CN104728051A - 风车高能压缩物理储能发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力发电，特别是一种风车高能压缩物理储能发电系统，包括由风车、立杆、平衡块曲轴、连杆、多级压缩气缸，高压储气罐、放水阀、控制阀、自激式气动直线发电机所构成，所述多级压缩气缸分别为大、中、小三种容积的气缸，由低压、中压和高压逐级倍增加压组成的压缩机，所述自激式气动直线发电机是由自激式往复运动气缸与直线发电机组合的，其特征是带进气口低压气缸位于中心活塞下端，中压汽缸位于中心活塞上端，高压气缸位于中心活塞内，从高压气缸内固定活塞中心孔下端输出给高压储气罐后再经控制阀与自激式气动直线发电机连接，实施更长时间定时发电。

Description

风车高能压缩物理储能发电系统
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，特别是一种风车高能压缩物理储能发电系统，不仅可以作为小型储能发电站或储能路灯使用，在需要用电时释放能量驱动发电机进行发电，并对空气压缩伴生的热和压缩空气膨胀产生的冷，进行制冷、制热的综合利用。
背景技术
风力发电是当前较为广泛采用的新能源之一，现有风电多为一组风叶直接驱动一台发电机进行发电，小型风力发电机输出的电源多为给蓄电池储存，而大型风力发电机则可直接并入电网。
近几年还出现几种利用风力驱动的压缩空气储能风力发电机，比如现有专利：申请号CN201310081060.6一种直接利用风力进行压缩空气储能的方法，申请号CN201320443861.8一种压缩空气储能并网风力发电装置，申请号CN201410025330.6用于压缩空气储能的风力发电机塔架储气装置，这些风力发电装置的塔架上有与伞形齿轮同轴安装的风叶，利用风力驱动风叶通过伞形齿轮带动空气压缩机的主轴转动，给储气罐充入压缩空气，再由储气罐放气给气动马达驱动发电机进行发电输出。
这里需要提到的是二个普遍存在的问题，1、运行负荷大：就是指储气罐内处于低压力时，对压缩机来说是处于低负荷下运行，一般风力就可以驱动空气压缩机，但随着空气压缩机不断给储气罐充气，储气罐内压力在增大，空气压缩机转动负荷也随之加大，直至转不动，需要等待更大的风力才能继续驱动；2、储能量不足：由于普遍采用单级空气压缩机储能，同时受到生产制造成本和安置空间的制约，一般储气罐不能做得很大，就造成压缩空气储能不足，使储能发电时间大大缩短，影响了正常用电，而且在无风的夜晚，不能提供压缩空气给储气罐，且现有的旋转气动马达耗气量大机械效率低，因此储气罐内的压缩空气量在短时间里耗尽。
发明内容
针对上述现状存在不足的问题，本发明的目的是在于提供一种风车高能压缩物理储能发电系统，由风车驱动的多级压缩气缸组成高能量压缩空气储存在储气罐，配套的机械效率和发电效率都很高的自激式长行程气动直线发电机，有效地提高风能利用率和大幅度延长发电时间。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：风车高能压缩物理储能发电系统，包括由风车、立杆、平衡块曲轴、连杆、多级压缩气缸，高压储气罐、放水阀、控制阀、自激式气动直线发电机所构成，所述多级压缩气缸分别为大、中、小三种容积的气缸，由低压、中压和高压逐级倍增加压组成的压缩机，所述自激式气动直线发电机是由自激式往复运动气缸与直线发电机组合的，其特征是带进气口低压气缸位于中心活塞下端，中压汽缸位于中心活塞上端，高压气缸位于中心活塞内，从高压气缸内固定活塞中心孔下端输出给高压储气罐后再经控制阀与自激式气动直线发电机连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1、采用多级高能压缩物理储能系统，提高风车压缩储能的效率，优化和延长了发电时间，更有利于解决发电与用电不同步的矛盾，解决风能时大时小至发电不均的不足，实现稳定输出；2、采用高效的自激式气动直线发电机系统，集发动机自激驱动与高效直线发电机组合于一体，增大了活塞动子行程缩减了频率(惯性)提高了机械效率，具有高能压缩空气触发进气爆发性驱动，结构简单，成本较低；3、提高储气罐容积的利用率，极大的增加了能量密度，缩小高压储气罐的体积，节省生产制造成本；4、三级气缸压缩机往返都在做功，使风车运行更加平稳，它可根据储气瓶内压力由低到高渐变的实况，由预调压力单向阀自动进行三级活塞并列充气(储气罐初始充气需要大流量)和逐级增压的三级高压(储气罐充到中压后，要增大压力)充气，极大的提高了充气效率。三级压缩机产生的大流量和高压气源先储存到储气罐里，然后经电磁阀和管道供给自激式气动直线发电机做功。
