1将优选地使用多个通风口通过储存箱1的顶部排出到外部大气的原因，以及为什么将优选地在箱1内的水的表面上方存在用于大气的空间的原因。除了由在储存箱1内的水的表面上不断向下推动的大气压力提供的所有益处之外，用于大气的空间将允许来自回流管16的水自由地流入箱1的顶部，而不遇到任何水(仅空气)。通过这样做，附加涡轮机和发电机可以潜在地放置在箱1内的水的表面上方的空气空间内，以便在来自回流管16的自由流动的水进入箱1并向下跌落之后收集该水的一些动能。
228.水从该系统的蒸发是在本发明的潜在实施例中将需要用适当的补救措施解决的另一个问题，潜在实施例使用大气压力将水在整个系统中移动。这同样适用于本发明的所有实施例中由于泄漏引起的水损失。如果这样做是有意义的，可以通过不同的方式来减轻通过箱1的顶部处的通风的蒸发或通过来自系统的任何部分的泄漏的水损失。但是替换整个系统中损失的水的优选方式将是为每个单元提供补充水源，当需要时，该补充水源将优选地被启用ai的控制系统访问。市政水管线和/或储存箱将当然是在补充水源的潜在选项之中，补充水源可以在夜间或在低能量需求的其他时间(如用典型的市政水塔进行使)被泵送到储存箱1中。
229.关于用作用于家庭、商业、100％清洁基础设施和工业目的的水分配系统的一部分的本发明，如图12中所示，本发明的原始实施例与典型的基于水塔的市政水分配系统结合，以利用该水塔来产生可以由市政使用的基础负载、清洁、电力和/或为其提供收入来源。除了使储存箱1的底部优选地升高至少30米(或约100英尺)以产生水分配系统正确操作所需量的流体静压力之外，基本上将需要添加到依赖于大气压力以保持水通过该系统的能量产生部分的稳定流动的单元中的全部将是单独的水管线，该水管线可以附接至储存箱1的底部并且从该底部向下延伸大约可以充分紧固和支撑的任何地方。一旦处于地面，添加的水管线可以与来自市政水塔的任何其他水管线一样用于水分配目的。然后，当然，如果使用被管输送到储存箱1的气密上部的压缩空气来提高向下通过管的盘绕区段4的水的流速的本发明的高得多的容量的实施例，具有用于饮用水的独立部分的更大的储存箱1将优选地是如何构造组合的能量产生和水分配单元。
230.水通过该系统的流速越大，向下流动通过管的盘绕区段4的水将会具有的动能量就越大并且每分钟与涡轮机/发电机5相互作用的高受激励的水的量就越大，当结合高受激励的水时，高受激励的水将会显著地增加可以由涡轮机/发电机5收集和转换成电能的动能的量。为了描述的目的，使用31.3mps的目标流速作为可获得的流速，以使系统的效率最大化，每分钟循环通过系统的水的体积和在整个系统中部署的涡轮机/发电机5的数量将是关于单元的容量将如何大的其他主要决定因素。
231.如前所述，能够使用高压缩空气以比由大气压力可提供的压力高二十(300psi)至五十(800psi)倍的压力持续向下推动储存箱1中的水的表面将使得有可能显著地增加向下通过管的盘绕区段4中的所有涡轮机6的水的流速并且有助于使发电设备的电输出最大化。对于背景，在储存箱1的顶部1英尺中的300psi的压缩空气将等同于将储存箱1的内部高度增加超过650英尺并且将其用水填充。甚至更加令人印象深刻的是，在储存箱的顶部1英尺中的800psi的压缩空气将等同于将储存箱1的内部高度增加超过1700英尺并且将其用水填充。(帝国大厦高1454英尺。)考虑到用14.8psi至300psi或300psi至800psi(或更多)的压缩空气填充储存箱的上部将不是困难的或昂贵的(更不用说，一旦压缩空气被截留在储存箱1的气密上部中，它不会去任何地方)，这样做是为了帮助达到31.3m/s的目标流速，将通过将疏水涂层或其他特种涂层施加到管的内壁上以减小摩擦而进一步促进这一点，涂层在许多单元中将是非常宝贵的(诸如，具有28”内径管和总高度85英尺的先前第一示例单元(箱1为20英尺，下方的管和地面箱20为65英尺))，因为在使用或不使用弯曲插入件的情况下每小时将产生的基础负载电量增加。
