CN104047809A - 风能利用方法及系统 - Google Patents

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明公开了一种风能利用方法及系统，根据本发明的风能利用方法，包括以下步骤：用风车产生动力，利用所述动力将气体进行压缩得到压缩气体，将所述压缩气体存储到储气罐内，将所述压缩气体从所述储气罐内导入做功机构，所述压缩气体推动所述做功机构对外输出动力。本发明还公开了一种风能利用系统，包括风车、气体压缩机、储气罐和做功机构。本发明的所述风能利用方法及系统能够利用风能平稳的输出动力，本发明的风能利用系统结构简单，造价低，使用方便。

Description

风能利用方法及系统
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种风能利用方法，本发明还涉及风能利用系统。
背景技术
风能的利用日益兴起，然而，由于风能的不稳定性限制了风能的利用和风能产业的发展，传统风能利用系统都是用风车推动发电机将风能变为电能，由于没有大规模蓄电装置，这就产生了一个同步系统，而且这种形式产生的电的频率和电压都不稳定，需要复杂的匹配系统才能并网。因此，需要发明一种新的新的风能利用方式。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
方案1，一种风能利用方法，包括以下步骤：用风车产生动力，利用所述动力将气体进行压缩得到压缩气体，将所述压缩气体存储到储气罐内，将所述压缩气体从所述储气罐内导入做功机构，所述压缩气体推动所述做功机构对外输出动力。
方案2，在方案1的基础上，所述气体为空气，所述压缩气体为压缩空气，导入所述做功机构内的所述压缩空气与燃料发生燃烧化学反应后推动所述做功机构对外输出动力。
方案3，在方案1的基础上，所述气体为惰性气体，所述压缩气体为压缩惰性气体，将所述做功机构导出的做功后的惰性气体导入附属储气罐，将所述附属储气罐内的惰性气体导出并进行压缩进入下一循环。
方案4，在方案1的基础上，所述气体为含有惰性气体的混合气体，所述压缩气体为压缩混合气体，将所述做功机构导出的做功后的混合气体导入附属储气罐，将所述附属储气罐内的混合气体导出并进行压缩进入下一循环。
方案5，在方案3或者4的基础上，所述惰性气体设为氦气、氖气、氩气、氙气或设为氡气。
方案6，在前述方案1至5中任一方案的基础上，经压缩得到的所述压缩气体的压力大于0.2MPa。
方案7，一种风能利用系统，包括风车、气体压缩机、储气罐和做功机构，所述风车对所述气体压缩机输出动力，所述气体压缩机的工质出口与所述储气罐连通，所述储气罐与所述做功机构的工质入口连通，所述做功机构对外输出动力。
方案8，在方案7的基础上，所述气体压缩机压缩的气体为空气。
方案9，在方案7的基础上，所述气体压缩机压缩的气体为空气，所述储气罐经燃烧室与所述做功机构的工质入口连通，被压缩的空气在所述燃烧室内与燃烧发生燃烧化学反应。
方案10，在方案7的基础上，所述气体压缩机压缩的气体为惰性气体，所述做功机构的工质出口经附属储气罐与所述气体压缩机的工质入口连通。
方案11，在方案7的基础上，所述气体压缩机压缩的气体为含有惰性气体的混合气体，所述做功机构的工质出口经附属储气罐与所述气体压缩机的工质入口连通。
方案12，在方案10或者11的基础上，所述惰性气体设为氦气、氖气、氩气、氙气或设为氡气。
方案13，在前述方案7至12中任一方案的基础上，所述气体压缩机的工质出口处的承压能力大于0.2MPa。
方案14，在前述方案7至13中任一方案的基础上，所述气体压缩机设为速度型气体压缩机或设为容积型气体压缩机。
方案15，在前述方案7至14中任一方案的基础上，所述做功机构设为速度型做功机构或设为容积型做功机构。
方案16，在前述方案7至15中任一方案的基础上，多个所述风车对一个所述气体压缩机输出动力。
方案17，在前述方案7至16中任一方案的基础上，多个所述气体压缩机的工质出口与一个所述储气罐连通。
方案18，在前述方案7至17中任一方案的基础上，一个储气罐与多个所述做功机构的工质入口连通。
本发明中，所述容积型气体压缩机包括活塞式气体压缩机、罗茨式压气机、螺杆式压气机。
本发明中，所述速度型气体压缩机包括叶轮式压气机。
本发明中，所述做功机构是指利用气体的压力能和/或速度能对外输出动力的机构，例如气缸活塞机构、透平、气动马达等。
本发明中，所述容积型做功机构包括气缸活塞做功机构、气动马达、罗茨做功机构。
本发明中，所述速度型做功机构包括叶轮动力机构。
