CN103291556A - 一种风电利用系统 - Google Patents

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朱庆山
金翼
宋鹏翔
穆振英
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Abstract

本发明提供一种风电利用系统，包括：风力发电装置，其利用风力产生并输出电能；电-热转换装置，其将风力发电装置所输出的电能转换成热能；储热装置，其将电-热转换装置所转换得到的热能给予存储以在需要时给予输出；所述风电利用系统还包括热能输送系统和热能利用装置，该热能输送系统通过其中的工作介质将储热装置中的热能可控地传送至热能利用装置。与现有技术相比，本发明所述风电利用系统拓宽了风电的利用方式和渠道，并且很好地实现了热电联供。本发明还提供了一种风电利用方法。

Description

一种风电利用系统
技术领域
本发明涉及一种风电利用系统，具体而言，其涉及一种利用风力发电并将所产生的电能转换为热能进行存储和利用的系统。
背景技术
目前，传统的供热系统多采用锅炉加热循环水的供暖方式，其主要燃料为化石能源。化石能源有能量密度高的优点，但是更有污染物排放严重、能量利用效率低下以及系统设备能耗过高等众多缺点。为此，技术人员逐渐将目光转向了利用热电厂生产过程中产生的余热作为供热系统的热源，但是其在运行过程中也产生了一些缺陷，比如，由于城市供暖期间空调等设备的用电需求量大大降低，而供热取暖的需求量极大的增加，这就造成了冬季供电和供暖的矛盾，加大了热电厂的工作负荷。
与此相关的矛盾存在于风力发电及利用领域。由于风电的电能输出比较不稳定，而在当前的技术条件下，仍没有足够有效的手段使风电能够与普通电网并网，从而极大地限制了风电的使用，进而使风力发电机组大量闲置。
为此，需要有这样的技术，其能够解决当前供电和供暖之间的矛盾。同时也需要这样的技术，其能够有效利用风电装置所产生的电能，使风力发电装置的发电潜能得到充分的利用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种风电利用系统。该系统既能充分发挥风力发电机组的容量，又能使供暖与供电之间的矛盾问题得到解决。
为实现上述目的，本发明提供一种风电利用系统，包括：风力发电装置，其利用风力产生并输出电能；电-热转换装置，其将风力发电装置所输出的电能转换成热能；储热装置，其将电-热转换装置所转换得到的热能给予存储以在需要时给予输出；所述风电利用系统还包括热能输送系统和热能利用装置，该热能输送系统通过其中的工作介质将储热装置中的热能可控地传送至热能利用装置。
其中，所述热能输送系统以空气为工作介质，所述热能利用装置为透平发电系统，该透平发电系统将所述热能转化为电能，所述风电利用系统还包括第一换热装置，所述第一换热装置中以水为工作介质，所述空气工作介质在吸收储热装置中的热能后进入该第一换热装置并将其中的水工作介质转换为高温高压的蒸汽，所述透平发电系统在该蒸汽的驱动下产生并输出电能。
进一步地，所述透平发电系统还包括凝汽器，透平的尾气由该凝汽器凝结成液体后被输送给第一换热装置经加热后成为高温蒸汽。
在另一个实施例中，所述热能输送系统以空气为工作介质，所述热能利用装置为透平发电系统，该透平发电系统将所述热能转化为电能，所述空气工作介质在吸收储热装置中的热能后转换为高温高压气体，所述透平发电系统在该高温高压气体的驱动下产生并输出电能，其中，所述热能输送系统还包括压缩机以对所述空气工作介质的运动提供动力。
其中，所述风电利用系统还包括储气罐，该储气罐为所述透平发电系统的启动提供驱动动力。
其中，所述压缩机与所述透平发电系统同轴设置。
优选地，所述透平发电系统的尾气或中间抽汽通过管道输送至供暖系统，供暖量和发电量可通过蒸汽做功比进行调节，实现热电联供。
在另一个实施例中，所述热能利用装置为供暖系统或工业热利用系统。
本发明还提供一种风电利用方法，其包括：通过风力发电装置利用风力产生并输出电能；通过电-热转换装置将风力发电装置所输出的电能转换能热能；通过储热装置将电-热转换装置所转换得到的热能给予存储以在需要时给予输出；通过热能输送系统将储热装置中的热能可控地传送至热能利用装置。
与现有技术相比，本发明所述风电利用系统拓宽了风电的利用方式和渠道，并且很好地实现了热电联供。
附图说明
图1为本发明的一种具体实施方式的系统流程示意图，其中的空气介质由鼓风机提供动力，并由第一换热装置将空气介质中的热能转换成蒸汽介质的热能；
图2为本发明的另外一种具体实施方式的系统流程示意图，其中的高压空气介质由压缩机提供。
具体实施方式
以下将参照上述附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
本发明所述的风电利用系统(热电联供系统)，其大体上包括风力发电系统、电热转换及储热系统以及热能利用系统。
所述风力发电系统可以是比如风力发电机组(群)1(如图1和图2所示)，其利用风力产生并输出电能。
所述的电热转换及储热系统在附图中示意地示出为电-热转化和储热装置2。在该图中，热电转化装置和储热装置是一体的。本领域技术人员也可以想到，该热电转化装置和储热装置分别为单独的装置，其中，热电转化装置用于将所述风力发电系统所产生并输出的电能转化能热能，而热能存储装置用于将该热电转化装置产生的热能存储起来并在需要的时候给予输出。
