不久前申请了一项发明专利，涉及低水头小水电的清洁能源技术。最近写了一篇英文论文，暂时上传到预印本服务器，现用中文详细介绍其原理以及应用展望，供大家研究参考，欢迎评头品足提意见。
其实原理很简单，仔细研判插图就能搞明白咋回事。
传统旋转式透平已经得到广泛应用，为何我要别出心裁搞复杂的平板式驱动透平？显然，前者的扇叶与水流夹角为锐角，且扇叶之间空隙很大，而我的则垂直，且全部截面受力，因而平板式效率能发挥到极限，且矩形截面更适合于河道。效率远远高出扇叶式旋转透平机，几乎直达顶格的100%。
尽管不用百叶窗，直接用整板，理论上也可以，但是体积太庞大，且在河道里翻转90度很麻烦。
用百叶窗叶还有一个好处：透平截面不一定非要严格矩形，理论上可以任意形状。
整个系统类似于在河道上架设自动开关水闸，任意时刻，在截面上的每一处都存在水流推力。
该发明类似于桥式可控硅电子逆变装置，只不过电流换成了水流，将直流水流，逆变成输出连杆的往复式交流运动。百叶窗的翻转触发一部分用高压射流，一部分靠框架的突缘，类比可控硅的控制栅极。
虽然触发翻转要用一点能量，但只要远小于采集到的流水动能，就是合算的。其实叶条只要偏转很小的角度，后续就可借水流作用力，完成90度翻转，因而触发能量的供应只是一霎那。
祖国河流秀美，资源丰富，九曲十八弯的流域遍布大江南北，如能用上此新能源，善莫大焉！欢迎洽谈合作转让事宜。
此系统也可用于风电，这时整个系统应建于可旋转基座上，并配以风向跟踪控制。
注意：本发明不适合海洋波浪能，因为这类能源不具备“直流”性，没有上下游的概念，波浪的方向随机而变，而用于定向的潮汐则没问题。
下图原本在文中，为方便阅读，特提前到此。
Fig. 1 river or stream low head hydro generator
从电学里可找到本发明的对映--桥式逆变电路图
下图为工作原理的动画演示：
传统水轮透平机的效率与在水体的布署配置有关，归根结底它适应高水头。再好的水电开发方案，没有5米以上的水头，水电开发商不会正眼瞧一下。
几种典型布署的效率对比如下：
显然对于低水头应用，选择水轮机无异于赶鸭子上架。
正因为目前唯一可选的都是旋转式透平机，从而形成了这样的应用局面：世界河流资源众多，而水电站寥寥无几，且都得修水库大坝，依赖人工拉高水头。而为数多达99%以上的普通低水头河流，其蕴藏的巨大清洁能源白白闲置。
水库的兴建虽然提高了能源效率和密度，但是巨大的基建费用伤透脑筋，甚至要通过发行国债来筹集；另一方面，高成本导致水电布局必然稀疏，变电输电距离一般需成百上千公里，这无疑再度增加能源成本；最后长期被忽略的方面：水库所在地的天然地址状态被破坏，地下应力可以达到触发地震的风险！如三峡工程就是如此。
百叶窗平板透平机的独特应用—浅滩河流小水电资源开发
浅滩河流真的是小水电领域的鸡肋，弃之可惜，“食之无味”，或者现有技术根本无法发挥作用，例如技术成熟的涡轮透平，若是用在这样的浅滩上，也许扇叶子都没有办法弄湿，谈何发电？
而恰恰这样的浅水系河流，在大部分地区，从资源数量上占绝对优势，尤其是黄泛区，偏远山区也很多。
别管多浅，哪怕深不过腿膝盖，理论上只要流水速度大于1m/s就有可观的小水电开发价值。
也别管多浅，百叶窗透平都可量滩定制，例如下图这样的河滩，调整各单元帘片的长度即可：
让我们先摸清低水头的水电潜在功率有多大，或者说先学会如何评估水资源的能源价值。
其实撇过复杂的流体力学，从易懂的电学理论就可以推导出对应的水能公式。
电功率P = 电流x电压，显然低压状态要想输出大功率，就必须大电流。
将电流换成水流照样管用，即：水功率 = 水流量x水压降，统一使用国际单位：水流量m3/s，水压 Pa，也就是 N/m2，功率瓦特W。至少从量纲上看是没问题的。
同理，低水头要有利用价值，必然要求很大的水流量。河浅不是问题，只要河面宽，流量必然大，照样能修高等级水电站。
对于特定浅水滩，水流量在短期内基本是恒定的。但普通人测量水流量是很困难的，最容易测的是水的流速：丢片树叶在水面就可估计得八九不离十；而水道切断面的面积，一般既易测，又基本稳定。