232.显然，如果存在足够的可用空间来提升单元的总高度并且在管的主区段中使用大于28”内径的管，除了通过增加管的内径而快速向下流动通过管的水量存在少得多的摩擦损失之外，还将存在增加水的目标流速的潜力，还可以通过在储存箱1的上部中使用较高psi的压缩空气并且通过使用较高容量的泵17而最大化目标流速。具有泵送容量高达200000gpm的离心泵17还使得相对容易使用合理量的泵17，因为管的内径和每米管道的水量增加。通过使用较大内径的管和泵，单元的总能量产生容量仍然能够比单元的铭牌容量大至少33％(或者优选地能够每天24小时生产，每周7天生产，每年365天生产)。至于在本发明的较大内径的管实施例中优选使用的较大泵17的使用将如何随着泵17的泵送容量的增加而在效率上具有较小的降低，与在本发明的较大容量的实施例中将产生的剩余电力的显著增加相比，在效率上的较小的降低将没有什么。
233.例如：使用在管的盘绕区段4中具有10个盘管和10个涡轮机/发电机5的第一28”内径管示例单元，仅仅通过将管的内径从28”增加8英寸至36”，这将使大约100米的管的主区段10中的水的体积从大约10500加仑增加到大约17350加仑，并且仍然使用31.3m/s的目标流速，该单元的容量将从每小时产生的大约9mw的电力增加约50％至13.5mw的电力，这通过使用弯曲插入件而没有使该单元的电力输出和容量加倍的可能性。
234.在可能必要的情况下，尽管来自储存箱1的上部中的压缩空气的增加的压力也将增加地面储存箱20和回流箱22中的流体静压力，但当单元的高度和/或容量增加时，增加高压缩空气的压力以使通过管的盘绕区段4中的所有涡轮机6的水的流速最大化将对泵17使水返回至储存箱1的能力几乎没有影响或没有影响。这是因为由于从上方施加向下力的水的重量增加加上作用在水的表面上的任何压力而与距表面的测量深度成比例地增加的流体静压力在储存箱1中的水的表面下方的相同深度处时在地面箱20和回流箱22两者中仍然是相同的。因此，大的离心泵17(大的离心泵17将具有适于系统内增加的水压的排出口压力限制)将仍能够将进入地面箱20的水有效地移动到回流箱22，而简单的水置换也仍将等体积的水返回储存箱1中，而不管水有多高或储存箱1内的水压有多高(在合理范围内)，以完成发电循环。
235.在不使用回流箱22的本发明的实施例中，使高压缩空气基本上截留在储存箱1的
上部中的另一个益处将是，在地面箱20中产生的增加的静流体压力还将如何增加将水推入由离心泵的叶轮产生的部分真空或较低压力区域中的压力量。随着地面箱20中的流体静压力增加，并且提供与储存箱1的上部中的压缩空气所提供的操作压力等量的操作压力，加上由于从表面到叶轮的中点测量的水的深度而产生的水压，牢固地直接连接至地面箱20的泵17将确保高压水恒定地流入其中。此外，当回流管16或类似导管用于使高压水返回至储存箱1时，地面箱20(或大体积管的地面区段9或其他大体积水容器)中的水的流体静压力将增加与泵17将需要增加以使高压水返回至储存箱1的排出口压力量大致相同的量。
