CN108286500A - 一种风能和太阳能联合储能发电系统 - Google Patents

一种风能和太阳能联合储能发电系统 Download PDF

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Abstract

一种风能和太阳能联合储能发电系统，它包括风能驱动风力机系统、制冷机液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统。本发明是利用风能直接驱动风力机，使经过加工处理的干净空气通过压缩机后进入稳压罐，经过稳压罐使其压力达到稳定，然后通过涡流管，从涡流管出来的热空气在发电时用来预热液态空气，冷空气则进入SV制冷机进行液化，液化后液态空气进入储罐进行储存；需要发电时，将储罐中的液态空气引出，经低温泵加压后，进入低温换热器和中温换热器进行预热，然后通过高温换热器被加热后，使其变成高温高压的气态空气，最后经过透平膨胀做功，带动发电机旋转发电。本发明是一种新型储能发电技术，其无污染，具有良好的应用前景。

Description

一种风能和太阳能联合储能发电系统
技术领域
本发明涉及一种风能和太阳能联合储能发电系统，尤其是一种利用风能和太阳能联合的新型储能发电一体化系统及流程，属于绿色能源技术领域。
背景技术
近年来，中国的经济获得了高速的发展，但是制约中国经济发展的能源问题变得越来越严重，寻找新的替代能源已成为当务之急。按照世界能源权威机构的分析，当前，传统能源仍然占距能源消费的主导地位，其中，石油约占世界能源消费总量的四成，煤约占世界能源消费总量的二成，天然气和铀各占世界能源消费总量的二成和一成。近年来，为了应对能源问题，我国大力发展可再生能源，着力于改善能源结构，走有利于经济、环境、社会的可持续发展之路。风能和太阳能联合储能发电作为一种新技术，有效的利用可再生能源，无污染，经济效益高。
风能是新能源开发与利用的重要方面，它是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然资源，地球接受到的太阳辐射能约有2％转化为风能。据估计，全球的风能总量有2.74万亿千瓦，其中可利用的约为200亿千瓦，可谓取之不尽。我国的风能资源非常丰富，可开发利用的风能储量约达到10亿千瓦，大力发展风能发电对于我国调整能源结构，实现节能减排具有重大的意义。
目前，全球正面临着气候变暖和社会发展两大课题。以石油为代表的化石能源日益枯竭，价格大幅波动。经济发展消耗大量的化石燃料，导致温室气体排放量快速增长。如何摆脱对化石燃料的依赖，减少温室气体排放，已成为全世界亟待解决的难题，而大量利用太阳能从根本上解决这项难题的重要手段之一。随着技术的进步和成本的降低，太阳能是可实现大规模开发利用的一种可再生能源。目前，太阳能加热技术在国内外运用广泛，有效利用可再生能源，具有清洁、安全、无污染、对环境友好、经济效益高等优点，在可再生能源应用领域有广阔的应用前景。
液化空气储能技术的历史可以溯及到20世纪70年代，当时欧洲出现了利用液态空气进行能量储存的专利。日本近年也积极开展液化空气储能技术的研究，如三菱公司和日立公司等，但由于其系统效率太低，并没有太大的实用价值。最近，英国利兹大学研究人员提出了新型液态空气储能系统，它利用富余电能驱动电动机将空气压缩、冷却、液化后注入低温储槽储存，液化过程中消耗的大部分电能被转化成了低温冷能进行存储。发电时，液态空气从储槽中引出，加压后送入气化换热器和热交换器气化并加热到一定温度，最后高压气体注入膨胀机做功，带动发电机发电。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直接利用风能直接作为驱动能源、太阳能作为加热能源的风能与太阳能联合储能发电系统及流程。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种风能和太阳能联合储能发电系统，它包括风能驱动风力机系统、制冷机液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统。本发明是利用风能直接驱动风力机，使经过加工处理的干净空气通过压缩机后进入稳压罐，经过稳压罐使其压力达到稳定，然后通过涡流管，从涡流管出来的热空气在发电时用来预热液态空气，冷空气则进入SV制冷机进行液化，液化后液态空气进入储罐进行储存；需要发电时，将储罐中的液态空气引出，经低温泵加压后，进入低温换热器和中温换热器进行预热，然后通过高温换热器被加热后，使其变成高温高压的气态空气，最后经过透平膨胀做功，带动发电机旋转发电；
