CN101100980A - 一种全新型风力发电系统及兆瓦级大功率储能方法和装置 - Google Patents

Abstract

全新的风力发电系统是由三部分组成：1.风力机采用一种创新的L型万向叶轮，它是以叶片尖部弧型叶片为特征接收风能新型号叶轮，其制造工艺简化了，大大降低成本。本新型叶轮既可做为水平轴风车叶轮也可用于垂直轴风车叶轮。2.发电调整控制环节采用了储能中间能量转换方法取代目前广泛用“逆变”和“调桨矩”的方法。使其风电接收效率提高了，降低了制造成本，改善风电的稳定性，降低了电价。3.兆瓦级大功率储能新方法及新装置，是一种“气液浮力重锤”新方法和新装置，它可使风电做为独立电源，为无输电线路的特定地区提供可靠电力供应。如边远地区及海岛的供电。它也可用于其他持续零散能源的收集和利用。

Description

一种全新型风力发电系统及兆瓦级大功率储能方法和装置

技术领域：

本创新技术属再生能源技术领域。

背景技术：

再生能源风能的利用，已有几百年的历史了，早期的风能利用是局限小功率的风力机，如中国的多叶片风车、荷兰风车、美国的农场风车，其应用多半应用于提水。20世纪70年代美国投入80亿美元进行风力发电的大规模研究，其他发达国家也相继投入了研究，先后出现了阻力型平板风车、S叶轮风车、升力型螺旋桨风车、搅蛋器风车及D叶轮风车，其中以水平轴三叶片螺旋桨风车风力发电得到了广泛的应用，这是有魅力的20世纪80年代世界上一大发明，近二十多年来有了长足发展，兆瓦级大功率风力机得到了广泛的应用。我们国家近些年无论在风能开发，还是在风力发电设备制造方面都给予相当重视，但是我国起步较晚，这一领域还是很落后的，特别是风力发电设备、设计制造方面更落后。近些年，法国、荷兰、美国等风力发电商业巨头相继步入中国。瞄准了中国这个大市场，办了一些合资企业，总的看，目前中国没有国家规模的研究机构，没有独立知识产权的产品。发改委提出2020年要实现风力发电设备国产化，这是在这一领域发展民族工业有尊严的规划。本人涉足风能研究20余年，从零开始对风力发电的核心部件，风力机叶轮进行多方面的试验研究，是在对现在一统天下世界上非常成熟的螺旋桨叶轮，提出的技术评价前提下进行的，即目前广泛应用的螺旋桨叶轮有三方面不足：1、叶轮制造工艺复杂；2、功能容量受到限定高于5兆瓦大功率机在结构强度上难于处理，目前得以应用的最大功率为4.5兆瓦，美国通用公司在研制7兆瓦大功率机，但还未见问世；3、造价昂贵(美国的3兆瓦风力发电机组售价1400多万美元)。为解决这三大弊端本人研制了新型升力型风力机叶轮，它即可做为水平轴风机也可做垂直轴风机接收风能，目前世界上尚无这样的风车叶轮，我把它命名为“L型龙腾万向叶轮”。

另外，目前螺旋桨风车发电控制环节它是以不稳定的随机变动的自然风速的条件为前提，将风车带动发电机生成的不规则的交流电先整流然后再将其逆变成三相合格的交流电，变压后馈送给电网，还有一种方式，即所谓变桨矩的方式，它是以伺服液压机构及计算机对风车叶轮转矩进行调控，使之转速恒定再带动发电机从而得到合格的交流电馈送电网。这一方法自然是以一部分自然风能不予接收为代价的，当然整体发电系统风能接收效率也要下降。上述的控制环节的技术难度较大而且造价昂贵。本发明为解决这一课题，研制一种储能式中间能量传递的调控环节。

能量储存是持续能源方面的大课题，如果能得以突破将大大的对提高风电的使用价值其意义是非常重要。当然其他方面也会有更多的应用，如核电的调峰，氢载体能源的制备，波浪能量的收集就更有实用价值。目前世界上关于储能技术方面的研究曾做了大量多方面的工作，设计研究出好多储能方法和装置，如早期的电化学方法蓄电池，近些年的燃料电池，机电方法即高速飞轮储能，热储存，载体能源氢气储存，超导磁能量储存，还有提高水位储能等等。这些方法除提高水位方法，都存在一个共同的局限即功率都不是很大的，有的是技术很复杂的，另外其经济指标也不是很理想，离实际应用还要走很长的路。本发明人研制出兆瓦级的大功率存能装置。它的技术经济条件都很好，有坚实的实施的可用性。

