CN102226443A - 风力储能发电装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力储能发电装置与方法。其发电装置包括风力压缩机、储气库、气动浮力发电系统。风力压缩机利用风力驱动空气压缩机而产生气源；储气库用以存储风力压缩机产生的压缩空气，并向气动浮力发电系统提供能源。其发电方法包括以下步骤：1)利用风能推动风车桨叶或叶轮旋转而带动空气压缩机，产生压缩空气，并通过第一输气管道送入储气库；2)由储气库通过第二输气管道将气体送入储水塔内的浮桶，给浮桶依次充气，使浮桶上升，带动由上轴、上链轮、下轴、下链轮和环形链条组成的链轮传动装置转动；3)以链轮传动装置带动发电机组进行发电。本发明利用风能压缩空气，通过浮筒式发电系统进行稳定的发电，提高了风能利用率，降低了成本。

Description

风力储能发电装置与方法

技术领域

本发明涉及风力储能发电装置与方法，属于新能源技术领域。

背景技术

目前，电能资源紧张，如何高效、环保地发电成为热门的技术课题。

发电风能是一种可再生、无污染的绿色能源，取之不尽、用之不竭，而且储量十分丰富。据估计，全球可利用的风能总量在53000TW·h/年。风能的大规模开发利用，将会有效减少煤炭、化石能源的使用，减少温室气体排放、保护环境，所以利用风能已经成为各国政府的重要选择。

但是利用风能发电也存在很多需要解决的问题，如投资成本过高，受风的影响较大，不能像火力发电、核能发电那样时时不间断提供大功率电力，从而制约了风力发电及并网。目前的风力发电系统，风的利用率为27％，同时为了保证输出的电力平稳，风力发电机都安装有自动调节装置，设定一个中间值，风大的时候减小桨叶的迎风角度，风小的时候加大桨叶的迎风角度，以保证输送电力的平稳，为此风力发电机组就不能更高效地利用风能。

此外，中国专利CN101216012B公开了一种“节能型火力发电装置和发电方法”，利用高压气体及水的浮力驱动浮桶及链轮传动装置转动，进而带动发动机发电。其中：以高压气体作为能源的浮桶链轮传动装置和发电机构成了气动浮力发电系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种全新的风力储能发电装置与方法。本发明在风大的时候将多余的风能以压缩空气的形式存储起来，在风小的时候进行能量补充，可以保证时时不间断提供大功率电力，在白天用电高峰时多发电，夜间用电低峰时少发电，进行能量存储供白天使用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种风力储能发电装置，包括气动浮力发电系统，其特征在于：

还包括风力压缩机和储气库，其中：

风力压缩机利用风力驱动空气压缩机而产生气源；

储气库用以存储风力压缩机产生的压缩空气，并向所述气动浮力发电系统提供能源。

进一步地：

所述风力压缩机由风车和空气压缩机组成，风车驱动空气压缩机。

所述风力压缩机，是通过用空气压缩机替换风力发电机的发电机，并拆除风力发电机的自动调节装置，将风力发电机的桨叶的迎风角度调为最大迎风角而得到的。

所述储气库为存储压缩空气的容器，或由废弃的矿井经封闭而形成。

所述储气库的出气口安装恒压阀。

所述储气库的进气口与风力压缩机的出气口之间用第一输气管道连接，所述储气库的出气口连接第二输气管道，所述储气库通过第二输气管道向浮力发电系统提供气源。

一种风力储能发电方法，包括以下步骤：

1)利用风能推动风车桨叶叶轮旋转而带动空气压缩机，产生压缩空气，并通过第一输气管道送入储气库；

2)由储气库通过第二输气管道将气体送入储水塔内的浮桶，给浮桶依次充气，使浮桶上升，带动由上轴、上链轮、下轴、下链轮和环形链条组成的链轮传动装置转动；

3)以链轮传动装置带动发电机组进行发电。

在所述步骤3)中，对链轮传动装置的输出使用增速齿轮箱增速后再带动发电机组进行发电。

本发明的有益效果是：

1.由于将风力发电机桨叶的迎风角度调为最大迎风角，提高了对风的利用率；

2.由于拆除了桨叶自动调节装置，降低了风力发电机的制造成本；

3.由于采用了储气库可以对风能进行存储，保证在无风的时候也能够发电，比蓄电池储存更环保，并且成本更低；

4.储气库可以利用废弃的矿井存储压缩空气，减少了投资成本；

5.气动浮力发电系统的发电机为匀速运动，能够保证输出稳定的电力，不受风力变化的影响；

6.由于采用了气动浮力发电系统，因而提高了机械能转变为电能的效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明

如图1所示，本发明所述的风力储能发电装置包括风力压缩机、储气库、气动浮力发电系统。其中：

风力压缩机1由风车和空气压缩机组成，风车驱动空气压缩机。在本发明的一个实施例中，风力压缩机1是通过用空气压缩机替换风力发电机的发电机，并拆除风力发电机的自动调节装置，将风力发电机的桨叶的迎风角度调为最大迎风角而得到的。

储气库3用以存储压缩空气，它可以是建造的压力容器，或由废弃的矿井经封闭而形成。

储气库3的进气口与风力压缩机1的出气口之间用第一输气管道2连接，储气库3的出气口连接第二输气管道4，储气库3通过第二输气管道4向浮力发电系统中的浮桶11充气，提供做功气源。为提供恒压气源，可在储气库的出气口安装恒压阀。

