CN103256175B - 一种风能利用系统 - Google Patents

Abstract

一种风能利用系统，其具有风力能源发电站和风河利用系统，所述风力能源发电站，包括多个风能发电机或风力发电机，所述风河利用系统具有高压系统和低压系统，低压系统和高压系统装有增/降压装置。风力能源发电站的输出端分别通向并联的电网和风河利用系统，为电网和风河系统中的增/降压装置供电，优点在于：风河利用系统庞大，不会产生风能与电能的浪费情况。从长远角度来看，建设成本以及制造成本相对较低。

Description

一种风能利用系统

技术领域

本发明涉及一种风能利用系统。

背景技术

据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦。全世界以风力产生的电力约有94.1百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。人类利用风能的历史可以追溯到公元前，但数千年来，风能技术发展缓慢，没有引起人们足够的重视。自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以到达的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，此外各国政府不断出台的可再生能源鼓励政策，将为该产业未来几年的迅速发展提供巨大动力。

风力发电机产生的电能通常输送到电网系统中，或者将风力发电机产生的电能存储到蓄电池中。迄今为止，蓄电池的蓄电量不足以存储风力发电系统产生的电能，当蓄电池存储的电能已经达到满负荷时，风能资源就会白白浪费掉。

本专利申请人曾向中国国家知识产权局提出过申请号为201210017357.1的中国发明专利申请，该专利申请请求保护一种风塔发电站的蓄能式发电装置，其在实时电网用电小于发动机发出的电能的时候，利用所谓多余的电能压缩空气，并将加压后的空气存储到多组高压气罐中，高压气罐中的空气通过管道进入恒压稳压罐，待用电量较大，而风力不足时，用稳压罐中的空气推动空气发动机运动，进而驱动发电机发电。

该发明从风能利用效率、结构布局以及市场推广等方面来说，具有结构简单，布局合理，利于市场推广等优点，而且自身所需要电能不需要外界提供，而是通过风塔午夜过剩的电能为风塔发电站的蓄能式发电装置中的各种器件提供电源。该发明的不足是，需要建立若干庞大的高压空气储气罐。这不仅占用很大空间，而且会导致建设成本以及制造成本的增加。

200920271796.9号中国实用新型专利公开了一种风河系统，其以类似于河流的方式储存风能。系统中包括高压腔和低压腔。该系统试图仅仅依赖于自然界的飓风运行，这是不科学的，飓风虽然能量很大，但是将其储存到庞大的风河系统中，却显得不够。而且仅仅依赖于自然界的飓风，不一定能将风河中的高压系统和低压系统调整到合适的压力。反之，如果用电能来将系统中的高压和低压腔进行适当的调整，则需要耗费很大的电量。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术中的缺陷与不足，提供一种风能利用系统，其一方面将风力发电装置发出的电能输送给电网，另一方面，将这些电能输送给风河系统，用来为风河系统的高压区增压，或者为风河系统中的低压区降压或抽真空，从而确保了风力很大而电网用电量不足时，将多余的电能输送给庞大的风河系统，也确保了风河系统尽可能达到所需压力。

本发明提供一种风能利用系统，其具有风力能源发电站和风河利用系统，所述风力能源发电站，包括多个风能发电机或风力发电机，所述风河利用系统具有高压系统和低压系统，低压系统和高压系统装有增/降压装置。风力能源发电站的输出端分别通向并联的电网和风河利用系统，为电网和风河系统中的增/降压装置供电。

优选的是，所述风河利用系统还具有风能输送管道、综合能源发电站、多个风能采集装置和控制中心，控制中心与风河利用系统中的风能采集装置、综合能源发电站、高压系统、低压系统通过检测线路连接。

优选的是，所述风力能源发电站中的风力发电机是一种小型涡轮涡扇发电装置。

优选的是，该小型涡轮涡扇发电装置包括由外部网壳罩着的小型涡轮涡扇和转动轴承滚珠的固定架，所述涡轮涡扇由中心轴架、侧轴架和中心转轴固定在网壳内，所述固定架由支撑架进行支撑固定，小型涡轮涡扇通过中心转轴与小型发电机相联接；固定架内装有第二轴承，第二轴承内部装有中心转动球，风力方向变化时小型涡轮涡扇可以随风向的改变而转换方向，进而带动小型发电机发电。

