CN105952697B - 能量转换系统及发电厂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能量转换系统，包括转换机构、储能单元、方向控制阀组及储液池，所述储能单元设置有容积腔，所述容积腔内装有气体；所述转换机构包括转轴、曲柄、连杆和伸缩油缸，所述曲柄与转轴固定连接；所述连杆的一端与曲柄铰接，其另一端与伸缩油缸的活塞杆铰接；所述伸缩油缸通过方向控制阀组分别与储液池、容积腔相连；在第一状态，所述方向控制阀组将伸缩油缸的无杆腔与储液池连通，同时将伸缩油缸的有杆腔与容积腔连通；在第二状态，所述方向控制阀组将伸缩油缸的有杆腔与储液池连通，同时将伸缩油缸的无杆腔与容积腔连通。与现有技术相比，本发明提出的能量转换系统在转换效率、成本、环保、安全等方面具有较好的综合优势。

Description

能量转换系统及发电厂

技术领域

本发明涉及电力生产技术，具体涉及一种能量转换系统及发电厂。

背景技术

长期以来，为满足不断增加的电力负荷要求，电力建设部门不得不根据最大负荷要求建设各类发电设施。持续地大规模建设发电设施，为电力建设部门带来了极大的困难，而在用电低峰期间，这些发电设施所产生的电能远超实际需求，导致了巨大的浪费。

为了减少浪费，通常将多余的电能存储起来，常见的储能方式有蓄电池储能、抽水储能及电解水制氢三种；然而这三种储能方式均存在严重缺陷，具体如下：

1)蓄电池储能是通过蓄电池内部的化学反应将电能转化为化学能储存起来，然而，蓄电池的充放电次数有限、使用寿命较短，且使用和维护成本高。

2)抽水储能是通过水泵将较低位置的水抽至较高位置的蓄水池中，将电能转换为水的势能储存起来，这种储能方式需要在高度差较为明显的临水位置建设规模较大的蓄水池，且释放能量时，需要依赖水力发电设备才能将水的势能转化为电能；因此，抽水储能对场地和设备要求比较高，投资及建设周期长，受地理条件限制明显。

3)电解水制氢是通过电能将水分解成氢气和氧气，将电能转化成化学能存储在氢气中，释放能量时，氢气在火力发电设备中燃烧进而将化学能转化成电能；由于氢气是一种易燃易爆气体，氢气的储存条件比较苛刻，因此，储存设施的建设及维护成本较高。

综上，对于电力生产领域而言，如何保证电能的储存及释放过程高效、安全及低成本，仍然是一个比较棘手的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种能量转换系统，利用该能量转换系统可以高效、安全的存储及释放能量，并且建设及使用过程成本低廉。在此基础上，本发明提出一种具有该能量转换系统的发电厂。

作为第一方面，本发明提出一种能量转换系统，具体包括转换机构、储能单元、方向控制阀组及储液池，所述储能单元设置有容积腔，所述容积腔内装有气体；所述转换机构包括转轴、曲柄、连杆和伸缩油缸，所述曲柄与转轴固定连接；所述连杆的一端与曲柄铰接，其另一端与伸缩油缸的活塞杆铰接；所述伸缩油缸通过方向控制阀组分别与储液池、容积腔相连；在第一状态，所述方向控制阀组将伸缩油缸的无杆腔与储液池连通，同时将伸缩油缸的有杆腔与容积腔连通；在第二状态，所述方向控制阀组将伸缩油缸的有杆腔与储液池连通，同时将伸缩油缸的无杆腔与容积腔连通。

优选地，所述方向控制阀组包括两个第一通断阀及两个第二通断阀，所述有杆腔、无杆腔分别经过一个第一通断阀与储液池相连，并且所述有杆腔、无杆腔分别经过一个第二通断阀与储能单元的容积腔相连。

优选地，所述方向控制阀组还包括第一换向阀和压力油源，所述第一通断阀和第二通断阀均为插装阀；所述压力油源通过第一换向阀与第一通断阀、第二通断阀连接，用于向第一通断阀和第二通断阀提供液压油，所述第一换向阀用于控制第一通断阀和第二通断阀的通断。

优选地，所述方向控制阀组包括两个第二换向阀，所述有杆腔经过一个第二换向阀分别与储液池、容积腔相连，且所述无杆腔经过另一个第二换向阀分别与容积腔、储液池相连。

优选地，所述能量转换系统还包括电动机，所述电动机与转轴连接，所述电动机用于驱使曲柄转动，所述曲柄带动伸缩油缸往复运动。

优选地，所述能量转换系统还包括发电机，所述发电机与转轴连接，所述伸缩油缸用于驱使曲柄转动，所述曲柄带动发电机工作。

优选地，所述能量转换系统还包括双功能电机，所述双功能电机与转轴连接；在储能工况下，所述双功能电机作为电动机，用于驱使曲柄转动，所述曲柄带动伸缩油缸往复运动；在发电工况下，所述双功能电机作为发电机，所述伸缩油缸用于驱使曲柄转动，所述曲柄带动发电机工作。

