CN103174598A - 一种基于势能储能与空气压缩储能相结合的风能存储发电技术 - Google Patents

Abstract

一种风能存储技术，其特点是通过重物储能和压缩空气储能两种储能方法，实现高密度的风能存储，其特点是通过风机风轮的转动带动重物上升，当重物上升到达一定高度后，固定待用，当高密度空气存储容器内空气压力减少到一定程度，则释放重物储存的势能，通过重物的拉力压缩空气进入空气存储容器，保持空气存储容器内的压力在一定的范围内。从而可以通过被压缩的空气推动发电机发出稳定可控的电力。

Description

一种基于势能储能与空气压缩储能相结合的风能存储发电技术

技术领域：本发明属于可再生能源存储发电技术，特别涉及风能的存储与发电。

背景技术：风能是清洁的可再生能源，其发电成本低。在世界上已经广泛应用，但是，风能发电也有很大的缺点，就是间歇性，不稳定性，常规的风力发电不能提供可控的稳定的电力。而目前用在风电中的储能主要是抽水蓄能和压缩空气储能，抽水蓄能需要大量的水源外还需要合适的地势，单纯的压缩空气储能则需要很大的高密度空气存储空间，一般需要大的溶洞或者地下洞穴，也需要合适的地形。总言之就是能量存储密度低。在目前的能量存储中还有用蓄电池储能的，但是其储存能量数额太小，不能满足大容量的能量存储要求。本发明就是在分析了各种储能方式的基础上提出了一种可控高密度储能的方法：先用风能将重物提起，将风能转化为重物的势能，通过重物的势能对风能进行高密度存储，然后利用重物下落带动空气压缩装置对空气进行压缩储能，压缩空气推动发电机叶轮转动，带动发电机发电。重物下落可以为压缩空气提供稳定的动力。这样，压缩空气储存容器不需要太大的空间，就可以确保发电机得到稳定的气流。

发明内容：

本发明通过风能转化为重物的势能，重物的势能转化为压缩空气的势能，从而通过被压缩空气带动发电机发电，特点是通过输气管道将高压气体输送到中心压缩空气储存装置。然后气体喷出做功发电。

本发明的目的是提供将风能进行存储并发出可控稳定电力的方法。现结合附图给出其特征：

1)：风机将风能转化为机械能带动风机转轴1进行旋转，风机转轴1通过调速装置，将机械能传输到竖直转轴2.调速是通过不同直径的齿轮之间耦合实现的。

2)：竖直转轴2旋转收缩拉力绳3从而带动重物上升，将机械能转化为重物的势能。如图1。其中竖直转轴2只能一个方向转动，保证重物不会下落。

3)：重物被提升到一定高度后，进行悬停，当需要时进行下降释能，如图2。在重物5下降过程中将对转轴7提供持续稳定的拉力，转换成转轴7的旋转力，转轴7旋转带动旋转手柄8转动，旋转手柄8旋转压动旋转挡板9向压气缸13一侧运动，通过硬传动11推动活塞12向内运动，从而压缩空气通过单向进气阀14进入压缩空气储存容器16，形成压缩空气储能CAES。当旋转手柄8脱离转轴挡板9后，反弹弹簧17推动活塞向外运动，单向吸气阀15打开，外部空气进入压气缸13.旋转挡板9是通过固定转轴10固定的。硬传动11的两端都是通过可旋转的轴与转轴挡板9，活塞12连接的。旋转手柄的顶部是一个滑轮，这样可以减少旋转手柄8与转轴挡板9的摩擦力。

4)：转轴7带动压气缸压缩空气，将空气压缩至压缩空气储藏室，从而将重物的势能变为高密度空气的势能。转轴7带动压气缸的传动方式有很多方式，本发明给出三种，分别是通过转轴7带动旋转手柄旋转，旋转手柄推动转轴挡板，从而推动压气缸的活塞运动，如图2；第二种方式为通过转轴7带动转轮18，转轮18带动硬传动轴19，硬传动轴带动活塞12压缩空气，如图3；第三种方式为通过转轮18带动牵引软绳20，牵引软绳带动硬压缩板21，从而带动活塞12压缩空气，牵引软绳通过定向滑轮22固定运行方向。如图4.在第一种和第三种压缩运动中，需要在压气缸内加反弹弹簧17，在压缩完成时，反弹弹簧17反弹，推动活塞返回，通过单向吸气阀15吸收标准空气进入压缩缸，等待压缩。而通过硬传动轴的方式带动活塞运动则不需要加反弹弹簧，由硬传动轴直接带动活塞返回并通过单向吸气阀15吸气。在第三种方式中牵引软绳通过定向滑轮21保证硬压缩板21的运行轨迹。