所述热能利用系统在附图中包括一套管路系统，在该管路系统上设置有热能利用设备，比如取暖设备或透平以及其他热能利用设备。所述管路系统中设有热能输送介质，所述储热装置中的热能通过所述热能输送介质给输送至管路系统上的热能利用设备，热能即通过所述热能利用设备得以利用。
附图1示出了根据本发明的一种风电利用系统，该系统包括风力发电系统1、电热转换及储热系统2以及热能利用系统。该热能利用系统包括一套液体循环管路系统，管路系统上设置有第一换热系统4和透平6以及单向阀9等。所述管路系统中的工作介质为水。该水介质在第一换热系统4获得热能而被加热成高温高压的蒸汽，该蒸汽通过管路被输送至透平6，从而驱动透平6。透平6转动可以产生机械能以被其它设备使用。比如在附图1中，透平用于驱动发电机产生电能。本领域技术人员可明白，透平还可以直接作为动力输出部件，通过与其他机械设备，如机床设备等连接，实现对外做工。
图1所示出的风电系统中的储热装置通过管路与第一换热系统4连通。该管路的一端与外界大气连通。外界的空气在鼓风机3的作用下被压入储热装置2中并被加热成高温空气后通过管路进入第一换热系统4，第一换热系统4中的液体在高温空气的作用下变成高温高压的蒸汽，该高压蒸汽即可通过管路被输送用于驱动透平。同时，从储热装置进入第一换热系统4的空气在换热后温度降低，此时，其可被作为热源通过管路提供给取热用户5使用。或者，从第一换热系统4出来的低温空气也可以通过循环风机进入储热装置2，在经加热后再次进入第一换热系统4循环使用。
在透平中做工功后的尾气被送入凝汽器7液化，液化得到的水通过水泵再次返回第一换热装置4进行热交换。所述蒸汽透平部分已做功的尾气也可以通过抽汽系统送入第二换热装置10中冷却，并经三通管道8进入主循环，并与凝汽器7出来的水一并送入返回第一换热装置4内再次加热以完成循环。第二换热装置10所获得的热能即可被送入第二热能用户被使用。
其中，所述储热装置可以为储热炉装置，其数量为两座或两座以上，工作时按需要可同时(或分别)完成储热和释热，储热炉装置的内部采用格子砖或者蜂窝体结构，也可以是球形或柱状填充床结构，利于提高吸收或释放热量速率。储热材料选用显热储热或相变储热材料，或两者的混合，释热时，鼓风机3将循环空气鼓入已加热至相变温度以上的储热装置内，与储热材料之间进行热交换。当空气介质温度达约550℃时，通过气动管路输入第一换热装置4内。
具体而言，在电力使用低谷时期，将风力发电系统1所产生的余电通过电热转化及储热装置2转化成热能并存储起来。在热能使用高峰期，通过鼓风机3将空气压入储热装置中，该空气进而成为热能工作介质将储热装置中的热能输送至热能用户处。在该方案中蒸汽透平6暂不作功。这里的热能用户可为家庭，企业及工业建筑采暖或热水。在用电高峰期，通过空气介质将储热装置中的热能送入所述第一换热装置4中。进入到该第一换热装置4中的高温空气与其中的水工作介质发生热交换，产生约500℃左右的高温蒸汽。该高温蒸汽通过管路进入蒸汽透平发电机组6膨胀做功并对外输出电能。
图2示出了根据本发明的风电利用系统的另一种具体实施例。该图中所示出的风电利用系统中，同样包括风力发电系统、电热转换及储热系统以及热能利用系统，并且其热能利用系统同样具有与透平相关联的发电装置，从而实现利用储热系统中的热能驱动透平发电。但是，该热能利用系统不包括换热系统，外界的空气通过压缩机被直接压入储热装置加热成为高温高压气体并驱动透平。
如图2所述，该风电利用系统包括风力发电系统1、电热转换及储热系统2以及热能利用系统。该热能利用系统包括透平6以及与该透平6相关联的发电装置。所述发电装置在该透平6的驱动下产生电能并输送至用户。所述电热转换及储热系统2与透平通过管路连通。所述电热转换及储热系统2的另一端通过管路与压缩机12连通。所述管路上还设有单向阀13以保证空气从压缩机12至电热转换及储热系统2的单向流通。当压缩机12工作时，外界空气在压缩机12的作用下被压入电热转换及储热系统2内，该空气在吸收储热装置中的热能后成为高温高压的气体进而驱动透平6工作，进而带动发电装置产生电能。
其中，所述透平6和压缩机12同轴，从而在透平的稳定工作期间，压缩机12可以在透平6的驱动下工作。
其中，所述风电利用系统还包括启动装置。在所述附图2中，该启动装置为压缩空气罐15。该压缩空气罐15与设置在压缩机12与电热转化及储热装置2之间的管路上的三通阀8连通。所述压缩空气罐15与三通阀8的连通管路上设有气动阀门14。
在图2所示系统中的工作介质为空气。系统启动时，通过气动阀门14开启压缩空气储气罐15，压缩空气顺序通过高温电热转化及储热装置2，当空气被加热至约500℃以上后进入透平6，驱动透平工作从而带动发电装置对外供电。由于透平与压缩机12同轴连接，经压缩空气驱动后的透平5带动压缩机12工作，将外界空气压缩并通过气动管路压入电热转化及储热装置2中加热至500℃以上，加热的高温压缩空气进入透平5，驱动透平工作。系统启动运行后气动阀门14关闭。压缩机12出口前段的单向阀13用于防止运行初期由压缩空气罐15出来的中热空气从管路中进入压缩机12内。经过透平发电机的尾气温度降至约260℃。该尾气可通过气动管路送入热用户11，这里的热用户可以是需要采暖的家庭和企业场所及工业建筑。该尾气热能也可作为工业原料、食品等行业预热或干燥使用。

