CN103266996A - 采用机械储能的风力风能或水流动能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用机械储能的风力风能或水流动能发电装置，包括能量采集装置、蓄能装置、离合器控制单元、擒纵装置和发电机；所述能量采集装置为带有蓄能轴的叶片式风轮或浆叶式水轮中的一种，在所述储能轴上设有一个或若干个蓄能齿轮，上述一个或若干个蓄能齿轮有一个或若干个发条卷簧驱动齿轮一一对应。在上述每一对蓄能齿轮与发条卷簧驱动齿轮之间设有离合器控制单元。在发电机驱动轴上，设有一个或若干个发电机驱动齿轮，所述发电机驱动齿轮与所述蓄能齿轮一一对应，在上述每一对蓄能齿轮与发电机驱动齿轮之间设有第二离合器控制单元。本发明可以解决传统的风力发电设备发电成本高和河流水利发电因流速不稳定无法发电的技术问题。

Description

采用机械储能的风力风能或水流动能发电装置
技术领域
本发明属于新能源之风力或水利发电领域，尤其涉及一种采用机械储能的连续稳定输出电力的风力风能或水流动能发电装置。 
背景技术
我国化石能源严重短缺，仅仅依靠节能和资源调配还不能满足发展的需要。大力发展新能源，例如太阳能发电、风力发电等以作为对化石能源的大力补充，是一条可持续发展的切实可行的能源利用之路。 
因太阳能、风力、潮汐等可再生能源的不稳定性，利用这些能源的瓶颈技术都是如何有效储存能量使之能稳定提供能进入电网的有效电能。 
目前所采用的技术路线，主要是通过开发超大容量化学或物理电池，把所发的电先转化成直流电储存起来后再转化回交流电向外输送，成本昂贵，设备复杂，转换效率低，技术难度高。 
开发简便实用的储能技术，以更方便地稳定提供高质量电能，应是低成本解决问题的可行途径。 
目前较为常用的风力发电设备，为解决风速变化带来的发电频率不同的问题，采用了双馈源发电机，成本较常用定速发电机高数倍，是风力发电成本较高的一个重要原因。 
水流动能由于流速不稳定，流量不稳定很少被用于发电，但河流的普遍存在，其总能量是十分可观的，特别是对于分布式发电意义更大。 
发明内容
本发明的目的是提供一种采用机械储能的风力风能或水流动能发电装置，以解决传统的风力发电设备发电成本高和河流水利发电因流速不稳定无法发电的技术问题。 
为了实现上述发明目的，本发明所采用的目的如下： 
一种采用机械储能的风力风能或水流动能发电装置，包括能量采集装置、蓄能装置、离合器控制单元、擒纵装置和发电机；所述能量采集装置为带有蓄能轴的叶片式风轮或浆叶式水轮中的一种，在所述储能轴上设有一个或若干个蓄能齿轮，上述一个或若干个蓄能齿轮有一个或若干个发条卷簧驱动齿轮一一对应；所述发条卷簧驱动齿轮和发条卷簧构成蓄能装置；在上述每一对蓄能齿轮与发条卷簧驱动齿轮之间设有离合器控制单元，该离合器控制单元的离合齿轮以离或合的状态，实现蓄能齿轮与发条卷簧驱动齿轮的动力连接与脱离；在发 电机驱动轴上，设有一个或若干个发电机驱动齿轮，所述发电机驱动齿轮与所述蓄能齿轮一一对应，在上述每一对蓄能齿轮与发电机驱动齿轮之间设有第二离合器控制单元，该第二离合器控制单元的离合齿轮以离或合的状态，实现蓄能齿轮与发电机驱动齿轮的动力连接与脱离；在每个发条卷簧驱动齿轮连接的发条卷簧中，安装匹配有擒纵装置，或在发电轴上配备一个擒纵装置。 
所述离合器控制单元与所述第二离合器控制单元，交替依次完成离、合动作；当所蓄能量达到设定值时发条卷簧锁死，所述离合器控制单元的离合齿轮脱开，第二离合器控制单元的离合齿轮闭合，发条卷簧通过发条卷簧驱动齿轮、第二离合器的离合齿轮与发电轴带动发电机。 
所述蓄能齿轮、发条卷簧驱动齿轮或发电机驱动齿轮所在的传动系统，部分或全部为齿轮组或链条传统机构构成。 
本发明的优点如下：根据环境的不同，发电设备具有容量可大可小的优势，既可以制造成大型风力发电装置，也可以制造成小型分布式发电机；能够利用风能、河流发电，能源的利用率大幅提高；简便易行，成本低，可靠性高，无二次污染。 
附图说明
图1是本发明的结构示意图。 
图2是蓄能装置的结构示意图。 
附图编号：1、叶轮组的风轮或水轮，2、储能轴，3、储能齿轮，4、离合器控制单元的离合齿轮，5、离合器控制单元的离合器，6、第二离合器控制单元的离合齿轮，7、第二离合器控制单元的离合器，8、第二组的储能齿轮，9、第二组的离合器控制单元的离合齿轮，10、第二组离合器控制单元的离合器，11、第二组的第二离合器控制单元的离合齿轮，12、第二组的第二离合器控制单元的离合器，13、发电机，14、第二组的发电机驱动齿轮，15、第二组的发条卷簧驱动齿轮，16、纵擒器控制齿轮，17、发电机驱动齿轮，18、发条卷簧驱动齿轮，18-1、发条卷簧，19、发电轴。 
具体实施方式
本发明的技术方案参见图1。由带有蓄能轴的叶片式风轮或浆叶式水轮，统称叶轮组成的能量采集系统，根据程序将采集的动能以弹性势能形式储存在采用发条卷簧的蓄能装置上，在能量采集系统的叶片式风轮或浆叶式水轮1的储能轴2上，设有一个或一组储能齿轮3、8。蓄能装置包括发条卷簧驱动齿轮18和发条卷簧18-1。蓄能装置的发条卷簧驱动齿轮18与蓄能轴2上的储能齿轮3之间，通过离合器5控制的离合齿轮4实现传动的连接或脱离。所述蓄能装置根据需要设置为一组或多组。根据程序蓄能的发条卷簧释放所蓄能量驱动发电 轴19带动连接在发电轴19上的发电机13发电，每组发条卷簧18-1都匹配有擒纵装置或发电轴统一配备一个擒纵装置，控制释放能量驱动发电轴19时发电轴19的转速是恒定的。在蓄能装置的发条卷簧驱动齿轮18-1与发电机驱动齿轮17之间同样设有相同结构的离合器控制的离合齿轮6。 
在整个发电系统工作过程中，发条卷簧是根据控制系统的指令执行蓄能或释放能量的动作的。程序设定了将整个发电系统工作过程中，发条卷簧蓄能和发电的次序，系统分别给出每个发条卷簧指令，一个或若干发条卷簧发电完成后，进入准备蓄能的排队队列中，发条卷簧蓄能后，再进入准备发电的排队队列中，如此类推，使每个发条卷簧处于蓄能—发电—蓄能--发电的按照程序排队进行的循环中，如此循环，连续发电。 
在所述各种齿轮传动的方式中，根据需要可以由齿轮组替代齿轮，还可以由传动皮带代替所述齿轮的工作。也就是说与齿轮传动等同的现有机械传动方式也是本专利的技术方案所在。 
在图1中，给出了两组包括能量采集装置、蓄能装置、离合器控制单元组成的发电装置，在图的较前位置是一组处于储能状态的发电装置，包括：储能齿轮3、离合器控制单元的离合齿轮4、离合器控制单元的离合器5、发电机驱动齿轮17、发条卷簧驱动齿轮18、第二离合器控制单元的离合齿轮6、第二离合器控制单元的离合器7。在图的较后位置是第二组处于发电状态的发电装置，包括：第二组的储能齿轮8、第二组的发电机驱动齿轮14、第二组的离合器控制单元的离合齿轮9、第二组离合器控制单元的离合器10、第二组的发条卷簧驱动齿轮15、第二组的第二离合器控制单元的离合齿轮11、第二组的第二离合器控制单元的离合器12。 
所述叶轮的储能转轴应控制在3000转/小时<转速<5000转/小时之间，当得到旋转速度大于5000转/小时时，调整叶片角度向减小阻力方向调节，使转速减慢到小于5000转/小时；当得到能量较小转速低于3000转/小时时，调整叶片角度向增大阻力方向调节，使转速增快到大于3000转/小时。 
本专利的机械储能采用发条式机械储能装置，既可以有效蓄能，又可以稳定发电，代替复杂的化学储能和其他储能方式，能够有效简化系统组成，降低系统制造成本，提高发电效率，并且没有环境污染。 