236.至于附加水可以如何在由于泄漏和/或使储存箱1的上部中的压缩空气的压力达到所期望的psi而在需要时被泵送到该系统中(同时主动地操作或不主动的操作)，将主要取决于储存箱1是否处于地面或在地面附近或升高。在储存箱1处于地面或在地面附近的情况下，水将优选地通过合适的泵被泵送到储存箱1中。在储存箱1升高的情况下，水将优选地通过合适的泵被泵送到回流箱22中。在任一情况下，因为水不容易被压缩并且空气被压缩，所以水位将在系统内上升，并且压缩空气将被进一步压缩。
237.至于附加压缩空气可以如何被管输送到储存箱1的上部中，当需要时将优选地使用压缩空气，该压缩空气优选地储存在额定为处理至少4，500psi的压缩空气的碳纤维储存箱中。存储的压缩空气将优选地来自使用来自发电设备的剩余电力或来自由多个单元使用的共享基础设施的空气压缩机，但也可以来自外部电源。外部电源也可以用于在该单元被投入操作之前用水和压缩空气填充该单元。当首次开启该单元时或当需要该单元时的任何其他时间，还可使用外部电源来为泵供电。至于当需要减小或移除压缩空气时的情况，将优选地利用在储存箱1的上部中的减压阀。
238.在本发明的一些实施例中，可以在储存箱1中在压缩空气(或其他压缩气体)与水(或其他液体)之间放置气密的且水密的弹性体屏障或膜，使得压缩空气和液体不接触。这不仅使得可以保持可能伴随压缩空气的油或其他不希望的物质远离液体，而且弹性体屏障或膜还可以使得可以使用本发明的实施例作为空间中的航天器上的电源。由于重力和流体静压力在空间中不是因素，尽管由泵17产生的高压缩空气(或其他气体)和部分真空或较低压力区域将当然能够由泵17使用以维持液体通过管的盘绕区段4中的涡轮机6的连续流动，并且简单的水置换将仍然起作用以使液体返回到储存箱中，而不管回流管16或回流箱22的形状如何，管的盘绕区段4也可以水平地而不是竖直地被定向。
239.此外，因为在本发明的地球基实施例中，重力使水向下移动通过管的盘绕区段4中的涡轮机6并且进入泵17中的益处几乎与通过使用压缩空气可以实现的益处一样有益，因为由于本发明的地球基的实施例中的系统中的水的高度引起的流体静压力的增加不像通过使用该压缩空气所能实现的那样大，通过使管的盘绕区段的定向是水平的而不是竖直的，同时在储存箱1的上部中继续具有压缩空气，具有或不具有弹性体屏障或膜，并且继续具有用于泵17的地面箱20或其他水容器，以在其内产生部分真空或较低压力区域并且还用于使高压水返回至储存箱1，潜在地甚至使用更短的回流箱22将使得使用在本发明的地球基的实施例中水平地定向的管的盘绕区段4与其将如何起作用的角度竖直地定向管的盘绕区段相差不多。
240.在本发明的一些实施例中，储存箱中的液体可以由耦接至储存箱的液压活塞加压，而在其他实施例中，储存箱1中的液体可以由向耦接至储存箱的弹性体隔膜施加压力的
外力加压。
241.(如在具有更大直径的储存箱1和用于饮用水的独立区段的组合能量生成与水分配单元中可发现的)通过使储存箱1的底部升高至122英尺的高度，当与具有在储存箱1下方的28”内径管和10个盘管和10个涡轮机/发电机5的第一示例单元相比时，单元的发电容量将增加。在第一示例单元中(管的盘绕区段4大约为47英尺，下行管312英尺)，工作高度(或竖直距离)至少比65英尺高两倍，通过简单地将管的盘绕区段4中的盘管数量从10加倍至20倍，管的盘绕区段中4的涡轮机/发电机5的数量也可以从10加倍至20倍，并且该单元的容量实际上将增加两倍以上。这是因为，即使单元的总高度增加到132英尺(箱1是20英尺，管的主区段10和下方的地面箱20是112英尺)，通过优选地使用回流箱22，水将仍然使用大致相同量的电力向上返回至储存箱1中。通过将管的主区段10的长度从具有大约10500加仑的水体积的大约100米加倍到具有大约21000加仑的水体积的大约200米，并且还将管的盘绕区段4中的涡轮机/发电机5的数量从10加倍至20，不使用弯曲插入件的第一28”直径的管示例单元的9.16mw容量将在132英尺高的单元中加倍至超过25mw，因为使用回流箱22使加压水向上返回到储存箱1中的电量仍将大致相同。