作为第二方面，本发明提出一种发电厂，该发电厂具体包括发电设备及上述任意一项的能量转换系统。

优选地，所述发电设备为水力发电机或风力发电机。

本发明提出的能量转换系统具体包括转换机构、储能单元、方向控制阀组及储液池，其中，转换机构包括转轴、曲柄、连杆和伸缩油缸，曲柄与转轴固定连接。在储存能量时，转轴带动曲柄转动，进而驱使伸缩油缸内的活塞往复运动，在活塞往复运动过程中，伸缩油缸的有杆腔和无杆腔的体积周期性增大或缩小，且当有杆腔的体积增大时，无杆腔的体积缩小，当有杆腔的体积缩小时，无杆腔的体积增大；在有杆腔体积增大、无杆腔体积缩小时，方向控制阀组将有杆腔与储液池连通，同时将无杆腔与容积腔连通，此时储液池中的液体被吸入有杆腔，无杆腔中的液体被压入容积腔中；在有杆腔体积缩小、无杆腔体积增大时，方向控制阀组将有杆腔与容积腔连通，同时将无杆腔与储液池连通，此时储液池中的液体被吸入无杆腔，有杆腔中的液体被压入容积腔中；随着液体被压入容积腔，容积腔内的压力相应升高，最终将转轴输出的机械能转换为液体的压能并存储在储能单元中。释放能量时，方向控制阀组将容积腔交替与无杆腔、有杆腔连通，在压力作用下，容积腔内的液体驱使伸缩油缸的活塞杆往复运动，相应地，通过连杆和曲柄，活塞杆可以驱使转轴转动，最终将液体的压能转换为机械能，如果需要将液体的压能转换为电能，只需要将转轴与发电机连接即可。与现有技术相比，本发明提出的能量转换系统在转换效率、成本、环保、安全等方面具有较好的综合优势。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例提供的能量转换系统的工作原理图。

附图标记说明：

1—储能单元 2—曲柄 3—伸缩油缸 4—第一通断阀

5—第二通断阀 6—第一换向阀 7—储液池 8—液压泵 9—连杆

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1所示为本发明具体实施例提出的一种能量转换系统，该能量转换系统包括转换机构、储能单元1、方向控制阀组、储液池7及双功能电机(即可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用)，储能单元1上设置有容积腔，容积腔内装有气体；其中，转换机构包括转轴(图中未示出)、曲柄2、连杆9和伸缩油缸3，曲柄2与转轴固定连接；转轴与双功能电机连接，连杆9的一端与曲柄2铰接，其另一端与伸缩油缸3的活塞杆铰接；方向控制阀组包括两个第一通断阀4及两个第二通断阀5，有杆腔、无杆腔分别经过一个第一通断阀4与储液池7相连，并且有杆腔、无杆腔分别经过一个第二通断阀5与储能单元1的容积腔相连。

储存能量时，双功能电机起电动机的作用，带动曲柄2转动，进而驱使伸缩油缸3内的活塞往复运动，在活塞往复运动过程中，伸缩油缸3的有杆腔和无杆腔的体积周期性增大或缩小，且当有杆腔的体积增大时，无杆腔的体积缩小，当有杆腔的体积缩小时，无杆腔的体积增大。在有杆腔体积增大、无杆腔体积缩小时，方向控制阀组将有杆腔与储液池7连通，同时将无杆腔与容积腔连通，此时储液池7中的液体被吸入有杆腔，无杆腔中的液体被压入容积腔中；在有杆腔体积缩小、无杆腔体积增大时，方向控制阀组将有杆腔与容积腔连通，同时将无杆腔与储液池7连通，此时储液池7中的液体被吸入无杆腔，有杆腔中的液体被压入容积腔中；随着液体被压入容积腔，容积腔内的压力相应升高，最终将双功能电机输出的机械能转换为液体的压能并存储在储能单元1中。

释放能量时，双功能电机起发电机的作用，方向控制阀组将容积腔交替与无杆腔、有杆腔连通，在压力作用下，容积腔内的液体驱使伸缩油缸3的活塞杆往复运动，相应地，在连杆9、曲柄2及转轴的配合下，伸缩油缸3可以驱使双功能电机转动进而发电。