5)：压缩空气通过可控阀门喷出带动气轮机发电。

6)：关于转轴7带动空气压气缸压缩空气的具体方法，本发明提出3种常规方法。原理如图2，图3，图4。在具体实施例中详细介绍。

本发明中的风机不带发电装置，直接将风能转化为风机转轴的机械能，风机转轴根据风力的大小对竖直转轴进行变速，当风力较小时，通过变速使竖直转轴较慢转动，从而产生较大的提升力。

本发明是通过以下技术方案实现的：风力带动风机转轴转动，风机转轴通过变速装置带动竖直转轴转动，竖直转轴旋转带动绳索运动提升。当压缩空气储藏容器中空气压力减小，需要增加压力时，此时将重物进行势能释放，重物下降带动压气缸活塞运动压缩空气至一定压力后进入压缩空气储藏容器，从而使得压缩空气储藏容器内的空气压力保持在一定范围内。

本发明结合了两种储能方式对风能进行存储，从而可以稳定的发出电力，其特点就是通过重物势能将风能可靠的存储起来，然后带动压气缸活塞运动压缩空气，压缩完成的空气通过管道输送到压缩空气储藏容器。这种分布式压气系统可以通过各个风机压缩空气，每个压气缸都通过管道输送到同一个压缩空气储存容器，压缩空气通过可控喷嘴推动发电机发电。

附图说明：

图1是风机提升重物原理图。

图中：1风机转轴，2竖直转轴，3拉力绳，4滑轮，5重物，6支架，

图2是重物下落带动压力手柄压缩空气原理图

图中：7转轴，8旋转手柄，9转轴挡板，10固定转轴，11硬传动，12活塞，13压气缸，14单向进气阀，15单向吸气阀，16压缩空气储存容器，17反弹弹簧。

图3是重物下降带动转轮及硬传动轴压缩空气原理图

图中：18转轴，19硬传动轴

图4是重物下落带动转轮及牵引软绳压缩空气原理图

图中：20牵引软绳，21硬压缩板，22定向滑轮。

以上附图说明中，图3及图4中与图2重复的部件未做说明，压气缸与转轴7以及重物下降推动转轴7旋转的过程都完全一致。

具体实施例：

现结合附图给出本发明的具体实施例。

结合附图1，图2给出具体实施例1：

图1是风机提升重物原理图，当风吹来的时候，风机转动，风机转轴1通变速装置带动竖直转轴2转动，通过变速装置，风机转轴1的齿轮可以和变速装置内的几个直径不同的齿轮进行分别组合，总而达到调速目的，在风大时可以让竖直转轴2快速转动，在风力小时，可以让竖直转轴2慢转。竖直转轴2的转动拉动拉力绳3运动，从而带动重物5上升。其中竖直转轴2只能一个方向转动，保证重物不会下落。

以上所述为风能转化为重物的势能过程。

图2是重物下落带动压力手柄压缩空气原理图，如图2所示，重物5下落带动转轴7转动，转轴7带动旋转手柄8转动，旋转手柄8转动推动转轴挡板9运动，从而压迫硬传动11向压气缸13内方向运动，硬传动11推动活塞12压缩空气做功，被压缩的空气只能通过单向进气阀14进入压缩空气存储容器16内。当活塞12完成压缩空气做功后，旋转手柄8离开转轴挡板9，反弹弹簧17推动活塞12向外运动，此时单向吸气阀15打开，外面大气进入压气缸13内，准备下一次的旋转手柄8做功。旋转手柄8是与转轴7成90度固定在一起的。旋转挡板9是通过固定转轴10固定的。固定转轴10可以使转轴挡板9自由的转动。硬传动11也是通过可转动的轴与转轴挡板9及活塞12连接的。旋转手柄8的末端安装一定滑轮，减少摩擦力。

转轴7带有卡槽，在需要暂时中止释能时，可使转轴7停止转动，释能暂停

结合图1，图2，图3给出具体实施例2：

在此实施例中风能转化为重物5的势能过程与具体实施例1完全一样。重物5的下落带动转轴7旋转的过程也与实施例1的过程完全一样。

如图3，本具体实施例与实施例1的不同在于：在本实施例里，采用了转轴7带动一个大的转轮18转动，转轮18带动一个硬传动轴19往复运动，从而压缩空气做功。具体过程如下：当转轴7转动时，与之固定在一起的转轮18随之转动，硬传动轴19与转轮18和活塞12都是通过活动转轴连接，从而在硬传动轴19的带动下，活塞12在向压气缸13内运动过程中压缩空气做功，向相反的方向运动时，便通过单向吸气阀门吸入空气。从而完成通过压气缸13将空气压入压缩空气储存容器16内。

以上所述为具体实施例2.