242.但为什么要停在那儿？由于管的盘绕区段4的总高度将会加倍，为什么在管的盘绕区段4中每个盘管的直径和周长也不会加倍？通过将盘管直径从10英尺加倍到20英尺，每个盘管中的圆形管的周长(或总长度)也将从31.4英尺加倍至62.8英尺。通过将管的盘绕区段4中的二十个盘管中的每一个的周长从31.4英尺加倍62.8英尺，具有约21000加仑的水体积的约200米的28”内径管将从约200米加倍至约400米(这将从储存箱1的底部延伸至地面箱20的顶部)，其中管的主区段10内的水体积变为约42000加仑。
243.管的主区段10的总长度的从大约200米加倍至大约400米，以及管的盘绕区段4中的每个盘管的周长从31.4英尺加倍至62.8英尺，还将使得有可能将附加涡轮机/发电机5添加至管的盘绕区段4中的二十个盘管中的每一个，并且在每个涡轮机/发电机5之间仍具有大约30英尺的管。这意味着，代替具有二十个涡轮机/发电机5以在106英尺高的管的主区段10内产生电力，将有四十个涡轮机/发电机5可用于产生电力，并且这样做，使用相同的七个30000gpm离心泵17，以再次使该单元的容量增加一倍以上。但这次，该单元的容量将从已经令人印象深刻的超过每小时能够产生的25mw的电力增加到超过每小时能够产生的57mw的电力，这是没有通过使用弯曲插入件使该单元的电力输出和容量加倍的潜力。
244.最后(在转向以水体构造的本发明的实施例之前)，本发明的具有大得多的总长度和高度管的主区段10以及甚至更大的总直径盘管和管的其他陆基单元是可能的，并且将必定被构造在地面上方和下方，或两者的组合。类似地，对于较大单元中的宽于28”内径的管，将肯定需要更大的涡轮机6和发电机8。同样地，更大的单元将几乎同样确定地使用更大容量的泵17来产生高流速，高流速将是充分利用循环通过本发明的更大单元的更大体积的水所需要的。
245.除了将储存箱1替换为浮动表面水平结构23以外，在本发明的陆基实施例与位于水体中的单元之间的最大差异之一是：一旦工作流体到达该单元的底部，泵17将如何用于使该工作流体返回至原始来源，其中该浮动表面水平结构23将用于保持该单元是竖直的并且优选地将被耦接至下行管3上(见图18)。因为位于水体中的本发明的单元将优选地具有工作流体，工作流体从周围水体通过下行管3进入该系统，管的主区段10和底部箱24(见图
19)内的液体的流体静压力将与表面下方相等距离处的周围水体中的液体的流体静压力相同，其中该工作流体是来自海洋、海、湖泊、池塘、河流、或具有足够深度的其他水体，包括矿井或其他人造的或者甚至某种水保持封闭物。
246.使管的主区段10(即，下行管3和管的盘绕区段4)以及底部箱24(尽管其他导管当然也是可能的)内的流体静压力与仅在周围水体中的另一侧上的流体静压力相同，无论管的主区段10的一部分或底部箱24在表面下方的距离如何，这对于以下几个原因将是极其重要的，(1)不管管和底部箱24由什么优选坚固的材料制成，由于施加在管的主区段10中的管的两侧以及底部箱24的壁的两侧上的流体静压力将是相同的，上升的流体静压力使管的主区段10和底部箱向下延伸得越深(见图20)(特别地，如果单元的底部向下延伸超过100米(见图21))，将不会导致管或底部箱24的壁塌入或吹出。