上述技术方案中，所述网壳尾部装有旋转杆，通过连接杆与中心转动球连接，在风向发生变化时可以随风向进行上下左右的旋转，保证了涡轮涡扇总是迎对着风。

优选的是，涡轮涡扇主体中心安装一中心转轴，该轴的一端与中心轴架汇聚在一起，另一端通过联轴器与小型发电机相联接。

优选的是，涡轮涡扇主体内部均匀的分布着6根中心轴架，此数量乃是该发明的最佳数量，当然我们也可以根据实践需要增加或减少中心轴架的数目，可以选择五根或七根或八根等。

优选的是，涡轮涡扇主体内部均匀分布的中心轴架一端相交与中心转轴，另一端焊接与涡轮涡扇主体内壁的中部。

优选的是，中心轴架上均匀的分布着六根侧轴架，此数量乃是该发明的最佳数量，当然我们也可以根据实践需要增加或减少侧轴架的数目，可以选择五根或七根或八根等。

优选的是，中心轴架与中心转轴之间焊接有侧轴架，就将涡轮涡扇稳定牢固地与中心转轴连接在一起。

优选的是，涡轮涡扇由网壳罩着，涡轮涡扇与网壳之间留有一定的间隙，这样保证了涡轮涡扇能够顺畅的运转。

优选的是，涡轮涡扇、侧轴架、中心轴架的组合体被网壳罩着，这样就防止了杂质进入涡轮涡扇的内部而影响工作，进而延长了该装置的使用寿命。

本发明的案中，所述固定架有支撑架托起，固定架内部放有中心转动球，进而将涡轮涡扇托起可以随风向转动，弥补了以往只能在水平方向上工作的缺陷。

优选的是，固定架内部装有转动轴承壳和转动轴承滚珠，进而保证了中心转动球在固定架内随意的转动。

优选的是，支撑架为四周封闭的钢板围成，这样保证了足够大的支撑力，很高的稳定性。

优选的是，支撑架底部焊接有一支撑底座，支撑底座上开有地角螺栓孔，通过螺栓将该装置牢牢的固定于固定面上。

涡轮涡扇包括内叶片、外叶片、涡轮涡扇主体。所述内叶片螺旋扭曲焊接在涡轮涡扇主体的内壁；外叶片螺旋扭曲焊接在涡轮涡扇的外壁，且所述内叶片和外叶片与主体上平面呈75°夹角。扭曲是为了使叶顶至叶根处扬程相等，避免涡流损失。因为当叶轮旋转时，由于沿半径方向的线速度不同，为了得到同样的扬程，沿半径方向叶片各截面的安装角不相等，愈接近外缘其安装角就愈小，因此，叶片呈扭曲状。本涡轮涡扇充分利用风能运动，利用从中心到外围转速递增的涡流使流体风自动从涡流中心区吸入涡流中，利用涡流中心产生吸力，将自然风吸入主体内，促使驱动装置发电。