Claims (3)

1.一种采用机械储能的风力风能或水流动能发电装置，其特征在于，包括能量采集装置、蓄能装置、离合器控制单元、擒纵装置和发电机；所述能量采集装置为带有蓄能轴的叶片式风轮或浆叶式水轮中的一种，在所述储能轴上设有一个或若干个蓄能齿轮，上述一个或若干个蓄能齿轮有一个或若干个发条卷簧驱动齿轮一一对应；所述发条卷簧驱动齿轮和发条卷簧构成蓄能装置；在上述每一对蓄能齿轮与发条卷簧驱动齿轮之间设有离合器控制单元，该离合器控制单元的离合齿轮以离或合的状态，实现蓄能齿轮与发条卷簧驱动齿轮的动力连接与脱离；在发电机驱动轴上，设有一个或若干个发电机驱动齿轮，所述发电机驱动齿轮与所述蓄能齿轮一一对应，在上述每一对蓄能齿轮与发电机驱动齿轮之间设有第二离合器控制单元，该第二离合器控制单元的离合齿轮以离或合的状态，实现蓄能齿轮与发电机驱动齿轮的动力连接与脱离；在每个发条卷簧驱动齿轮连接的发条卷簧中，安装匹配有擒纵装置，或在发电轴上配备一个擒纵装置。
2.根据权利要求1所述的一种采用机械储能的风力风能或水流动能发电装置，其特征在于，所述离合器控制单元与所述第二离合器控制单元，交替依次完成离、合动作；当所蓄能量达到设定值时发条卷簧锁死，所述离合器控制单元的离合齿轮脱开，第二离合器控制单元的离合齿轮闭合，发条卷簧通过发条卷簧驱动齿轮、第二离合器的离合齿轮与发电轴带动发电机。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用机械储能的风力风能或水流动能发电装置，其特征在于，所述蓄能齿轮、发条卷簧驱动齿轮或发电机驱动齿轮所在的传动系统，部分或全部为齿轮组或链条传统机构构成。
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