(2)因此，简单的引导线或缆线25将优选地是用于将管的盘绕区段4的盘管支撑和保持在引导钢线或缆线25被附接到浮动表面水平结构23与它们在向下延伸到优选地大的混凝土锚定件26之后最终结束的地方之间的适当位置中，混凝土锚定件26用于将单元锚定在它们被特意地定位在水体的底部上。附加漂浮设备(未示出)也可添加至引导线或缆线25或单元的其他部分(包括底部箱24)，以支撑单元的重量并帮助将其保持在适当位置。(3)因为管的主区段10中的管和底部箱24的壁不会塌陷或者吹出，以及单元的浸没的组件将如何适当地支撑和保持在适当位置，所以管的主区段10和底部箱24将能够向下延伸相当远。(4)由于能够向下延伸相当远，可以潜在地将更多的盘管添加到管的盘绕区段4。(5)通过多个盘管，在每个盘管中可由至少一个涡轮机/发电机5产生更多的电力。(6)因为无论管的主区段10和底部箱24向下延伸到周围的水体中多远，流体静压力在任一侧上都将是相同的，泵17不会难以使水返回非常短的距离而返回周围水体中，该水体正好位于底部箱24的内壁的另一侧上，使用内部或外部泵17可以连接的端口，以便将进入底部箱24中的加压液体泵送出系统。
247.一旦加压液体到达该单元的底部，使用泵17来简单地使该加压液体以它们同时引起该液体向下流过管的盘绕区段4中的所有涡轮机的任何速率返回到周围水体中的底部箱24正外部的同等加压液体的能力，将使该单元难以置信地高效。还将消除泵17使用回流管16或回流箱22使液体向上返回储存箱1中的先前需要。如果加仑/分钟的泵送容量相同，这将使得泵17更高效并且消耗更少电力成为可能。仅在单元底部将水泵送出系统的能力也将消除长回流管16或回流箱22的增加的成本。当你认为位于深水中的单元将潜在地向下延伸几百米时，这是特别重要的。在本发明的非常大的实施例中，通过将管的盘绕区段4中的盘管的直径增加显著的量来增加管的内径和添加附加涡轮机/发电机的能力，并且单个单元可以潜在地用于为整个城市或海滨社区或甚至相当大尺寸的岛提供电力。
248.如果工作流体是海、海洋或其他大水体，则该工作流体在周围水体表面处或附近进入下行管3的缺点之一将是电力生产被风暴或其他不期望的天气条件中断的可能性。可构造成避免这种真实可能性的本发明的另一选择或潜在实施例将是将单元的主要组件定位在水下。这可以通过移除浮动支撑结构23并且降低整个单元来完成，因此大的水下气袋或气囊27可以附接至下行管3以保持单元竖直(见图22)。因为进入下行管3的下部进入点处的液体的流体静压力将与其在周围水体表面处进入并向下流动至相同深度时相同，所以底部箱24的底部中的液体的流体静压力将在周围水体中的相同深度处相同。
249.另一可能的选择(或实施例)将是使用更长、更加柔性的具有位于不同深度处的多
个释放阀2的下行管3，和/或使用可以根据需要部署的附加漂浮设备，无论在何处需要。
250.最后，在使用该文件来描述本发明的多个潜在实施例之后，通过创新概念和原理(它们是本发明的基础并且可以是有益的)使潜在实施例成为可能，如果不是必要的，则为了它的成功操作，本专利申请的目的是公开本发明还有更多的潜在实施例，这些潜在实施例可以使用在ffwn清洁能源发电设备的先前描述的任何实施例中使用的组件、部件、方法和/或系统的任何先前描述的潜在实施例来构造。
251.此外，虽然本发明已经被描述为陆基发电设备或位于水体中的发电设备、以及潜在地用作在空间中使用的发电设备、以及利用本文中的任何数量的创新概念和原理，但可以在本公开的精神和范围内进一步修改本发明的实施例，其中本发明的实施例本文可能已经使用多个实施例进行描述。因此，本技术旨在使用一般概念和原理来涵盖本发明的任何变型、用途或者改造。此外，本技术旨在涵盖本发明所属不同领域的已知或惯常实践内的与本公开的偏离。