优选的是，所述涡轮涡扇为风力发电叶轮。本发明的涡轮涡扇不仅适于风向不同环境，也适于风力比较小的环境中，将更多的风能转换为机械能，进而转换为电能。

优选的是，所述涡轮涡扇的主体为圆筒，该圆筒有一定的厚度，便于内外叶片的焊接。

优选的是，所述涡轮涡扇的主体内外都装有叶片。外叶片将自然风汇集于涡轮涡扇的内部。

优选的是，所述涡轮涡扇的叶片在2°-5°螺旋角之间扭曲地安装于主体壁上，总体呈螺旋上升趋势。

优选的是，所述涡轮涡扇的叶片根据进入涡轮涡扇的气流量不同来定其数量，一般以内外比例为1:2。

优选的是，所述涡轮涡扇的内外叶片配置不同，内外叶片的分布有相对的和错开的。保证了更有效的接受风能。

优选的是，所述涡轮涡扇的叶片均匀分布。内叶片均匀地安装在主体内壁上，外叶片均匀地安装在主体外壁上。

优选的是，所述涡轮涡扇的内外叶片与主体上平面呈75°-80°夹角，当涡轮涡扇发生转动时通过中心转轴带动小型发电机发电。

优选的是，所述风力能源发电站产生的电能分为两路，一路通过输电线路与并联的电网系统连接，另一路通过输电线路与风河利用系统连接。

进一步优选的是，所述风力能源发电站产生的电能一路通过输电线路与风河利用系统中的高压系统连接，另一路通过输电线路与风河利用系统中的低压系统连接。

进一步优选的是，风河系统中还配有传感器，以检测相应的参数。

优选的是，传感器通过检测线路把检测到的参数反馈到控制中心。

优选的是，控制中心根据传感器检测到的参数及时调整相关装置参数。

优选的是，所述风能输送管道包括风能采集端的输送管道、综合能源发电站端风能输送管道、相应的管道彼此联接，之间配有必要的阀门，各阀门与相应的控制装置联接。

优选的是，所述风能采集装置具有风能输送管道。

优选的是，所述风能采集装置通过风能输送管道与空气过滤装置连接。

优选的是，所述空气过滤装置通过风能输送管道与综合能源发电站连接。

优选的是，所述综合能源发电站包括多种风能利用装置与风能发电装置。

特别优选的是，所述风河利用系统中的低压系统与高压系统分别与综合能源发电站连接。

优选的是，所述风河利用系统中的低压系统与高压系统之间通过风能输送管道连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：不需要建立若干庞大的高压空气储气罐，而是将风能存储到风能利用系统中的风河利用系统中，并通过风河系统中的高压系统、低压系统、以及风能利用站充分利用系统中的风能发电，风河利用系统庞大，不会产生风能与电能的浪费情况。从长远角度来看，建设成本以及制造成本相对较低。

附图说明

图1为按照本发明风能利用系统的一优选实施例的示意图。

图2为按照本发明的风力发电系统中的综合能源发电站中的涡轮涡扇发电装置的优选实施例的结构示意图；

图3所示为图2所示的优选实施例的一剖视图；

图4所示为图2所示的优选实施例的涡轮涡扇的结构示意图。

图5为按照本发明风能利用系统中的风能采集装置一优选实施例的示意图。

图中标注说明：外部网壳101，小型涡轮涡扇102，中心轴架103，侧轴架104，中心转轴105，第一轴承106，联轴器107，发电机外部固定壳108，小型发电机109，旋转杆110，第二轴承111，销轴112，中心转动球113，转动轴承壳114，转动轴承滚珠115，固定架116，支撑架117，支撑底座118，连接杆119，外叶片401，主体402，内叶片403，主体内壁404，主体外壁405，主体上平面406，主体下平面407。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步的详细描述。

图1与图5示出了按照本发明的风能利用系统的一优选实施例的示意图。其中风力能源发电站1发出的电能分成两路，一路送往并联电网系统8，另一路提供给风河利用系统。当外界风力较大且并联电网系统8用电量较小时，风力能源发电站1产生的过剩电能送入风河系统，保证风河系统中有足够的电能供给。由于风河系统是一个庞大的系统，其能量储存足以接受很多风力发电系统的过剩电能，将其用来调整风河系统中的高压和低压。

风河系统中的高压系统2、低压系统4、综合能源发电站6、空气过滤装置7以及风能采集装置3内部还设有传感器，传感器通过检测线路与控制中心5连接，传感器把检测到的相关参数通过检测线路反馈到控制中心5，控制中心5根据传感器检测到的参数及时调整相关装置参数。

综合能源发电站6由多个风能发电机供电。风河利用系统中的高压系统2与低压系统4可以通过风能输送管道上装有的增/降压装置13增压或者降压后输送到综合能源发电站6中，并通过综合能源发电站6自由转换发电。