拿到这两个易测的数据，则可算出流量 = 流速x截面积。
最后一个决定额定功率的参数就是压降了。
因玩的就是低水头，压根没指望该参数有多大，甚至1mm（毫米）的落差也不可小觑，不信算给你看：根据常识，10米水头，等价于1个大气压，也即10000mm–〉105Pa，或104Pa/m，所以1mm –〉10Pa，也即1毫米的水头，能在1平方米的面积产生10牛顿的压力。
因为本系统不需要筑坝，水头的极限高度，实际上取决于水流能在百叶窗的挡板上“怼”出多大的高度。显然流速越大，可怼出的高度越大。示意图如下：
图中V是上游水流速度，V2是垂直挡板被水流推动的速度。
当发电输出回路断开时，系统运行在空载状态，此时水流推板不费丁点力气，V2 = V，即挡板随波逐流，水头几乎为零。
当负载加重时，水流推板就会费劲，V2 此时就会在右侧怼出高差Δh。
根据伯努利方程，Δh = (V – V2)2/(2g)，g为重力加速度9.8m/s2，为方便起见，近似为10m/s2。
当负载重得几乎带不动时，可得极限水头V2/(2g)。
所以极限功率 = V*S* V2/(2g)*104 = 500SV3，S为河道截面积。
超过极限载荷后，挡板完全静止，此时相当于堤坝了，而上游水源仍在不停流过来，板右侧水位将不停持续增长。这显然是本应用应该避免出现的过载问题。
可见本系统在额定载荷内具有自动负载峰谷调节能力。
实际评估时，可考虑用功率密度参数，即单位面积百叶窗，最大可以输出功率。根据前面算出的结果，功率密度 = 500V3，也即与水流速度成立方关系。
有了这个经验公式，泥腿子农民老粗大哥，随手捡一片树叶扔到小溪水面，靠读秒加估计就能知道水流速度，继而心算出村里的水资源，到底能搞多大的小水电，顶一个土专家！
能将深奥的科技，写成老少咸宜或老妪能解的村头墙报，这才是真正的科普。我要是做得不够，希望大家直言批判。
至此，现在心里有谱了：若水流速度1m/s，水头相当于50mm，每平米百叶窗最多可产生500瓦的功率；若流速加倍到2m/s，水头约20cm，乖乖呀，每平米4000瓦！
回味一下奇贵无比的太阳能光伏电池板，每平米撑死了也就100瓦的输出功率。而流速0.58m/s的慢速浅水滩，就可相当于光伏的能量密度了，更何况在同等能密下，百叶窗式透平机成本远低于光伏板。你要放着家门口的浅滩流水不用，岂不亏大了？
好了，来瞧瞧某些地区很常见的例子：
假设黄泛区有个400米宽，0.5米深的浅滩流水，水面实测流速2m/s，试问百叶窗式透平驱动的小水电，可以给附近多少户居民带来福音？
假定河道的90%可以被百叶窗透平利用，每户月均用电300度。
最大装机容量 = 500*23*400*0.5*90% = 720,000W = 720kW。
每户日均用电 = 300/30 = 10kwh，平均功率 = 10/24 = 0.42kW。
所以理论上可解决用电的总户数 = 720/0.42 = 1714户！
考虑用户用电的峰谷性，总户数还要打个折扣，就算1000户吧。
没想到吧，这么个水深刚过膝盖的浅水滩，竟能造福千家！而这样的水资源在全中国何其多也，而现有水电技术对此资源都一愁莫展，只好白白浪费了。
一旦此技术推广开来，很多大型水电站，其实都可以用分布式低水头百叶窗式小水电系统取代。
例如三峡大坝的水头高达113米，如果不用该坝，在长江沿岸各地，安装高效的低水头系统，或许更经济、更方便、更可靠，至少长途电力输送的线损能省下不少。按每站20cm低水头计算，只需113/0.2 = 565个这样的小站，就等价于那个三峡大坝。
激流浅滩资源一瞥：
多好的小水电资源啊，可惜因技术原因暂时未能受到重视。
参考文献：
1、Shutter-Like Fluid Driven Motor and Tide Power Harvest System， YanmingWei，DOI: 10.13140/RG.2.2.28522.72648，http://vixra.org/pdf/1705.0030v1.pdf
