CN103147948B - 一种农村生态发电系统 - Google Patents

Abstract

一种农村生态发电系统，包括动力臂、动力传输主轴、动力换挡装置、蓄能装置、变速装置、发电机、蓄能电池组和控制模组；所述动力臂固定于动力传输主轴上，动力传输主轴和动力换档装置相接，蓄能装置和变速装置分别设于动力换档装置两侧，变速装置与发电机相连，发电机经控制模组与蓄能电池组相连。本发明工作安全，稳定性好，可行性高。

Description

一种农村生态发电系统

技术领域

本发明涉及一种农村绿色生态发电系统。

背景技术

为建设社会主义新农村，大幅提高农民生活质量，国家花费了大量财力物力普及农村电网建设，尤其是偏远山村的农电建设投资大、维护费用高、电能损耗大、安全隐患多。当前农村用电仍以火电为主，水电为辅。水电的建设实际上是以破坏生态平衡为代价的。火电靠大量消耗有限的化石能源，并严重污染环境，不利于低碳、生态文明和绿色农业的建设。

为农耕，农民畜养了牛、马、驴、骡等动物；为创收，又留下家中老小，外出打工。这实际上已造成了极不和谐的社会现象，也为绿色农业及新农村建设留下不和谐的隐患。另一方面，中国实际上是个传统的农业大国，自古以来就有利用畜养动物和人力做功的传统，如利用人力或畜力碾磨粮食拉车等等，若推陈出新的发挥这些做功传统，创造性地利用现有的机械电气等技术成果，围绕“绿色生态能源”建设可带动在家就业和种养业的发展。

传统利用人力发电，如手摇、脚踏发电装置，对于农村生态发电系统的建设缺乏实用性。

在利用畜力发电领域，中国专利200820133647.1公开了一种动物发电机，其把一条动物固定在一个框架内的窄小空间，逼迫这条动物有规律地原地踏步驱动发电机发电，并设有固定加压装置，对动物背部加压增大发电量，有对动物施虐之嫌，难论商业价值。中国专利201120015348.X公开了一种动物拉力驱动发电设备，其介绍了一种用动物拉动一根单向横杆驱动一个大齿轮，并由这一个大齿轮带动另一个固定在发电机主轴上的小齿轮发电的装置，这一方面需要一个价格昂贵的超大精密齿轮，另一方面需要多匹骏马牵引才可能发出少量的电，安全性、稳定性欠佳，实用性和商业价值均令人生疑。中国专利申请201010518733.6公开了一种力速转化器的方法及动物发电，文中写有“提供一种力速转化器的方法及动物发电，能把强大的力量转化机械光速，光速转化强力是个新发现，......”，宣称可以“使得人、马动物，能通过力速转化器等，建成大、中、小发电站”，但缺乏实现的可能性。

中国专利申请200410044268.1公开了一种牵引装置、同步驱动车、动物发电机、动物发电站，其提供了一种通过一个牵引动物带动移动的“信号装置”的同步驱动车，并设有一个支撑架类的装置承担动物身躯的重量，让动物不必承受地球重力影响，只需四肢移动，就可通过动物一动实现发电机发电，但其并未讲述如何提供发电所需的动能，缺乏可实施性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，在保证安全环保、无污染的前提下，提供一种工作安全，稳定性好，可行性高的农村绿色生态发电系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种农村生态发电系统，包括动力臂、动力传输主轴、动力换挡装置、蓄能装置、变速装置、发电机、蓄能电池组和控制模组；所述动力臂固定于动力传输主轴上，动力传输主轴和动力换档装置相接，蓄能装置和变速装置分别设于动力换档装置两侧，变速装置与发电机相连，发电机经控制模组与蓄能电池组相连。

进一步，还包括固定支架，所述固定支架包括用于稳固动力传输主轴的动力传输主轴支架和用于稳固动力换挡装置、蓄能装置、变速装置的装置固定支架，以利于防止震动或移位，降低危害性；所述动力传输主轴通过主轴轴承固定在动力传输主轴支架上。

