CN101566135A - 一种风力发电方法和利用该方法发电的风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电方法，该方法将风力发电装置安装在地铁隧道内，利用地铁隧道内的机车在运行时产生的压缩空气流带动风力发电装置，通过风力发电装置将风能转化为电能并加以使用；本发明还提供一种风力发电系统，该系统利用上述的风力发电方法进行发电。该系统主要由数台风力发电机和蓄电控制系统组成。利用该系统可以对地铁隧道内的风能进行利用。

Description

一种风力发电方法和利用该方法发电的风力发电系统

技术领域

本发明涉及一种风力发电方法，特别涉及一种利用地铁隧道内的机车的活塞运动产生的压缩空气进行发电的方法，本发明还涉及一种利用该方法进行发电的风力发电系统。

背景技术

目前，风力发电已经形成了较成熟的技术，大规模应用于风力发电场，建筑可再生能源建设等工程。另一方面，风力发电现在虽然已经得到了广泛应用，但目前的风力发电方法，都是将风力发电设备都设置在室外，依靠自然风作为动力来源，没有利用建筑内部利用运动物体产生风能作为动力来源的发电方法，同时也没有在建筑内部利用运动物体产生风能作为动力来源的风力发电设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电方法，该方法利用地铁隧道内的机车在运行时产生的压缩空气流带动安装于隧道内的风力发电装置，通过风力发电装置将风能转化为电能并加以使用；本发明还提供一种风力发电系统，该系统利用上述的风力发电方法进行发电。

为了实现上述目的本发明采用的技术方案如下：

本发明一种风力发电方法的步骤如下：

第一步：将数台风力发电装置间隔安装于地铁隧道内，并用电缆依次相联；

第二步：当机车在隧道内运动时，在隧道内形成压缩空气流带动风力发电装置的叶轮运动，将风能转化为机械能；

第三步：风力发电装置的叶轮运动带动发电机运行，将机械能转化为电能。

所述的风力发电装置应该安装在机车全速运行且运行隧道界面比较狭小的区段，因为这个区域的风速最大，可以获得最佳的发电效果。

所述的风力发电装置应安装在隧道侧壁，竖直安装，安装高度应考虑气流分布，同时便于工作人员保养维修。在隧道两侧可同时安装，安装时应注意根据风向选用不同叶轮形式的风力发电装置。

所述的风力发电装置的间隔应根据测试确定，最小间距为最大工作风速下，空气流场恢复正常的距离。具体长度可利用数字模拟软件，将现场条件和叶轮尺寸输入后，经模拟计算确定。

为了更好的利用上述方法进行发电，本发明提供一种风力发电系统，该系统由数台风力发电装置和蓄电控制系统组成，所述的风力发电装置的整体大小尺寸应适合安装于隧道内并不影响机车的运行，各风力发电装置间隔布置，根据所在位置分组，各组内由电缆串联连接，然后接入蓄电控制系统。所述的蓄电控制系统由计量监测仪表、蓄电池组、安全控制柜、升压器等设备组成，安全控制柜内设有安全控制系统，蓄电控制系统设置于地铁站，通过电缆和信号线与隧道内的风力发电装置连接，可同时管理控制两侧隧道的风力发电装置。

所述的风力发电装置可以包括叶轮、卸载器和发电机三个主要部分。可以采用垂直轴、直联方式，叶轮转轴与发动机的转轴采用嵌套联接，叶轮的转轴可上下移动，在低位时，两个转轴相互咬合，一同旋转；在高位时，两轴脱离，发电机停止转动，叶轮的转轴的上下移动通过卸载器来实现，卸载器可以随时切断叶轮转轴与发电机转轴的联接，实现发电机的装载与卸载，从而控制风力发电装置的开关。右侧安装的风力发电装置和左侧安装的风力发电装置的叶轮方向相反。

所述的计量监测仪表包括电量表，电流表，电压表，用于计量系统的发电量和监测系统的运行参数。

所述的蓄电池组用于储存发电机发出的电能，蓄电池组分组工作，并设安全开关实现切换，其中一路直接连接安全负载，在蓄电池全部饱和的情况下切换到负载回路，直接将电能消耗掉，保护蓄电池不过饱和。

所述的升压设备用于将蓄电池中的电能升压，然后接入地铁站直流屏，从而实现风力发电的并网使用。

所述的安全控制系统包括系统监测模块和安全保护模块。监测系统模块可查询系统的发电量，系统的工作电压、电流，风力发电装置的开关状态等参数。安全保护模块一方面是当所述的安全控制系统检测到发电系统电流，电压过高等异常情况时，远程控制所述的风力发电装置的卸载器，使风力发电装置卸载，保护发电机；另一方面，当发电系统发生故障或直流屏不需要供电时，所述的安全开关自动切换，发电系统与安全负载连接，系统发出的电量通过安全负载消耗掉，防止空载运行对电机造成损害。

所述的叶轮采用涡轮叶片，并采用叶片与转轴一体式设计。涡轮叶片有十分良好的空气动力效果，效率高，一体化设计使叶片的安全性高，且叶轮在旋转时可产生轴向的升力，可以降低叶轮的自重，提升叶轮的旋转效果。

所述的叶片长度和宽度要根据实际条件设计，并采用抗变型能力强的材料。这主要是考虑到叶片尺寸越大，与气流接触的面积就越大，风力发电装置的发电量就越大。但叶片尺寸要受到运行通道空间和自身材料的限制。

