CN104929775A - 一种空气能涡轮发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明通过风机吸收风能转换机械动能，驱动风能空压机的同时，利用电动空压机，两者将静止空气能吸收，形成压缩空气储存在储罐内，通过人工调控，释放压缩空气形成高速气流，其速度达到60-90米/秒，驱动涡轮机高速转动，产生的动能功率大于自然风速数百倍，同时涡轮机产生的巨大旋转惯性，带动发电机实现全天候大功率稳定运转，本发明遵循能量守恒定律，所获得的能量大于自身能耗，通过大量吸收风能51、静止空气能52加速、压缩和调控其耗电量，仅为获得发电量的25%，本发电装置由风机、空气压缩装置、涡轮发电机组和电控系统四部分组成。

Description

一种空气能涡轮发电装置

技术领域

本发明涉及一种清洁可再生能源发电。

背景技术

目前风电与太阳能电普遍存在并网不稳定的缺陷，如何高效利用清洁可再生能源发电是一项重要课题，风能是自然产生的天然动能，静止空气能是一种大量存在的静止质能，两者同是空气动能。

发明内容

本发明通过吸收自然风力和静止空气能，利用压缩装置储存压缩空气，加速产生高速气流驱动涡轮机，实现长时间、满负荷、大功率稳定发电并网。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种空气能涡轮发电装置，其特征在于：通过风机1吸收风能51转换机械动能，驱动风能空压机21的同时，利用电动空压机22，两者将静止空气能52吸收，形成压缩空气6储存在储罐23内，通过人工调控，释放压缩空气6形成高速气流7，其速度达到60-90M/s，驱动涡轮机322高速转动，产生的动能功率大于自然风速数百倍，同时涡轮机322产生的巨大旋转惯性，带动发电机313实现全天候大功率稳定运转，本发电装置由四部分组成，分别是：

风机1，由塔11，风轮12 和机械传动13组成；

空气压缩装置2由风力空压机21，电动空压机22，储罐23和输送管24组成；

涡轮发电机组3由发电机组31，涡轮机组32和气流室33组成；所述的气流室33是一个圆柱体，在其上面设置了涡轮机组32和发电机组31；所述的发电机组31包括传动离合器311，调控电机312，发电机313和保护罩314；所述的涡轮机组32包括涡轮室321，涡轮机322，高速气流喷嘴323 ，回流管324；所述气流室33包括高压气流泵331和调节门332；

电控系统4，包括配电中心、电脑控制主板、调节减速电控电机312与高压气流泵331的变频器、连接各个发电机组的电气、机械设备的连接电线和电能8输送电网的变电站；

所述的空气压缩装置2，涡轮发电机组3和电控系统4分别设置在地面。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的风力空压机21在有风的状态下启动，将静止空气能52压缩成压缩空气6储存，在弱风或无风的状态下，风力空压机21停止运转，电动空压机22启动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述高压气流喷嘴324分别设置在涡轮室321外壳的若干位置；高压气流喷嘴324以最佳角度对着涡轮室321内的涡轮叶喷射，驱使涡轮机322呈单向高速旋转，在涡轮机322达到一定的转速后，启动调控电机312，减少或者关闭高压气流供应，涡轮机322进入工作运转状态，带动发电机313匀速发电。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的高速气流泵331设置在涡轮室321外壳的底部、气流室33的顶部中间位置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述传动离合器311通过电控系统4调控，可将涡轮机322、发电机312、调控电机313，三者之间实现三连动、离合，或选择性的二连动、离合，同时所有耗电设备设置了市电与自身发电的供应转换开关。

作为上述技术方案的进一步改进，所述储罐23采用抗压强度达到1.6MPa以上的金属罐结构。

本发明的有益效果是：

利用吸收空气能5包括风能51和空气静止能52，通过压缩储存压缩空气6，由人工调控释放高速气流7，启动涡轮机322高速旋转，产生的动能功率大于自然风速数百倍，同时涡轮机322产生的巨大旋转惯性，带动发电机313实现全天候高速稳定运转并网，本发明遵循能量守恒定律，所获得的能量大于自身能耗，通过大量吸收风能3、静止空气能4加速、压缩和调控其耗电量，仅为获得电能8发电量的25% ，整个发电过程为零排碳，突破了目前风电、太阳能电、空气能发电和风光互补发电的不稳定小功率等局限。

附图说明

下面结合附图及实例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明发电装置示意图；

图2是涡轮发电机组装置示意图；

图3是空气能吸收转换电能原理图。

具体实施方式

参照图1~图3，一种空气能涡轮发电装置，其特征在于：通过风机1吸收风能51转换机械动能，驱动风能空压机21的同时，利用电动空压机22，两者将静止空气能52吸收，形成压缩空气6储存在储罐23内，通过人工调控，释放压缩空气6形成高速气流7，其速度达到60-90M/s，驱动涡轮机322高速转动，产生的动能功率大于自然风速数百倍，同时涡轮机322产生的巨大旋转惯性，带动发电机313实现全天候大功率稳定运转，本发电装置由四部分组成，分别是：