Claims (9)

1.一种风电利用系统，包括：
风力发电装置，其利用风力产生并输出电能；
电-热转换装置，其将风力发电装置所输出的电能转换成热能；
储热装置，其将电-热转换装置所转换得到的热能给予存储以在需要时给予输出；
其特征在于，所述风电利用系统还包括热能输送系统和热能利用装置，该热能输送系统通过其中的工作介质将储热装置中的热能可控地传送至热能利用装置。
2.根据权利要求1所述的风电利用系统，其特征在于，所述热能输送系统以空气为工作介质，所述热能利用装置为透平发电系统，该透平发电系统将所述热能转化为电能，所述风电利用系统还包括第一换热装置，所述第一换热装置中以水为工作介质，所述空气工作介质在吸收储热装置中的热能后进入该第一换热装置并将其中的水工作介质转换为高温高压的蒸汽，所述透平发电系统在该蒸汽的驱动下产生并输出电能。
3.根据权利要求2所述的风电利用系统，其特征在于，所述透平发电系统还包括凝汽器，透平的尾气由该凝汽器凝结成液体后被输送给第一换热装置经加热后成为高温蒸汽。
4.根据权利要求1所述的风电利用系统，其特征在于，所述热能输送系统以空气为工作介质，所述热能利用装置为透平发电系统，该透平发电系统将所述热能转化为电能，所述空气工作介质在吸收储热装置中的热能后转换为高温高压气体，所述透平发电系统在该高温高压气体的驱动下产生并输出电能，其中，所述热能输送系统还包括压缩机以对所述空气工作介质的运动提供动力。
5.根据权利要求4所述的风电利用系统，其特征在于，所述风电利用系统还包括储气罐，该储气罐为所述透平发电系统的启动提供驱动动力。
6.根据权利要求5所述的风电利用系统，其特征在于，所述压缩机与所述透平发电系统同轴设置。
7.根据权利要求1-6中任一所述的风电利用系统，其特征在于，所述透平发电系统的尾气或中间抽汽通过管道输送至供暖系统，供暖量和发电量可通过蒸汽做功比进行调节，实现热电联供。
8.根据权利要求1所述的风电利用系统，其特征在于，所述热能利用装置为供暖系统或工业热利用系统。
9.一种风电利用方法，其包括：
通过风力发电装置利用风力产生并输出电能；
通过电-热转换装置将风力发电装置所输出的电能转换能热能；
通过储热装置将电-热转换装置所转换得到的热能给予存储以在需要时给予输出；
通过热能输送系统将储热装置中的热能可控地传送至热能利用装置。
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