附图说明
图1、本发明多级压缩气缸结构示意图。
图2、本发明多级压缩气缸吸气动作过程示意图。
图3、本发明多级压缩气缸中压压缩过程示意图。
图4、本发明多级压缩气缸高压压缩过程示意图。
图5、本发明多级压缩气缸输出结束过程示意图。
图6、本发明风车高能压缩物理储能气动马达式发电机系统示意图。
图7、本发明风车高能压缩物理储能自激式直线发电机系统示意图。
图8、本发明自激式气动直线发电机结构示意图。
图9、本发明自激式气动直线发电机上升排气动作局部示意图。
图10、本发明自激式气动直线发电机排气结束动作局部示意图。
图11、本发明自激式气动直线发电机触发高能压缩空气输入局部示意图。
图12、本发明风车高能压缩物理储能发电系统外形示意图。
图13、本发明用作LED路灯外形示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参见图1所示，与风车主轴(2)联动的带平衡块曲轴(1)上一曲轴臂，连杆上端套于曲轴臂一销轴(3)上，连杆(4)下端的球状万向接头(609)安装在多级压缩气缸(6)的伸缩杆(601)上端。
多级压缩气缸(6)容积最大的带进气口的低压气缸(607)位于多级压缩气缸(6)下端，容积中等的中压汽缸(604)位于低压气缸(6)上端，容积最小的带出气口的高压气缸(602)位于中压汽缸活塞(604)内，高压气缸(602)产生的高压气源经固定活塞(606)内孔(614)输出，中压汽缸活塞(605)上端作为伸缩杆(601)部分，其下端作为低压气缸(607)的活塞面，多级压缩气缸(6)缸体(603)内径与活塞(605)之间有活塞环(618)。
所述低压气缸(607)进气口(608)、低压气缸(607)与中压气缸(604)之间、高压气缸(602)输出口(617)、高压气缸(602)负压释放孔均有单向阀，其中低压气缸(607)公用通道单向阀(615)与中压气缸(604)公用输出通道(612)单向阀(610)与高压空气输出(617)内部相通。
参见图8所示，垂直安装的自激式气动直线发电机(12)结构示意图，至少5个环状定子线圈(1217)安装在由矽钢片叠起的环状轭铁(1216)之间，环状轭铁(1216)安装在磁回路铁制套内(1207)，构成直线发电机定子部分，在定子上、下两端面各固定有带吸热片的驱动气缸(1205)、(1205’)和气缸头(1209)、(1209’)，并用螺丝(1222)紧固。
安装于定子中心孔内至少10个可在中心导杆(1214)滑动铁套(1218)上的磁环(1219)，磁环(1219)极性交替以间隔套(1221)排列于滑动铁管(1218)上，构成一串可以在导杆(1214)上滑动的磁环动子，在磁环(1219)动子上、下两端各设有活塞片(1215)(1215’)，分别位于上、下两端的气缸(1205)、(1205’)内，在靠近定子两端处还设有放气孔(1206)、(1206’)。
导杆(1214)两端固定在定子两端气缸头(1209)和(1209’)的中心，导杆两端还设有单向阀驱动小气缸，单向阀由锥形阀芯(1210)、(1210’)的直杆与小活塞(1212)、(1212’)连接固定，小活塞(1212)后部设有复位弹簧(1213)，小活塞(1212)前部压气孔(1211)有供压毛细管(1204)连接定子另一端气缸(1209’)。
定子两端上、下气缸(1205)、(1205’)一端的上、下气缸头(1209)、(1209’)各设有排气口消声器(1208)和撞击式进气单向阀，带撞击杆的球形阀芯(1203)由单向推力弹簧(1202)反向顶住，进气单向阀与进气接头(1201)连通。
见图12所示，风车(14)安装在立杆(17)上端与转动套(16)固定的风车头防护罩(13)主轴上，转动套(16)内有大轴承(5)，后面设有风向尾舵(15)。
参见图7所示，由风车(14)联动的带平衡块曲轴(1)中心主轴(2)，平衡块曲轴(1)通过连杆(4)连接到多级压缩气缸(6)，多级压缩气缸(6)下端经高压管路连接下面带有排水阀(8)的高压储气罐(7)进气口，上部有输出管给电磁阀(10)与过滤器(11)，经自动或手动控制启动装置(9)连接到自激式气动直线发电机(12A)。
使用时
见图12所示，当风车(14)受风转动时，通过主轴(2)使风车头活动套(16)上部风车头防护罩(13)内的平衡块曲轴(1)带动连杆(4)驱动多级压缩气缸伸缩杆(601)进行上下牵拉。
见图2所示，由平衡块曲轴(1)通过连杆(4)将多级压缩气缸伸缩杆提起时，低压气缸(607)开始从进气口单向阀(616)进气，同时中压气缸(604)开始压缩。