进一步，所述动力臂由至少两根成等夹角布置并固定于动力传输主轴上的长度均≥1.2m的杠杆构成，所述杠杆优选2根、3根或4根。

进一步，所述控制模组通过接线盒或插座外接国家电网或外部电气设备。

进一步，所述变速装置与发电机的联接可采用轴联接、齿轮联接、皮带轮联接或链条联接，也可采用摩擦联接。

进一步，所述动力换挡装置设有两个基本档位，其中一个档位用于将动力传输主轴的动力扭矩直接传递至变速装置，另一档位用于将动力传输主轴的动力扭矩传递至蓄能装置内的高弹性蓄能材料组，再将蓄能装置的高弹性蓄能材料组内蓄积的势能平缓地经动力换档装置传递至变速装置。动力换档装置还可设置变速档，以调整变速装置的输出扭矩和转速。动力换挡装置和蓄能装置的配合较好地适应了农村驯养畜力的特点，解决了畜力进食、休息问题，提高发电机运转率。

所述蓄能装置采用设有动力扭矩输入轴、稳速输出轴、蓄能量大于2.1KJ的机械蓄能装置，

所述机械蓄能装置可将畜力做功的生物能转化为弹性势能，再将弹性势能平缓地以动力扭矩输出。

进一步，所述发电机可采用励磁直流发电机或交流发电机；发电机额定功率选用1.5KW~100.0KW。

所述控制模组为供配电成熟技术，其集成的稳压变压变频整流及充变电组件通过连接电路和中央处理器对发电机产生的原始电力进行处理、净化，使得发电系统的电力输出洁净和平稳，能适宜对电压电流波动比较敏感的电气设备和仪器供电，并能将剩余电力输至蓄能电池组，且在发电机停止发电时段对电气设备和仪器平稳供电。

工作时，所述动力臂由人驯养的畜力（牛、马、驴、骡、狗等）牵引动力臂，或通过外部机械设备推动或拉动动力臂，以杠杆产生的扭矩带动动力传输主轴转动，通过换档装置将动力传输主轴扭矩经变速装置变速，或动力换档装置将主轴扭矩传递至蓄能装置，蓄能装置再将蓄积的能量平缓地经动力换档装置输出传递至变速装置变速，上述换档选择在畜力可持续工作时，换档装置宜直接将动力传输主轴扭矩传递至变速装置变速；在畜力不可持续工作状态时，为大幅延长发电时间，换档装置宜将动力传输主轴扭矩传递至蓄能装置蓄能，再经蓄能装置平缓输出至变速装置，变速装置输出的动力扭矩驱动发电机发电，发电机产生的原始电力经控制模组进行处理、净化，以平稳的电压电流供能电气设备和蓄能电池组，多余电力可上网供给国家电力网。

本发明具有如下优点：

    1、在创造性的整合现代机械、发电、控制等先进技术成果的基础上，为适应农村畜力特点，推陈出新地利用了农村传统的畜力做功，建设农村生态发电系统，能满足用电品质要求。

 2、顺应国家能源建设政策要求，农村生态发电系统除满足家庭或村寨所需外，多余电力可卖给国家电力网，能创收，具有商业价值和农民创业价值，利于就近创业或就业。

  3、利于实现农村尤其是偏远山村家电现代化，并可减少砍柴伐薪对环境植被的破坏。

 4、畜力发电的商业价值有利于促进农村种养业的发展。

5、农村生态发电系统的建设有利于带动机械电气等制造业发展，并可减少工业发电对资源和环境的损耗。

6、农村生态发电系统的建设，能增加观光娱乐性，有利于促进旅游业发展，并可一定程度地化解农民外出打工造成的不和谐隐患。

7、本发明工作安全，稳定性好，可行性高。

附图说明

图1为本发明农村生态发电系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，本实施例包括动力臂1、动力传输主轴2、动力换挡装置3、蓄能装置5、变速装置4、发电机6、蓄能电池组8和控制模组7；所述动力臂1固定于动力传输主轴2上，动力传输主轴2和动力换档装置3相接，蓄能装置5和变速装置4分别设于动力换档装置3两侧，变速装置4与发电机6相连，发电机6经控制模组7与蓄能电池组8相连，控制模组7经接线盒或插座外接国家电网或外部电气设备。