风机1，由塔11，风轮12 和机械传动13组成；

空气压缩装置2由风力空压机21，电动空压机22，储罐23和输送管24组成；

涡轮发电机组3由发电机组31，涡轮机组32和气流室33组成；所述的气流室33是一个圆柱体，在其上面设置了涡轮机组32和发电机组31；所述的发电机组31包括传动离合器311，调控电机312，发电机313和保护罩314；所述的涡轮机组32包括涡轮室321，涡轮机322，高压气流喷嘴323 ，回流管324；所述气流室33设置高压气流泵331和调节门332；

电控系统4，包括配电中心、电脑控制主板、调节减速电控电机312与高压气流泵331的变频器、连接各个发电机组的电气、机械设备的连接电线和电能8输送电网的变电站；

所述的空气压缩装置2，涡轮发电机组3和电控系统4分别设置在地面。

进一步作为优选的实施方式，所述的风力空压机21在有风的状态下启动，将静止空气能52压缩成压缩空气6储存，在弱风或无风的状态下，风力空压机21停止运转，电动空压机22启动。

进一步作为优选的实施方式，所述高压气流喷嘴324分别设置在涡轮室321外壳的若干位置；高压气流喷嘴324以最佳角度对着涡轮室321内的涡轮叶喷射，驱使涡轮机322呈单向高速旋转，在涡轮机322达到一定的转速后，启动调控电机312，减少或者关闭高速气流7供应，涡轮机322进入工作运转状态，带动发电机313匀速满负荷发电。

进一步作为优选的实施方式，所述的高压气流泵331设置在涡轮室321外壳的底部、气流室的顶部中间位置。

进一步作为优选的实施方式，所述传动离合器311通过电控系统4调控，可将涡轮机322、发电机312、调控电机313，三者之间实现三连动、离合，或选择性的二连动、离合，同时所有耗电设备设置了市电与自身发电的供应转换开关。

进一步作为优选的实施方式，所述储罐23采用抗压强度达到1.6MPa以上的金属罐结构。

本发明的工作原理是，通过压缩加速空气能5实现全天候大能发电。首先利用风能51驱使风轮12转动产生机械动能驱动风力空压机21，将静止空气能52吸收形成压缩空气5储存，储存的压缩空气6压力达到1.6Mpa，排流量可达到470M3/min，在弱风或无风的状态下，风力空压机21停止运转，电动空压机22启动，风力空压机21与电动空压机22两者的互补运转，将大量静止空气能52吸收，形成压缩空气6储存在储罐23里，通过人工调控，释放压缩空气6形成高速气流7驱动涡轮机322高速转动，高速气流7速度达到60-90M/s，驱使涡轮机322高速旋转。高速气流7按60M/s速度与风力常态下10M/s进行比对，根据风力发电功率与风速三次方成正的原理P=0.5p∏r^2v^3Cp，空气密度p按1.2KG/M3计，迎风半径r设定为6M，功率转化系数Cp为0.5，涡轮机叶面风压动能达到0.5X1.2X60^3=130KW/㎡，单机发电功率达到：P=0.5X1.2X3.14X6^2X60^3X0.5=7,325KW，在其它条件不变的情况下，高于目前风单机发电功率P=0.5X1.2X3.14X6^2X10^3X0.5=34KW的215倍，即高速气流7产生的动能功率大于自然风速215倍。由于涡轮机322产生的巨大旋转惯性,在达到一定速度之后，可通过电控系统4调控：停止高速气流喷嘴324喷射的高速气流7，减少或停止高压气流泵331动力，由电控电机312连动涡轮机322达到设定的高速稳定转动，实现发电机313全天候大功率高速稳定发电并网。另外，涡轮机322高速旋转产生的输出涡轮回流71全部引导到回流管324内，由高压气流泵331输送进入涡轮室321，在高压气流泵331不运转时，涡轮回流71由调节门332外泄。以上发电运转，电动空压机22，电控电机312和高压气流泵331所耗电量，平均仅为获得电能8发电量的25%。年满负荷发电时间达到8400小时。

下面以发电实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：建造130kw单机涡轮发电机，设置一组风机直径6M，塔高8M，1台风力空压机10匹马力，气压1.2Mpa，排气量14M3/min，1台电动空压机11kw，气压 1.3Mpa，排气量1.28M3/min，涡轮发电机组1套，包括1台调控电机30kw，1台高压气流泵10kw。高速气流速度以60M/s计算，涡轮机迎气流半径r设定为0.8M，涡轮机额度转速为717转/min。 

