CN106089556A - 一种基于飞轮的海岛储能系统及其方法 - Google Patents

一种基于飞轮的海岛储能系统及其方法 Download PDF

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颜秉晶
张铎
张杭军
李军汲
王坤
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Abstract

本发明公开了一种基于飞轮的海岛储能系统及其方法。系统主要包括盘簧，能量收集板，离合器、两对齿轮、飞轮和三根传动轴和控制模块。能量收集板受到海浪的冲击后，通过主轴和大齿轮、小齿轮带动飞轮转动，从而将海浪的瞬时能量储存在飞轮当中，当能量收集板转动90°后，控制模块控制离合器断开，使能量收集板完成复位。该装置不仅可以将难以利用的瞬时冲击能量变成平稳的飞轮动能储存起来，而且由于飞轮和齿轮组的配合，使整个装置的储能效率对比现有装置，有很大的提高。

Description

一种基于飞轮的海岛储能系统及其方法
技术领域
本发明涉及属于能源利用装置，尤其涉及一种基于飞轮的海岛储能系统及其方法。
背景技术
我国驻岛军民数量在百万左右，普遍存在着用电困难的问题。目前的供电方式主要采用海底电缆传输以及柴油机发电。前者运输成本高，后者发电效率低，对环境也会造成污染。与此相对的是，我国的海浪储能在7000万KW左右，如果能将这部分能量利用起来，会产生巨大的社会、经济效益。因此，设计一种针对海浪能储能的结构具有重大意义。目前已经有的结构分为点头鸭式、震荡水柱式、推摆式、震荡浮子式等。这些方法都存在自身的缺陷。“点头鸭式”很多部件直接与海水接触，装置的使用寿命很低，同时，由于它无法解决波浪能不稳定的问题，系统的整体效率相当低；震荡水柱式装置成本较高，，效率也只有30％左右；退摆式是利用摆体在海浪作用下前后上下摆动，然后把机械动能转换成液压泵的动能，在此过程中，大量能量损失在液压泵的压缩过程中；震荡浮子式是目前应用较多的一种，利用浮子来收集波浪的动能，再通过能量缓冲部分将不稳定的能量变为稳定的能量储存在液压泵中，但是这种储能方式同样受到液压泵能量转换效率低下的困扰。因此，如果有一种新型的能够高效储存海浪能量的系统，将会带来巨大的价值。。
发明内容
为了克服现有的波浪能储能装置能量转换效率底下，无法利用冲击能量的缺点，本发明提供了一种基于飞轮的海浪能储能装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于飞轮的海岛储能系统，包括盘簧、能量收集板、主轴、副轴、离合器和飞轮，所述的盘簧的外端连接能量收集板，内端固定于主轴侧壁上，所述的主轴通过离合器与副轴相连，以实现切断或传递主轴向副轴输出的传动动力；所述的飞轮由副轴带动旋转。本发明中的能量收集板即用于收集海浪能量的板。能量收集板设置于海水中，且正面面对海浪推进方向，由此将海浪的动能转化为盘簧的势能，并进一步传动至主轴上，实现主轴的旋转。
作为优选，所述的副轴上固定有大齿轮，所述的飞轮固定于飞轮轴上，飞轮轴上固定有与大齿轮啮合传动的小齿轮。
作为优选，所述的主轴垂直于盘簧的圆心，所述的能量收集板悬挂连接于盘簧外端上，且能量收集板所在平面垂直于盘簧所在平面。
作为优选，所述的离合器由控制模块控制，所述的控制模块由单片机和继电器组成；单片机通过继电器与离合器相连。
进一步的，还包括挡板、底板和中间隔板，所述的盘簧由挡板支承，主轴顶部通过轴承连接挡板，飞轮轴底部通过轴承与底板连接，副轴两端分别通过轴承与中间隔板和底板连接。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述系统的海岛储能方法，具体为：将该系统安装于海浪冲击区域；首先控制离合器使其传递主轴向副轴输出的动力，能量收集板受到海浪的冲击后，通过盘簧带动主轴转动，主轴通过离合器带动副轴转动，副轴通过大齿轮和小齿轮将能量传递至飞轮，并将飞轮的动能转化为电能进行存储；当能量收集板运动至收集能量的极限位置时，控制离合器使其切断主轴向副轴输出的动力，同时盘簧带动能量收集板复位；不断重复上述过程，完成能量的收集和存储。
本发明的有益效果是，本发明的基于飞轮的海岛储能系统不仅可以将难以利用的瞬时冲击能量变成平稳的飞轮动能储存起来，而且由于飞轮和齿轮组的配合，使整个装置的储能效率对比现有装置，有很大的提高。
附图说明
图1是基于飞轮的海岛储能系统的结构示意图；
图2是本发明的盘簧、能量收集板、主轴和离合器部分的结构图；
图3是本发明的齿轮组部分结构图；
图中，挡板1、盘簧2、主轴3、能量收集板4、离合器5、副轴6、挡板6、支架7、大齿轮8、小齿轮9、飞轮10、飞轮轴11、底板12。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述，以便于本领域技术人员更好地理解。
如图1所示，一种基于飞轮的海岛储能系统，包括盘簧2、能量收集板4、主轴3、副轴6、离合器5、飞轮10、挡板1、底板12和中间隔板。挡板1、底板12和中间隔板通过支架7进行连接，中间的空间用于安装储能系统。盘簧2最外侧一圈的末端连接能量收集板4，最内侧一圈的末端固定于主轴3侧壁上，其重量由挡板1支承。所述的主轴3通过离合器5与副轴6相连，以实现切断或传递主轴3向副轴6输出的传动动力。飞轮10与副轴6过盈配合，由副轴6带动旋转。主轴3顶部通过轴承连接挡板1，飞轮轴11底部通过轴承与底板12连接，副轴6两端分别通过轴承与中间隔板和底板12连接。能量收集板4受到海浪的冲击后，通过主轴3带动飞轮10转动，从而将海浪的瞬时能量储存在飞轮10当中，飞轮10可与其他能量转换装置相配合，将其转动动能转换为电能进行存储。当完成一次能量收集过程后，控制离合器5断开，使能量收集板4的复位不影响海浪退去过程中飞轮10的工作。在下一次海浪冲击时，重复上述过程。
飞轮10与副轴6的传动方式可根据使用地的实际情况进行确定，但为了保证飞轮能最大程度地将海浪的动能转换为其自身的旋转动能，如图3所示，可在副轴6上过盈配合固定有大齿轮8，而飞轮10过盈配合固定于飞轮轴11上并随飞轮轴转动。飞轮轴11上部过盈配合固定有小齿轮9，且与大齿轮8啮合传动，由此以较大的传动比使相同的海浪下飞轮转动地更快。
能量收集板4的设置方式和位置以最大程度的将海浪的动能转化为盘簧2的势能为准。如图2所示，在一实施例中，主轴3垂直于盘簧2的圆心，所述的能量收集板4悬挂连接于盘簧2外端上，且能量收集板4所在平面垂直于盘簧2所在平面。使用时，能量收集板4初始位置为正面朝向海浪推进方向的位置。
本发明中的离合器5可采用不同的形式，考虑到海岛上的实际使用条件，本发明另一实施例中，离合器5由控制模块控制，且控制模块由单片机和继电器组成；单片机通过两个模拟I/O口于继电器相连，继电器与离合器5的上下两部分相连，并控制两部分的断开和连接。
基于上述储能系统的一种海岛储能方法，具体如下：将该系统安装于海浪冲击区域；首先通过单片机控制离合器5使其闭合，以传递主轴3向副轴6输出的动力。在能量收集板4受到海浪的冲击后，通过盘簧2蓄积势能，并带动主轴3转动，主轴3通过离合器5带动副轴6转动，副轴6通过大齿轮9和小齿轮8将能量传递至飞轮10，并将飞轮的动能转化为电能进行存储；当能量收集板4运动至收集能量的极限位置(能量收集板4几乎与海浪行进方向平行的位置)时，控制离合器5使其切断主轴3向副轴6输出的动力，同时盘簧2带动能量收集板4复位至初始位置。不断重复上述过程的循环，使海浪的能量得到收集和存储。