气动浮力发电系统由储水塔7、储水塔7中的链轮传动装置，以及发电机14组成。其中：储水塔7内置由上轴5、上链轮10、下轴9、下链轮12和环形链条8组成的链轮传动装置，上轴5和下轴9与储水塔7的侧壁6相连接，环形链条8上沿周向固定连接有多数个浮桶11，当浮桶11上浮时，其开口向下，下轴9直接带动发电机14或经增速齿轮箱13再带动发电机14。有关气动浮力发电系统的细部结构和工作原理，可参见中国专利CN101216012B，此处不再赘述。

本发明风力储能发电的方法包括以下步骤：

1)利用风能推动风车的桨叶或叶轮旋转而带动空气压缩机，产生压缩空气，并通过第一输气管道送入储气库；

2)由储气库通过第二输气管道将气体送入储水塔内的浮桶，给各浮桶依次充气，使浮桶上升，带动由上轴、上链轮、下轴、下链轮和环形链条组成的链轮传动装置转动；

3)以链轮传动装置带动发电机组进行发电。

在所述步骤3)中，还可对链轮传动装置的输出使用增速齿轮箱增速后再带动发电机组进行发电。

本发明将风力发电机的发电机更换为空气压缩机，将风力发电机的桨叶自动调节装置拆除，将桨叶的迎风角度调为最大迎风角。利用风能推动叶轮旋转带动空气压缩机，再将压缩后的高压空气通过高压管道送入恒压储气库，再由储气库通过高压管道将高压气体推入储水塔内的浮桶，由于气体进入浮桶会将浮桶内的液体排出，并使浮桶产生浮力拉动储水塔内的传动链条旋转，传动链条的旋转会使第一组的固定在传动链条上的浮桶充气后上升、并直线做功。固定在传动链条上的第二组浮桶进入到输气位置进行充气，第一组的浮桶上升到储水塔顶部时会自动放气，以此类推进行循环工作，由于多级浮桶在浮力的拉动下带动链条上升做功运动，链条在旋转过程中会带动主传动齿轮大扭力低速旋转，主传动齿轮通过主传动轴带动增速变速箱齿轮组工作，使主传动齿轮传动过来的低转速变为高转速，带动发电机组进行发电。

本发明具有以下明显的特点和优点：

1.整个发电系统以压缩空气作为传输媒介，压缩空气可以无污染无损耗地存储。

2.采用了恒压储气库，可以对压缩空气进行错峰调节，强风时将多余的压缩空气进行存储，弱风与无风时进行压力补充。在白天用电高峰时多发电，夜间用电低峰时少发电，进行能量存储供白天使用。

3.采用了恒压储气库，风力发电机组可以不考虑浆叶的迎风角度自动调整，强风时高速旋转，弱风时低速旋转，这样可以提高风能的利用率，降低风力发电机的生产成本。

4.可以采用废弃的矿井进行简单的密封处理后存储压缩空气，由于废弃的矿井空间巨大，可以存储大量的压缩空气，就是几天无风都可以保证本发明发电系统的正常运转。

5.由于本发明发电系统为匀速旋转，不受风力大小的影响，可以像火力发电厂那样达到发出的电能没有波动。

6.将风力发电机的发电机更换为空气压缩机，这样做法可以存储压缩空气，比采用蓄电池存储要环保，并且成本费用较低。

Claims (9)

1.一种风力储能发电装置，包括气动浮力发电系统，其特征在于：

还包括风力压缩机和储气库，其中：

风力压缩机利用风力驱动空气压缩机而产生气源；

储气库用以存储风力压缩机产生的压缩空气，并向所述气动浮力发电系统提供能源。

2.如权利要求1所述的风力储能发电装置，其特征在于：

所述风力压缩机由风车和空气压缩机组成，风车驱动空气压缩机。

3.如权利要求1所述的风力储能发电装置，其特征在于：

所述风力压缩机，是通过用空气压缩机替换风力发电机的发电机，并拆除风力发电机的自动调节装置，将风力发电机的桨叶的迎风角度调为最大迎风角而得到的。

4.如权利要求1所述的风力储能发电装置，其特征在于：

所述储气库为存储压缩空气的容器。

5.如权利要求1所述的风力储能发电装置，其特征在于：

所述储气库由废弃的矿井经封闭而形成。

6.如权利要求1所述的风力储能发电装置，其特征在于：

所述储气库的出气口安装恒压阀。

7.如权利要求1至6之一所述的风力储能发电装置，其特征在于：

所述储气库的进气口与风力压缩机的出气口之间用第一输气管道连接，所述储气库的出气口连接第二输气管道，所述储气库通过第二输气管道向浮力发电系统提供气源。

8.一种风力储能发电方法，其特征在于包括以下步骤：

1)利用风能推动风车桨叶或叶轮旋转而带动空气压缩机，产生压缩空气，并通过第一输气管道送入储气库；

2)由储气库通过第二输气管道将气体送入储水塔内的浮桶，给浮桶依次充气，使浮桶上升，带动由上轴、上链轮、下轴、下链轮和环形链条组成的链轮传动装置转动；

3)以链轮传动装置带动发电机组进行发电。

9.如权利要求8所述的风力储能发电方法，其特征在于：

在所述步骤3)中，对链轮传动装置的输出使用增速齿轮箱增速后再带动发电机组进行发电。

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