还包括固定支架，所述固定支架包括用于稳固动力传输主轴2的动力传输主轴支架和用于稳固动力换挡装置、蓄能装置、变速装置的装置固定支架，以利于防止震动或移位，降低危害性。所述动力传输主轴2通过主轴轴承9固定在动力传输主轴支架上。

所述变速装置4与发电机6的联接可采用轴联接、齿轮联接、皮带轮联接或链条联接，也可采用摩擦联接。

所述动力换挡装置3设有两个基本档位，其中一个档位用于将动力传输主轴的动力扭矩直接传递至变速装置4的档位，另一档位用于将动力传输主轴2的动力扭矩传递至蓄能装置5内的高弹性蓄能材料组，高弹性蓄能材料组蓄积的势能平缓地经动力换档装置3传递至变速装置4。动力换档装置3还设置有变速档，以调整变速装置4的输出扭矩和转速。动力换挡装置3和蓄能装置5的配合较好地适应了农村驯养畜力的特点，解决了畜力进食、休息问题，提高发电机6的运转率，选用适宜的蓄能装置5在蓄力做功不可持续时，仍可保证24小时的连续稳定发电。

所述蓄能装置5采用设有动力扭矩输入轴、稳速输出轴、蓄能量大于2.1KJ的机械蓄能装置，将生物做功的动能转化为弹性势能，再将弹性势能平缓地以动力扭矩输出。

所述发电机采用励磁直流发电机（也可选用交流发电机）；发电机额定功率选用1.5KW~100.0KW。

所述动力臂1由至少两根成等夹角布置并固定于动力传输主轴2上的长度≥1.2m的杠杆组成。

本发明农业生态发电系统实施前，一是需准确评估家庭或农村照明、家用电器及其它用电设施潜在的负载高峰；二是需明确预期本村外卖或上网电量；三是需清楚可驯养使用的畜力种类和数量，畜力的种类对发电系统设计影响颇大，如水牛力大而速度较慢，马速度快而力量偏弱等，都直接影响设计参数；四是需了解可接受的投资形式和投资数量；五是需测量村前村后可用于建设发电系统的场地环境，并了解当地气候资料。根据掌握的以上资料综合分析确定方案后，进行生态发电系统的设计和配置确定。

实施案例1：某山村已通电，电价1.3元/度，住5户人家，其中一家男主人腿有残疾，靠种地和养十余头羊、三条黄牛维持生计。此山村5户人家现家电负荷高峰总计仅0.8KW，日平均用电合计约10度，预测未来五年最高用电负荷为4KW，包括添加的家电和一台电泵抽水，日平均用电预计总量约50度，且都确定只要电价不超过0.8元/度，则添置家电，达到每天约50度用电量。考虑由腿有残疾男人家办发电项目，期望每月有800元的卖电收入，能接受一次性50000元以内的投资项目，其家屋前有一块14m×9.3m相对平整的空地，当地气候春夏季多雨，冬季最低温是-5℃。根据实际情况，发电系统设计拟定采用三条黄牛作为畜力，选用额定功率8KW交流发电机，采用3.0m长动力臂杠杆3根呈120°夹角对称嵌定在动力传输主轴上，以三条黄牛为牵引动力，变速装置和发电机采用皮带轮联接，动力传输主轴支架固定在空地中央，支架约1m高度设防雨棚室，变速装置和发电机置于防雨棚下，控制模组和蓄电池组置于室内，联接电缆加护管套埋置于地下。持续发电时间每天平均按16小时，电力约128度。除自用约10度外，供同村用户约40度，按0.8元/度计约32元，上网电约78度，按0.45元/度计约35.1元，即每日外卖电收入约67.1元，月卖电收入约2013元，年卖电收入约24156元。