空气过滤装置7通过风能输送管道与综合能源发电站6相连接，风能采集装置3采集到的空气通过风能输送管道进入空气过滤装置7，空气过滤装置7的作用在于过滤掉空气中的可漂浮颗粒物以及一些杂质，使得干净清洁的空气通过管道进入综合能源发电站6中。

如图2、3示出了根据本发明中的综合能源发电站内的一种涡轮涡扇发电装置的结构示意图；其中涡轮涡扇发电装置包括外部网壳101、小型涡轮涡扇102和转动轴承滚珠的固定架116，涡轮涡扇由中心轴架103、侧轴架104和中心转轴105固定在外部网壳101内，所述固定架116由支撑架117进行支撑固定，小型涡轮涡扇102通过中心转轴103与小型发电机109联接；固定架116内装有第二轴承111，第二轴承111内部装有中心转动球113，风力方向变化时小型涡轮涡扇102可以随风向的改变而转换方向。

如图3所示，涡轮涡扇102竖向置于外部网壳101内，涡轮涡扇102的竖直平面、外叶片端部与外部网壳101之间留有一定的间隙，以保证涡轮涡扇102在旋转时不会触碰到外部网壳101的内壁。涡轮涡扇102的主体内壁的中部均匀地焊接有6根中心轴架103；6根中心轴架103的一端汇聚在一起，并汇聚于中心转轴105上；6根中心轴架103与中心转轴105之间通过6根侧轴架104斜支撑固定，这样就将涡轮涡扇102与中心转轴105固定在一起。

中心转轴105的另一端通过联轴器107与小型发电机109的电机轴联接，另外中心转轴105与外部网壳101接触的部位安装有第一轴承106，这样就保证了涡轮涡扇102转动时外部网壳101不会随之转动。为了防止外界对小型发电机109的破坏，将小型发电机109固定在外部固定壳108内；另外，外部固定壳108安装于外部网壳101的尾端，并且外部固定壳108的尾部安装有旋转杆110，旋转杆110内部安装有第二轴承111和小舟112，当风向改变时涡轮涡扇102可以通过旋转杆110上下摆动。

外部固定壳108的尾部的中间开有方形槽，连接杆112的一端开有圆形通孔。先将旋转杆110插入连接杆112的圆形通孔，再将旋转杆110固定在外部固定壳108尾部的方形槽中，这样就保证了涡轮涡扇102上下摆动。连接杆112的另一端焊接在中心转动球113的球面上。固定架116内安装有转动轴承，转动轴承包括轴承壳114和轴承滚珠115，轴承壳114用来保护支撑轴承滚珠115。固定架116用来固定轴承滚珠115进而支撑中心转动球113。当风向发生改变时，中心转动球113发生转动，进而保证涡轮涡扇102能够随风向的改变而转变方向，这样一来，涡轮涡扇102始终迎风工作。

固定架116置于支撑架117的顶部，将固定架116托起，就可将整个装置托起。支撑架117为四周封闭的钢板围成，这样保证了足够大的支撑力以及较高的稳定性。支撑架117的底部焊接有支撑底座118，在底座118上开有多个螺栓孔，通过螺栓将该装置牢牢的固定于固定面上。

参阅图4，本发明的涡轮涡扇102包括外叶片401，主体402，内叶片403。叶片主体包括：主体内壁404，主体外壁405，主体上平面406，主体下平面407。将9个外叶片401以焊接的连接方式倾斜固定连接在主体外壁405上，其与主体外壁405的垂直壁面成一定角度，例如是15°、20°或25°等。外叶片401连接到叶片外壁405的一端的对立端在水平方向不超过主体上平面406和主体下面407。将18个内叶片403以焊接的连接方式倾斜固定连接在主体内壁404上，其与主体内壁404的垂直壁面成一定角度，例如是15度、20度或25度等。内叶片403连接到叶片内壁404的一端的对立端在水平方向上也不超过主体上平面406和主体下面407。如此倾斜成角度地设置内、外叶片401、402的好处在于，叶片的构型方向与流过叶片的风向大体相同，便于减少风能损失，从而提高涡轮叶片的效率。