通过市电开启高速气流喷嘴、高压气流泵，启动涡轮机，在涡轮机达到300转/min时，连动电控电机加速，包括电动空压机全部耗电最大功率45kw；在涡轮机达到720转/min时，关闭高速气流喷嘴和高压气流泵，单独依靠电控电机与涡轮机连动运转，涡轮机维持在720转/min，连动发电机满负荷发电，发电过程电控电机运转耗电28kw，电动空压机在压缩空气达到1.3Mpa时自动关闭。所有耗电设备启动时使用市电，当本装置发电运转后通过电控系统转换开关连接自身供电，断开市电供应，同时本装置发电并网。

根据风压动力发电功率计算公式P=1/2p∏r^2v^3Cp ，式中，空气密度p按1.2KG/M3计，功率转化系数Cp为0.5，单机发电功率达到：P=0.5X122X3.14X0.8^2X60^3X0.5=130kw,年总发电量为：130kmX8400h=1,090,000kw.h

(109万度)，减去自身平均耗电25%，可上网供电109X75%=81.75万度。 

实施例二:

建造大型6X1.3万kw空气能涡轮发电站，高速气流速度以60M/s计算，涡轮机迎气流半径r为8M，涡轮机转速达到72转/min，单机发电功率达到：P=0.5X1.2X3.14X8^2X46^3X0.5=13,022kw，年总发电量为：13,000kwX8400h=109,200,0000

kw.h(1.09亿度)，减去自身平均耗电25%，可上网供电6X1.09X75%=4.91亿度。 

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但应该说明，本领域的技术人员可以在所附权利范围之内作出各种变化和修改，只要不出超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种空气能涡轮发电装置，其特征在于：通过风机（1）吸收风能（51）转换机械动能，驱动风能空压机（21）的同时，利用电动空压机（22），两者将静止空气能（52）吸收，形成压缩空气（6）储存在储罐（23）内，通过人工调控，释放压缩空气（6）形成高速气流（7），其速度达到60-90M/s，驱动涡轮机（322）高速转动，产生的动能功率大于自然风速数百倍以上，同时涡轮机（322）产生的巨大旋转惯性，带动发电机（313）实现全天候大功率稳定运转，本实用新型遵循能量守恒定律，所获得的能量大于自身能耗，通过大量吸收风能（51）、静止空气能（52）加速、压缩和调控其耗电量，仅为获得电能（8）发电量的25% ，本发电装置由四部分组成，分别是：

风机（1），由塔（11），风轮（12） 和机械传动（13）组成；

空气压缩装置（2）由风力空压机（21），电动空压机（22），储罐（23）和输送管（24）组成；

涡轮发电机组（3）由发电机组（31），涡轮机组（32）和气流室（33）组成；所述的气流室（33）是一个圆柱体，在其上面设置了涡轮机组（32）和发电机组（31）；所述的发电机组（31）包括传动离合器（311），调控电机（312），发电机（313）和保护罩（314）；所述的涡轮机组（32）包括涡轮室（321），涡轮机（322），高压气流喷嘴（323），回流管（324）；所述气流室（33）设置高压气流泵（331）和调节门（332）；

电控系统（4），包括配电中心、电脑控制主板、调节减速电控电机312与高压气流泵331的变频器、连接各个发电机组的电气、机械设备的连接电线和电能（8）输送电网的变电站；

所述的空气压缩装置（2），涡轮发电机组（3）和电控系统（4）分别设置在地面。

2.根据权利要求1所述的一种空气能涡轮发电装置，其特征在于：所述的风力空压机（21）在有风的状态下启动，将静止空气能（52）压缩成压缩空气（6）储存，在弱风或无风的状态下，风力空压机（21）停止运转，电动空压机（22）启动。

3.根据权利要求1所述的一种空气能涡轮发电装置，其特征在于：所述高速气流喷嘴（324）分别设置在涡轮室（321）外壳的若干位置；高压气流喷嘴（324）以最佳角度对着涡轮室（321）内的涡轮叶喷射，驱使涡轮机（322）呈单向高速旋转，在涡轮机（322）达到一定的转速后，启动调控电机（312），减少或者关闭高速气流（7）供应，涡轮机（322）进入工作运转状态，带动发电机（313）匀速发电。

4.根据权利要求1所述的一种空气能涡轮发电装置，其特征在于：所述的高速气流泵（331）设置在涡轮室（321）外壳的底部、气流室（33）的顶部中间位置。

5.根据权利要求1所述的一种空气能涡轮发电装置，其特征在于：所述传动离合器（311）通过电控系统（4）调控，可将涡轮机（322）、发电机（312）、调控电机（313），三者之间实现三连动、离合，或选择性的二连动、离合，同时所有耗电设备设置了市电与自身发电的供应转换开关。

6.根据权利要求1所述的一种空气能涡轮发电装置，其特征在于：所述储罐（23）采用抗压强度达到1.6MPa以上的金属罐结构。