实施例2：某山村已通电，住12户，有畜养动物驴、马、牛做为农耕和拉车的传统，现用电总负荷5.8KW，电价1.2元/度，全山村日用电总量平均10度，预计未来用总负荷峰值为30KW，全山村日用电总量平均约50度。该山村全员协商：投资生态发电系统除自用电外，期望每月有2000元的卖电收入，能接受的投资规模24万元以内，投资形式为付现50%，其余50%以外卖电收入偿付。该村周围有大片不利耕作的空地，当地气候为北温带典型气候，春雨多、冬季气温最低-7度。结合本山村情况，设计采用2套相同的畜力发电装置，共用一套控制模组和蓄能电池组，每套发电装置可分别同时采用牛力或同时采用马力或驴力牵引。每套发电装置输出额定功率选定为20KW，共计40KW。每套发电装置的动力臂设置为120度角分布的三根长度为8m的杠杆，根据使用畜力的种类在杠杆上相应位置设定拉力挂钩。变速装置和发电机采用皮带轮联接，40KW发电系统装置总投资约13万元。2套发电装置由山村组委安排2人负责看管畜力发电，每天发电平均时间按16小时，获电力约640度，可最大外卖上网电每天约590度，按0.45元/度计，月卖电收入约7965元，除满足山村全体12户自用电外，年卖电收入约95580元。 

Claims (8)

1.一种农村生态发电系统，包括动力臂、动力传输主轴、变速装置、发电机、蓄能电池组和控制模组；所述动力臂固定于动力传输主轴上，变速装置与发电机相连，发电机经控制模组与蓄能电池组相连；其特征在于：还包括动力换挡装置、蓄能装置，所述动力传输主轴和动力换档装置相接，蓄能装置和变速装置分别设于动力换档装置两侧；

所述动力换挡装置设有两个基本档位，其中一个档位用于将动力传输主轴的动力扭矩直接传递至变速装置；另一档位用于将动力传输主轴的动力扭矩传递至蓄能装置，再将蓄能装置内蓄积的能量平缓地经动力换档装置传递至变速装置；

动力臂由人驯养的畜力牵引动力臂，或通过外部机械设备推动或拉动动力臂，以杠杆产生的扭矩带动动力传输主轴转动，通过动力换档装置将动力传输主轴扭矩经变速装置变速，或动力换档装置将主轴扭矩传递至蓄能装置，蓄能装置再将蓄积的能量平缓地经动力换档装置输出传递至变速装置变速，换档选择在畜力可持续工作时，换档装置直接将动力传输主轴扭矩传递至变速装置变速；在畜力不可持续工作状态时，为延长发电时间，换档装置将动力传输主轴扭矩传递至蓄能装置蓄能，再经蓄能装置平缓输出至变速装置，变速装置输出的动力扭矩驱动发电机发电。

2.根据权利要求1所述的农村生态发电系统，其特征在于：还包括固定支架，所述固定支架包括用于稳固动力传输主轴的动力传输主轴支架和用于稳固动力换挡装置、蓄能装置、变速装置的装置固定支架，所述动力传输主轴通过主轴轴承固定在动力传输主轴支架上。

3.根据权利要求1或2所述的农村生态发电系统，其特征在于：所述动力臂由至少两根成等夹角布置并固定于动力传输主轴上的长度均≥1.2m的杠杆构成。

4.根据权利要求3所述的农村生态发电系统，其特征在于：所述动力臂由2根、3根或4根杠杆构成。

5.根据权利要求1或2所述的农村生态发电系统，其特征在于：所述变速装置与发电机的联接采用轴联接、齿轮联接、皮带轮联接、链条联接或摩擦联接。

6.根据权利要求1所述的农村生态发电系统，其特征在于：动力换档装置还设有用于调整变速装置的输出扭矩和转速的变速档。

7.根据权利要求5所述的农村生态发电系统，其特征在于：所述蓄能装置采用设有动力扭矩输入轴、稳速输出轴、蓄能量大于2.1KJ的机械蓄能装置。

8.根据权利要求1或2所述的农村生态发电系统，其特征在于：所述发电机采用励磁直流发电机或交流发电机；发电机额定功率选用1.5KW~100.0KW。