在优选的实施例中，方向控制阀组还包括第一换向阀6和压力油源(比如液压泵8)，第一通断阀4和第二通断阀5均为插装阀；压力油源通过第一换向阀6与第一通断阀4、第二通断阀5连接，用于向第一通断阀4和第二通断阀5提供液压油，第一换向阀6用于控制第一通断阀4和第二通断阀5的通断。液压泵8提供的液压油为插装阀切换状态提供动力，通过第一换向阀6和压力油源可以方便控制第一通断阀4和第二通断阀5的状态；在大流量的情况下，第一通断阀4和第二通断阀5采用插装阀结构，可以节省第一通断阀4和第二通断阀5的采购成本。

在其它实施例中，方向控制阀组包括第二换向阀A和第二换向阀B，有杆腔经过第二换向阀A分别与储液池7、容积腔相连，且无杆腔经过第二换向阀B分别与容积腔、储液池7相连。在储存能量时，当有杆腔体积增大、无杆腔体积缩小时，第二换向阀A将有杆腔与储液池7连通，第二换向阀B将无杆腔与容积腔连通；当有杆腔体积缩小、无杆腔体积增大时，第二换向阀A将有杆腔与容积腔连通，第二换向阀B将无杆腔与储液池7连通。释放能量时，在第二换向阀A和第二换向阀B的配合下，容积腔可以交替与有杆腔、无杆腔连通，进而驱使活塞杆往复运动。

在其它实施例中，可以用电动机代替双功能电机，相应地，该能量转换系统只能进行储能；相反地，如果用发电机代替双功能电机，该能量转换系统只能进行发电。

另外，本发明具体实施例提出一种发电厂，该发电厂具体包括发电设备及上述的能量转换系统，发电设备优选为水力发电机或风力发电机。通过在发电厂中设置上述的能量转换系统，在发电设备的电能过剩时，可以将电能转换为液体的压能储存在容积腔内，进而避免能源浪费。而且，与现有的储能方式相比，该能量转换系统具有转换效率高、成本低廉、安全、环保等优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种能量转换系统，其特征在于，包括转换机构、储能单元(1)、方向控制阀组及储液池(7)，所述储能单元(1)设置有容积腔，所述容积腔内装有气体；所述转换机构包括转轴、曲柄(2)、连杆(9)和伸缩油缸(3)，所述曲柄(2)与转轴固定连接；所述连杆(9)的一端与曲柄(2)铰接，其另一端与伸缩油缸(3)的活塞杆铰接；所述伸缩油缸(3)通过方向控制阀组分别与储液池(7)、容积腔相连；在第一状态，所述方向控制阀组将伸缩油缸(3)的无杆腔与储液池(7)连通，同时将伸缩油缸(3)的有杆腔与容积腔连通；在第二状态，所述方向控制阀组将伸缩油缸(3)的有杆腔与储液池(7)连通，同时将伸缩油缸(3)的无杆腔与容积腔连通，所述方向控制阀组包括两个第一通断阀(4)及两个第二通断阀(5)，所述有杆腔、无杆腔分别经过一个第一通断阀(4)与储液池(7)相连，并且所述有杆腔、无杆腔分别经过一个第二通断阀(5)与储能单元(1)的容积腔相连。

2.根据权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于，所述方向控制阀组还包括第一换向阀(6)和压力油源，所述第一通断阀(4)和第二通断阀(5)均为插装阀；所述压力油源通过第一换向阀(6)与第一通断阀(4)、第二通断阀(5)连接，用于向第一通断阀(4)和第二通断阀(5)提供液压油，所述第一换向阀(6)用于控制第一通断阀(4)和第二通断阀(5)的通断。

3.根据权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于，所述方向控制阀组包括两个第二换向阀，所述有杆腔经过一个第二换向阀分别与储液池(7)、容积腔相连，且所述无杆腔经过另一个第二换向阀分别与容积腔、储液池(7)相连。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的能量转换系统，其特征在于，还包括电动机，所述电动机与转轴连接，所述电动机用于驱使曲柄(2)转动，所述曲柄(2)带动伸缩油缸(3)往复运动。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的能量转换系统，其特征在于，还包括发电机，所述发电机与转轴连接，所述伸缩油缸(3)用于驱使曲柄(2)转动，所述曲柄(2)带动发电机工作。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的能量转换系统，其特征在于，还包括双功能电机，所述双功能电机与转轴连接；在储能工况下，所述双功能电机作为电动机，用于驱使曲柄(2)转动，所述曲柄(2)带动伸缩油缸(3)往复运动；在发电工况下，所述双功能电机作为发电机，所述伸缩油缸(3)用于驱使曲柄(2)转动，所述曲柄(2)带动发电机工作。

7.一种发电厂，其特征在于，包括发电设备及权利要求1至6任意一项所述的能量转换系统。

8.根据权利要求7所述的发电厂，其特征在于，所述发电设备为水力发电机或风力发电机。