本发明的所述风能利用方法中，经压缩得到的所述压缩气体的压力大于0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa或大于2.0MPa。
本发明的所述风能利用系统中，所述气体压缩机的工质出口处的承压能力大于0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa或大于2.0MPa。
本发明中，所述气体压缩机的工质出口处的工质压力应与其承压能力相匹配，即所述气体压缩机的工质出口处的最高工质压力达到其承压能力。
发明人经计算得出，储存相同的能量，如果采用惰性气体，其压力低，温度高，因为在相同压比的条件下，绝热指数大的气体的温度变化大于绝热指数小的气体的温度变化，惰性气体的温度变化高于空气等气体的温度变化，为此，本发明中，选择惰性气体可以降低对系统承压能力的要求，提高系统效率，降低成本。
本发明的原理是：利用风能产生压缩气体，将此压缩气体储存在所述储气罐内，再由所述储气罐向所述做功机构提供压缩气体，这样就可以使所述做功机构输出的动力平稳，而且，如果所述储气罐足够大，无论有风、无风、风大、风小都可以平稳的输出动力，使风能更容易利用。
本发明中，某个数值A以上和某个数值A以下均包括本数A。
本发明人根据热力学的基本原理以及对宇宙现象的观察认为：在没有外部因素影响的前提下，热不可能百分之百的转换成其它任何形式的能量或物质。传统热力学第二定律中只阐述了在没有外部因素影响的前提下，热不能百分之百的转换成功，这一定律是正确的，但是是片面的。可以用通俗的语言将热定义为能量的最低形式，或者简称为这是宇宙的垃圾。经分析，本发明人还认为：任何生物(动物、植物、微生物、病毒和细菌)的生长过程都是放热的。经分析，本发明人还认为：任何一个过程或任何一个循环(不局限于热力学过程，例如化学反应过程、生物化学反应过程、光化学反应过程、生物生长过程、植物生长过程都包括在内)其最大做功能力守恒，本发明人认为没有光合作用的植物生长过程是不能提高其做功能力的，也就是说，豆芽的做功能力是不可能高于豆子的做功能力加上其吸收的养分的做功能力之和；之所以一棵树木的做功能力要大于树苗的做功能力，是因为阳光以光合作用的形式参与了由树苗到树木的生长过程。
本发明人认为：热机工作的基本逻辑是收敛-受热-发散。所谓收敛是工质的密度的增加过程，例如冷凝、压缩均属收敛过程，在同样的压力下，温度低的工质收敛程度大；所谓受热就是工质的吸热过程；所谓发散是指工质的密度降低的过程，例如膨胀或喷射。任何一个发散过程都会形成做功能力的降低，例如，气态的空气的做功能力要远远低于液态空气的做功能力；甲醇加水加中等温度的热生成一氧化碳和氢气，虽然所生成的一氧化碳和氢气的燃烧热大于甲醇的燃烧热20％左右，但其做功能力大于甲醇的做功能力的比例则微乎其微，其原因在于这一过程虽然吸了20％左右的热，但是生成物一氧化碳和氢气的发散程度远远大于甲醇。因此，利用温度不高的热参加化学反应是没有办法有效提高生成物的做功能力的。
本发明人认为：距离增加是熵增加的过程，冷热源之间的距离也影响效率，距离小效率高，距离大效率低。
本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。
本发明的有益效果如下:
本发明的所述风能利用方法及系统能够利用风能平稳的输出动力，本发明的风能利用系统结构简单，造价低，使用方便。
附图说明
图1所示的是本发明实施例2的结构示意图；
图2所示的是本发明实施例3的结构示意图；
图3所示的是本发明实施例4的结构示意图；
图中：
1风车、2气体压缩机、3储气罐、31附属储气罐、4做功机构、5燃烧室。
具体实施方式
实施例1
一种风能利用方法，包括以下步骤：用风车产生动力，利用所述动力将气体进行压缩得到压缩气体，将所述压缩气体存储到储气罐内，将所述压缩气体从所述储气罐内导入做功机构，所述压缩气体推动所述做功机构对外输出动力。
具体实施时，可以选择性的将所述气体设为空气，相应的所述压缩气体即为压缩空气，此时使导入所述做功机构内的所述压缩空气与燃料发生燃烧化学反应后再推动所述做功机构对外输出动力。
具体实施时，可以选择性的将所述气体设为惰性气体，例如氦气、氖气、氩气、氙气或氡气，相应的，所述压缩气体即为压缩惰性气体，也可以设为含有惰性气体的混合气体，此时可以将所述做功机构导出的做功后的惰性气体或混合气体导入附属储气罐，将所述附属储气罐内的惰性气体或混合气体导出并进行压缩进入下一循环。