见图3所示，平衡块曲轴(1)带动连杆(4)到最高处时，低压气缸(607)进气结束，中压气缸(604)压缩结束开始输给高压气缸(602)。
见图4所示，平衡块曲轴(1)带动连杆(4)向下运行，低压气缸(607)压缩，中压气缸(604)进气，高压气缸(602)压缩，并逐渐开始输出高压空气。
见图5所示，平衡块曲轴(1)带动连杆(4)压倒最低时，中压进气(604)结束，高压空气被挤入高压气缸(602)固定活塞中心的单向阀(611)将高压空气输出。
图1中多级压缩气缸的低压、中压和高压公共通道可作为储气罐(7)高压空气不足时由风车(14)驱动多级压缩机可尽快获得的中低压空气补充，加快储气速度。
见图8所示，将高压空气分别接在自激式气动直线发电机(12)上、下两端的进气接头上(1201)、(1201’)，自动或手动控制启动装置(10)见图7所示，给自激式气动直线发电机(12A)下端排气口消声器(1208’)瞬间进气，使下气缸(1205’)内的活塞片(1215’)迅速上升，见图9所示(仅画出上部，下部与上部相同)，下气缸(1205’)的高压气压通过供压毛细管(1204’)给上气缸(1205)排气单向阀(1210)打开，将上气缸内剩余气体排出，见图10所示，在上气缸(1205)活塞片(1215)到达最高时撞击上进气单向阀球形阀芯(1203)的撞击杆，高压空气进入上气缸(1205)而自激能量爆发，见图11所示，使自激式气动直线发电机(12)磁环动子(1219)迅速往下运动，并且将上气缸(1205)的高压气压通过供压毛细管(1204)给下气缸(1205’)的排气单向阀打开，将下气缸(1205’)内剩余气体排出，当磁环动子(1219)上的下活塞片(1215’)下移撞击到下进气单向阀球形阀芯(1203’)的撞击杆，高压空气进入下气缸(1205’)而又自激能量爆发，使直线发电机(12)磁环动子(1219)迅速向上运动，形成直线发电机磁环动子(1219)周而复始的往复运动，而磁环的快速运动构成了定子线圈(2017)与磁环动子(1219)之间切割磁力线，产生电动势开始发电输出。
见图6所示为本发明第二套方案，也可选用带气动马达驱动的旋转式发电机(12B)发电，其他与自激式气动直线发电机相同，但发电效率略差。
见图13所示路灯外形示意图，本发明也适用于LED路灯使用，更环保、更稳定，有利于免去售后维护工作量大和成本高的蓄电池。

Claims (5)

1.风车高能压缩物理储能发电系统，包括由风车、立杆、平衡块曲轴、连杆、多级压缩气缸，高压储气罐、放水阀、控制阀、自激式气动直线发电机所构成，所述多级压缩气缸分别为大、中、小三种容积的气缸，由低压、中压和高压逐级倍增加压组成的压缩机，所述自激式气动直线发电机是由自激式往复运动气缸与直线发电机组合的，其特征是带进气口低压气缸位于中心活塞下端，中压汽缸位于中心活塞上端，高压气缸位于中心活塞内，从高压气缸内固定活塞中心孔下端输出给高压储气罐后再经控制阀与自激式气动直线发电机连接。
2.根据权利要求1所述的风车高能压缩物理储能发电系统，其特征在于：所述多级压缩气缸为中间有盖孔的圆筒体，内部由中心活塞隔开三个不同容积的气缸，气缸壁上端有中压气缸公用通道和输出单向阀、下端有低压气缸的进气单向阀，低压气缸底部中心有高压输出孔，一侧有低压气缸公用通道和输出单向阀，并与高压输出管路相通，中心活塞上端伸拉杆内部的高压气缸体顶点设有负压释放单向阀，伸拉杆顶部用压帽可与连杆万向球体组合。
3.根据权利要求1所述的风车高能压缩物理储能发电系统，其特征在于：所述自激式气动直线发电机两端气缸用螺丝分别固定在直线发电机两端面，使三个组件构成一个相互连通的管状内径，中心导杆上装有可滑动的磁环动子组件以及磁环动子两端面上固定的活塞片，中心导杆两端内设有带小活塞的排气单向阀，分别用供压毛细管连接另一端气缸与小气缸之间，两端气缸各自气缸头上装有进气接头和带撞击杆进气的单向阀。
4.根据权利要求1所述的风车高能压缩物理储能发电系统，其特征在于：所述自激式气动直线发电机的定子线圈安装在由矽钢片叠起的轭铁之间，轭铁安装在磁回路铁制套内构成直线发电机定子部分，磁环以极性交替用间隔套排列于滑动铁管上构成一串磁环动子与定子线圈、轭铁形成小间隙在导杆上滑动。
5.根据权利要求1所述的风车高能压缩物理储能发电系统，其特征在于：所述连杆一端为圆套型，可套在销轴上配合使用；另一端为万向球体，并与杆体连为一体，用压帽固定安装于多级压缩气缸伸缩杆上端作为万向牵拉构件。
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