结合图1，图2，图4给出具体实施例3：

在此实施例中风能转化为重物5的势能过程与具体实施例1，实施例2完全一样。重物5的下落带动转轴7旋转的过程也与实施例1，实施例2的过程完全一样。

如图4，本具体实施例与实施例2的不同在于：转轴7带动转轮18转动，转轮18通过牵引软绳20带动硬压缩板21运动，硬压缩板21带动压气缸13内活塞12压缩空气做功。其中牵引软绳通过定向滑轮22约束其运行轨迹，确保硬压缩板21的受力方向与活塞12表面垂直。当活塞12压缩做功完成后，压气缸13内反弹弹簧17反推活塞12向外运动，完成吸气过程，准备下次活塞12压缩空气做功。

以上为具体实施例3.

根据上述三种具体实施例，可以延伸出其他实施例，如可将具体实施例3中的硬压缩板改为通过压气缸底部穿过，拉动活塞12做功，这种延伸方法都在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于重物势能储能和压缩空气储能的风能存储技术：其特征是将重物提起储能后，利用重物的下降驱动空气压缩装置压缩空气，从而将风能转化为空气的势能，形成CAES，再通过控制高压空气喷出驱动发电机发电。

2.根据权利要求1所述的重物储能，是通过风机的旋转力将重物拉到高处的。

3.根据权利要求1所述的利用重物的下降驱动空气压缩装置做功，是通过重物的下降带动转轴，转轴的旋转周期性的压缩压气缸内空气进入高压空气存储容器，从而实现压缩空气储能。将重物的势能转化为空气的势能有几种方式，本文给出具体的三种：第一种是通过转轴带动旋转手柄旋转，旋转手柄推动转轴挡板，从而推动压气缸活塞运动；第二种方式为通过转轴带动转轮，转轮带动硬传动轴，硬传动轴带动活塞压缩空气；第三种方式为通过转轮带动牵引软绳，牵引软绳带动硬压缩板，从而带动活塞压缩空气，牵引软绳通过定向滑轮固定运行方向。

4.根据权利要求3所述的利用重物的下降驱动空气压缩装置做功，第1种驱动方式为：重物下落带动转轴转动，转轴带动旋转手柄转动，旋转手柄转动推动转轴挡板运动，从而压迫硬传动向压气缸内方向运动，硬传动推动活塞压缩空气做功，被压缩的空气只能通过单向进气阀进入压缩空气存储容器内。当活塞完成压缩空气做功后，旋转手柄离开转轴挡板，反弹弹簧推动活塞向外运动，此时单向吸气阀打开，外面大气进入压气缸内，准备下一次的旋转手柄做功。旋转手柄是与转轴成90度固定在一起的。旋转挡板是通过固定转轴固定的。固定转轴可以使转轴挡板自由的转动。硬传动也是通过可转动的轴与转轴挡板及活塞连接的。旋转手柄的末端安装一定滑轮，减少摩擦力。

转轴7带有卡槽，在需要暂时中止释能时，可使转轴停止转动，释能暂停。

5.根据权利要求书3所述的利用重物的下降驱动空气压缩装置做功，第2种驱动方式为：采用了转轴带动一个大直径的转轮转动，转轮带动一个硬传动轴往复运动，从而压缩空气做功。具体过程如下：

当转轴转动时，与之固定在一起的转轮随之转动，硬传动轴与转轮和活塞都是通过活动转轴连接，从而在硬传动轴的带动下，活塞在向压气缸内运动过程中压缩空气做功，向相反的方向运动时，便通过单向吸气阀吸入空气。从而完成通过压气缸将空气压入压缩空气储存容器内的过程。

6.根据权利要求书3所述的利用重物的下降驱动空气压缩装置做功，第3种驱动方式为：转轴带动转轮转动，转轮通过牵引软绳带动硬压缩板运动，硬压缩板带动压气缸内活塞压缩空气做功。其中牵引软绳通过定向滑轮约束其运行轨迹，确保硬压缩板的受力方向与活塞表面垂直。当活塞压缩做功完成后，压气缸内反弹弹簧反推活塞向外运动，完成吸气过程，准备下次活塞压缩空气做功。

7.一种基于重物势能和压缩空气储能的风能存储技术是一种分布式压缩空气技术，重物被拉高储能后，就地储存势能，等需要释放时就地压缩空气，高密度的空气通过管道输送到压缩空气储存容器。

8.在第一种和第三种压缩运动中，需要在压气缸内加反弹弹簧，在压缩完成时，反弹弹簧反弹，推动活塞返回，通过单向吸气阀吸收标准空气进入压气缸，等待压缩。权利要求6中所述的第三种方式也可以变化为硬压缩板穿过压气缸的底部来带动活塞运动。第一种和第二种方式也可以通过转轴7带动2个压气缸运动。在一个压气缸吸气过程中带动另外一个压气缸压缩空气。

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