Claims (6)

1.一种基于飞轮的海岛储能系统，其特征在于，包括：盘簧、能量收集板、主轴、副轴、离合器和飞轮，所述的盘簧的外端连接能量收集板，内端固定于主轴侧壁上；所述的主轴通过离合器与副轴相连，以实现切断或传递主轴向副轴输出的传动动力；所述的飞轮由副轴带动旋转。
2.如权利要求1所述的基于飞轮的海岛储能系统，其特征在于，所述的副轴上固定有大齿轮，所述的飞轮固定于飞轮轴上，飞轮轴上固定有与大齿轮啮合传动的小齿轮。
3.如权利要求1所述的基于飞轮的海岛储能系统，其特征在于，所述的主轴垂直于盘簧的圆心，所述的能量收集板悬挂连接于盘簧外端上，且能量收集板所在平面垂直于盘簧所在平面。
4.如权利要求1所述的基于飞轮的海岛储能系统，其特征在于，所述的离合器由控制模块控制，所述的控制模块由单片机和继电器组成；单片机通过继电器与离合器相连。
5.如权利要求2所述的基于飞轮的海岛储能系统，其特征在于，还包括挡板、底板和中间隔板，所述的盘簧由挡板支承，主轴顶部通过轴承连接挡板，飞轮轴底部通过轴承与底板连接，副轴两端分别通过轴承与中间隔板和底板连接。
6.一种利用权利要求1所述系统的海岛储能方法，其特征在于，将该系统安装于海浪冲击区域；首先控制离合器使其传递主轴向副轴输出的动力，能量收集板受到海浪的冲击后，通过盘簧带动主轴转动，主轴通过离合器带动副轴转动，副轴通过大齿轮和小齿轮将能量传递至飞轮，并将飞轮的动能转化为电能进行存储；当能量收集板运动至收集能量的极限位置时，控制离合器使其切断主轴向副轴输出的动力，同时盘簧带动能量收集板复位；不断重复上述过程，完成能量的收集和存储。
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