本发明中的外叶片401和内叶片402沿2°-5°螺旋扭曲角焊接在主体外壁405和主体内壁404上，当涡轮涡扇发生转动时将送风机送来的风转变成像龙卷风一样一致的旋转上升的热气流，急速提升到上空。

涡轮涡扇102的叶片以内外比例为1:2均匀的分布在主体内壁404和主体外壁405上。本发明中，优选的是，内部有9个叶片，外部有18个叶片，由于内外叶片配置不同，所以它们的分布有相对的，有错开的。这样减少了风能的损失，保证了更多的风被提升到上空。叶片数量乃是该发明的最佳数量，当然我们也可以根据实践需要增加或减少叶片的数目，内叶片可以选择6片或7片或9片或10等，外叶片可以对应地根据内叶片的增加而增加，内叶片的减少而减少。

以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围。

Claims (7)

1.一种风能利用系统，具有风力能源发电站(1)和风河系统，该风河系统具有高压系统(2)和低压系统(4)，高/低压系统中分别设置增/降压装置，其特征在于：所述风力能源发电站(1)的输出端通向并联的电网系统(8)和风河利用系统中的高压系统(2)、低压系统(4)；所述风河系统还具有综合能源发电站（6）、多个风能采集装置(3)、控制中心(5)、空气过滤装置(7)、增/降压装置(13)，控制中心(5)与风河利用系统中的风能采集装置(3)、综合能源发电站(6)、高压系统(2)、低压系统(4)通过检测线路连接；所述风能采集装置（3）具有风能输送管道（10）；所述风能采集装置(3)通过风能输送管道（10）与空气过滤装置(7)连接；所述空气过滤装置(7)通过风能输送管道(10)与综合能源发电站（6）连接；所述风河利用系统中的低压系统(4)与高压系统(2)分别与综合能源发电站（6）连接；所述风河利用系统中的低压系统(4)与高压系统(2)之间通过风能输送管道(10)连接；所述风河利用系统中的低压系统(4)与高压系统(2)之间的输送管道上装有增/降压装置(13)；所述综合能源发电站（6）中的风力发电机是一种小型涡轮涡扇发电装置；该小型涡轮涡扇发电装置包括由外部网壳罩着的小型涡轮涡扇和转动轴承滚珠的固定架，所述涡轮涡扇由中心轴架、侧轴架和中心转轴固定在网壳内，所述固定架由支撑架进行支撑固定，小型涡轮涡扇通过中心转轴与小型发电机相联接；固定架内装有第二轴承，第二轴承内部装有中心转动球，风力方向变化时小型涡轮涡扇可以随风向的改变而转换方向，进而带动小型发电机发电。

2.如权利要求1所述的风能利用系统，其特征在于：所述风力能源发电站（1）产生的电能分为两路，一路通过输电线路与并联的电网系统(8)连接，另一路通过输电线路与风河利用系统连接。

3.如权利要求1或2所述的风能利用系统，其特征在于：所述风力能源发电站（1）产生的电能一路通过输电线路与风河利用系统中的高压系统(2)连接，另一路通过输电线路与风河利用系统中的低压系统(4)连接。

4.如权利要求1所述的风能利用系统，其特征在于：所述风河系统中还配有传感器，以检测相应的参数。

5.如权利要求4所述的风能利用系统，其特征在于：传感器通过检测线路把检测到的参数反馈到控制中心(5)。

6.如权利要求5所述的风能利用系统，其特征在于：所述控制中心(5)根据传感器检测到的参数及时调整相关装置参数。

7.如权利要求1所述的风能利用系统，其特征在于：所述风能输送管道(10)包括风能采集端的输送管道、综合能源发电站（6）端的风能输送管道 ，相应的管道彼此联接，之间配有必要的阀门，各阀门与相应的控制装置联接。