具体实施时，还可以选择性的将经压缩得到的所述压缩气体的压力设为大于0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa或大于2.0MPa。
实施例2
如图1所示的风能利用系统，包括风车1、气体压缩机2、储气罐3和做功机构4，所述风车1对所述气体压缩机2输出动力，所述气体压缩机2的工质出口与所述储气罐3连通，所述储气罐3与所述做功机构4的工质入口连通，所述做功机构4对外输出动力。
实施例3
如图2所示的风能利用系统，其在实施例1的基础上，将所述气体压缩机2压缩的气体设为空气，并在所述储气罐3与所述做功机构4的工质入口之间的连通通道上增设燃烧室5，被压缩的空气在所述燃烧室5内与燃烧发生燃烧化学反应。
作为可以变换的实施方式，所述燃烧室5可以不设。
实施例4
如图3所示的风能利用系统，其在实施例1的基础上，将所述气体压缩机2压缩的气体设为惰性气体，所述做功机构4的工质出口经附属储气罐31与所述气体压缩机2的工质入口连通。
作为可以变换的实施方式，还可以将所述气体压缩机2压缩的气体改设为含有惰性气体的混合气体。
具体实施时，所述惰性气体可以选择性的设为氦气、氖气、氩气、氙气或设为氡气。
本发明的上述所有所述风能利用系统的实施方式中，可以选择性的将所述气体压缩机2的工质出口处的承压能力设为大于0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa或大于2.0MPa。
本发明的所有包括所述气体压缩机2的实施方式中，都可以选择性的将所述气体压缩机2设为速度型气体压缩机，例如叶轮式压气机，或设为容积型气体压缩机，例如气缸活塞式气体压缩机、罗茨式压气机等。
本发明的所有包括所述做功机构4的实施方式中，都可以选择性的将所述做功机构4设为速度型做功机构，例如叶轮动力机构，或设为容积型做功机构，例如气缸活塞做功机构、气动马达、罗茨做功机构等。
本发明的所有有关所述风能利用系统的实施方式中，可以选择性的使多个所述风车1对一个所述气体压缩机2输出动力，也可以选择性的使多个所述气体压缩机2的工质出口与一个所述储气罐3连通，还可以选择性的使一个储气罐3与多个所述做功机构4的工质入口连通。
显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风能利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
用风车产生动力，利用所述动力将气体进行压缩得到压缩气体，将所述压缩气体存储到储气罐内，将所述压缩气体从所述储气罐内导入做功机构，所述压缩气体推动所述做功机构对外输出动力。
2.如权利要求1所述风能利用方法，其特征在于：所述气体为空气，所述压缩气体为压缩空气，导入所述做功机构内的所述压缩空气与燃料发生燃烧化学反应后推动所述做功机构对外输出动力。
3.如权利要求1所述风能利用方法，其特征在于：所述气体为惰性气体，所述压缩气体为压缩惰性气体，将所述做功机构导出的做功后的惰性气体导入附属储气罐，将所述附属储气罐内的惰性气体导出并进行压缩进入下一循环。
4.如权利要求1所述风能利用方法，其特征在于：所述气体为含有惰性气体的混合气体，所述压缩气体为压缩混合气体，将所述做功机构导出的做功后的混合气体导入附属储气罐，将所述附属储气罐内的混合气体导出并进行压缩进入下一循环。
5.如权利要求3或4所述风能利用方法，其特征在于：所述惰性气体设为氦气、氖气、氩气、氙气或设为氡气。
6.如权利要求1至4中任一项所述风能利用方法，其特征在于：经压缩得到的所述压缩气体的压力大于0.2MPa。
7.一种风能利用系统，包括风车(1)、气体压缩机(2)、储气罐(3)和做功机构(4)，其特征在于：所述风车(1)对所述气体压缩机(2)输出动力，所述气体压缩机(2)的工质出口与所述储气罐(3)连通，所述储气罐(3)与所述做功机构(4)的工质入口连通，所述做功机构(4)对外输出动力。
8.如权利要求7所述风能利用系统，其特征在于：所述气体压缩机(2)压缩的气体为空气。
9.如权利要求7所述风能利用系统，其特征在于：所述气体压缩机(2)压缩的气体为空气，所述储气罐(3)经燃烧室(5)与所述做功机构(4)的工质入口连通，被压缩的空气在所述燃烧室(5)内与燃烧发生燃烧化学反应。
10.如权利要求7所述风能利用系统，其特征在于：所述气体压缩机(2)压缩的气体为惰性气体，所述做功机构(4)的工质出口经附属储气罐(31)与所述气体压缩机(2)的工质入口连通。
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