发明内容：

本发明包括三方面内容：1、新型的风车叶轮，目前应用的各类风车及资料上所能见到的试验型风车未见有这种类型叶轮我把它命名为：“龙腾万向叶轮”。它是风力发电系统核心部件。其特征是叶轮是由三个叶片组成，叶片叶尖部是弧线型L断面风叶(它不像螺旋叶片表面那种复杂曲面构成)其后半部是支撑风叶的臂是强度构件。性态上它是升力型风车叶轮，它可用做水平轴风车接收风能也可用作垂直轴风车接收风能，它的优越性制造工艺简单，接收风能效率高，造价低。

2、风力发电调控环节，本发明特征是用一种研制的“气液浮力重锤”储能中间能量传递的方法：即风车叶轮在风的驱动下转动，它带动液压泵把能量储存在“气液重锤储能装置”内，再由此装置输出带动液压马达其转速可很容易的得到控制，使其恒速。它带动发电机，从而得到合格交流电，变压后馈递给电网。它的优越在于它用目前工程技术无难度的装置，很简单的达到稳速的技术要求。收到了提高系统的风能接收效率并大幅度降低了发电设备制造成本。

3、“兆瓦级大功率储能装置”这是个新的大功率储能方法和装置。我把它命名为：“气液浮力重锤式储能”。装置特征：密闭容器以有压空气做为储能元件再加入液态流体(水或油)做为能量传递媒体以比重偏大的材料制成浮力重锤增加压力。它的优势解决大功率储能课题。其特征储能成本低，制造容易。在额定的功率条件下可在无能量补充的情况连续工作48小时或更长时间。它可以满足风能做为独立电源的需要，同时由此装置可改变一台风车带一台发电机的固有模式，可实现多台风车用一台大功率发电机发电。这样也可降低风电电价，增加风电可靠性。

具体实施方式：

全新型风力发电系统可制成水平轴和垂直轴两种机型。这里以水平轴风车发电系统陈述其具体实施方法。风车是由塔柱和叶轮组成，这里用的叶轮是“龙腾万向叶轮”同塔柱支撑的机仓内的液压泵以皮带幅或齿轮幅做转动交链，叶轮在风力的驱动下转动，由它带动液压泵(或水泵)将流体通过导管压入储能装置。(机仓内还设有控制叶轮对风的转动装置，此装置可用液压伺服系统也可用电动系统，配以传感器以保证叶轮对风。)叶轮驱动液压泵输入的高压流体将风叶接收的风能储存在“中间气液浮力重锤储能器”中待储能量达到可正常工作的技术指标时，储能通过控制阀将高压液流输致液压马达驱动液压马达，液压马达在液压控制环节控制下带动三相交发电机恒速运转发电机再经过变压器升压馈入电网。发电机是设在地面上而不是空中便于安装维修。“中间储能能量传递环节”即“气液浮力重锤储能器”是利用风车塔柱本身做一些结构组合使之成为压力容器式的塔柱(详见下述)，以上是直接向电网馈电的全新型风力发电系统的具体实施方式。

如需要风力发电做为离网式独立电源供电，则将上述系统的中间能量传递环节的规格加大，变为兆瓦级大功率储能装置，这类大功率装置目前世界上技术是个空白，我把这一新的储能方法叫做“气液浮力重锤”储能。这一新方法及装置具体实施简述如下：

是在密闭缶体内充以有压空气做为储能元件，再在容器内充入液态体(水或油)做为能量传递媒体，再在容器内充入液态(水或油)做为能量传递媒体，再在罐内加入较高经重的物质制成的重锤，以增加压力缩小缶体提高储能装量性能。其体积储能器由储能量和工作时间而定。突出特征优势是三无工程技术实工等难度，实现了大功率储能。

Claims (3)

1、风车全新型叶轮其特征是叶轮由三叶片构成叶片尖部是弧线人型断面构成风叶。此部分是接收风能的主要部分叶片臂是强度构件。

2、风车发电调控系统是用中间储能传递环节以液压马达稳定输出带动三相交流发电机。

3、兆瓦级大功率储能新方法及装置，即“气液浮力重锤”储能方法，其装置特征是密闭容器充入有压空气做为储能元件，用液态流体(水或油)做能量传递媒体，以比重稍大的材料制成浮力重锤进行增压以缩小储能缶体积提高储能性能。