所述的垂直轴较长时，应增加固定轴承，这样可以防止叶片在风力的作用下产生的径向力引起的径向变形，影响叶轮的正常转动。

本发明的有益效果如下：

利用本发明可以使地铁隧道里的风能得到有效地回收利用。

附图说明

图1为本发明风力发电系统中使用的风力发电装置机构图；

图2为风力发电装置的卸载器结构示意图；

图3为风力发电装置的卸载器的工作原理图；

图4为本发明风力发电系统图。

具体实施方式

本发明一种风力发电方法的具体实施方式如下：

第一步：将数台风力发电装置间隔安装于地铁隧道的两侧的壁上，并分别用电缆依次相联；

第二步：当机车在隧道内运动时，在隧道内形成压缩空气流带动风力发电装置的叶轮运动，将风能转化为机械能；

第三步：风力发电装置的叶轮运动带动发电机运行，将机械能转化为电能。

参见附图1，风力发电装置由叶轮1、卸载器2、发电机3、支架5组成，叶轮1和发电机3通过垂直轴直接相连，转轴由支架5固定，叶轮1采用涡轮叶片，并且和转轴一体成形，卸载器2安装在叶轮1和发电机3的连接处，支架5上有安装孔4，支架5利用安装孔4由螺钉固定于隧道壁面上。为防止风力发电装置在运行过程中发生共振，在设备安装时应在壁面和支架5中间夹一层胶皮垫，安装螺钉应紧固，支架应有一定刚性，发电机4上留有电缆接口，可以和其他部件相连。

参见附图2、3，卸载器2由凸轮6、顶片7、小型电动机8、限位挡板11组成，其中凸轮6和小型电动机8通过一根轴相联，并通过卸载器支架9固定在风力发电装置支架5上，限位挡板11固定安装于凸轮6的一侧，并和凸轮6直径较大的一侧相切，顶片7是一个直径比叶轮1的转轴10的直径大的圆环，内径比发电机3转轴的直径略大，套接在发电机3的转轴上，位置在叶轮1的转轴和凸轮6之间，并且能够上下滑动，叶轮1的上下移动通过凸轮6控制，小型电动机8给凸轮6提供动力，叶轮1的上下移动对应发电机3的加载、卸载。附图4中左侧图为发电机3卸载状态，右侧图为发电机3加载状态，长度12为卸载距离。电动机8可以远程控制，加正相电压后，凸轮6正相旋转，顶起叶轮1，发电机3停止工作；再加反相电压时，凸轮6反相旋转，叶轮1落下，重新与发电机3转轴连接，带动发电机3工作。当系统检测到发电系统电流，电压过高等异常情况时，安全控制系统自动向电动机8施加正相电压，使风力发电装置卸载，保护发电机3。

参见附图4，数个风力发电装置13分组间隔布置在地铁隧道的两侧，由支架5固定，并通过电缆14相连，然后再通过电缆依次连接计量检测仪15、蓄电池16、安全控制柜17、升压设备18，蓄电池16连接有安全负载，风力发电装置1发出的电能输送到蓄电池16，蓄电池16储存的电能经由升压器17升压，从而实现风力发电的并网使用。

本发明一种风力发电系统不仅在地铁隧道内可以应用，也可以在其他场所应用，例如：交通隧道、高速公路、桥梁等。

Claims (7)

1、一种风力发电方法，其步骤如下：

第一步：将数台风力发电装置间隔安装于地铁的隧道内，并用电缆依次相联；

第二步：当地铁在隧道内运动时，在地铁隧道内形成压缩空气流带动风力发电装置的风机运动，将风能转化为机械能；

第三步：风力发电设备的风机运动带动发电机运行，将机械能转化为电能。

2、权利要求1所述的风力发电方法，其特征在于：第一步中所述的风力发电设备应该安装在车辆全速运行的区段。

3、权利要求1所述的风力发电方法，其特征在于：第一步所述的风力发电装置的间隔应根据测试确定，最小间距为最大工作风速下，空气流场恢复正常的距离。

4、一种利用权利要求1、2、3任一所述的方法发电的风力发电系统，其特征在于：所述的系统由数台风力发电装置和蓄电控制系统组成，所述的风力发电装置的整体大小尺寸应适合安装于隧道内并不影响机车的运行，各风力发电装置间隔布置，根据所在位置分组，各组内由电缆串联连接，然后接入蓄电控制系统，所述的蓄电控制系统由计量监测仪表、蓄电池组、安全控制柜、升压器等设备组成，安全控制柜内设有安全控制系统，蓄电控制系统设置于地铁站，通过电缆和信号线与隧道内的风力发电装置连接，可同时管理控制两侧隧道的风力发电装置。

5、权利要求4所述风力发电系统，其特征在于：所述的风力发电装置包括叶轮、卸载器、发电机；所述的蓄电池组分组工作，并设切换开关，其中一路直接连接负载。

6、权利要求5任一所述风力发电系统，其特征在于：所述的计量监测仪表包括电量表，电流表，电压表。

7、权利要求6所述风力发电系统，其特征在于：所述的安全控制系统包括系统监测模块和安全保护模块，所述的监测系统模块可查询系统的发电量，系统的工作电压、电流，风力发电装置的开关状态等参数；所述的安全保护模块，一方面是当所述的安全控制系统检测到发电系统电流，电压过高等异常情况时，远程控制卸载器，使风力发电装置卸载，保护发电机；另一方面，当发电系统发生故障或直流屏不需要供电时，安全开关自动切换，发电系统与安全负载连接，系统发出的电量通过安全负载消耗掉，防止空载运行对电机造成损害。

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