所述风能驱动风力机系统由风力机，空气压缩机，稳压罐，流量调节阀组成；
所述制冷机液化空气系统由涡流管，SV制冷机，液态空气调节阀，液态储罐组成；
所述液态空气发电系统由低温泵，低温换热器，中温换热器，高温换热器，透平，发电机组成；
所述太阳能加热系统由热水箱，集热器，循环泵组成。
上述风能和太阳能联合储能发电系统，所述风能驱动风力机系统中利用风能直接驱动空气压缩机工作，取消切入和切出风速，可以大规模利用风能，充分利用风能的能量。
上述风能和太阳能联合储能发电系统，所述制冷机液化空气系统中采用SV制冷机进行液化空气。
上述风能和太阳能联合储能发电系统，所述液态空气发电系统中采用透平做功。
上述风能和太阳能联合储能发电系统，所述制冷机液化空气系统中采用涡流管，从涡流管出来的热气流在中温换热器进行预热液态空气，以提高系统的效率。
上述风能和太阳能联合储能发电系统，所述制冷机液化空气系统中进入制冷机的空气为来自于涡流管的冷气流，先通过涡流管将空气进行预冷再经过制冷机液化，可提高制冷机的工作效率。
另外，本发明还具有如下优点：
1、本发明利用风能和太阳能，有效地循环利用清洁能源；
2、本发明用洁净空气作为循环工质，不会对环境产生污染与破坏；
3、本发明利用具有间歇性、不稳定性的风能直接驱动压缩机，通过设置稳压罐作为稳压装置，然后通过涡流管，从涡流管出来的热空气在发电时用来预热液态空气，冷空气则进入SV制冷机进行液化，从而解决风能供应不稳定的难题，实现了将风能直接转化为液态空气的冷能进行储存，有效利用风能，使整个装置的使用寿命延长；
4、本发明不受地理条件的限制，应用范围广，具有良好的商业前景。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明一种风能和太阳能联合储能发电系统图。
图中各标号为：1、风力机；2、空气压缩机；3、稳压罐；4、流量调节阀；5、涡流管；6、SV制冷机；7、液态空气调节阀；8、液态储罐；9、低温泵；10、低温换热器；11、中温换热器；12、高温换热器；13、透平；14、发电机；15、热水箱；16集热器；17循环泵。
具体实施方式
本发明是一种风能和太阳能联合储能发电系统，该系统包括风能驱动风力机系统、制冷机液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统，这四种系统的结合实现本发明的目的，利用风能直接驱动风力机，使经过加工处理的干净空气通过空气压缩机后进入稳压罐，经过稳压罐使其压力达到稳定，然后通过涡流管，从涡流管出来的热空气在发电时用来预热液态空气，冷空气则进入SV制冷机进行液化，液化后液态空气进入储罐进行储存；需要发电时，将储罐中的液态空气引出，经低温泵加压后，进入低温换热器和中温换热器进行预热，然后通过高温换热器被加热后，使其变成高温高压的气态空气，最后经过透平膨胀做功，带动发电机旋转发电；从而实现了风能与太阳能的有效利用，满足了用户在用电高峰期用电的需求。
整个系统由风能驱动风力机系统、制冷机液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统组成，如图1所示。风能驱动风力机系统由风力机(1)，空气压缩机(2)，稳压罐(3)，流量调节阀(4)组成。该系统利用大自然的风能直接驱动风力机，使经过加工处理的干净空气通过空气压缩机后进入稳压罐，经过稳压罐使其压力达到稳定。
制冷机液化空气系统由涡流管(5)，SV制冷机(6)，液态空气调节阀(7)，液态储罐(8)组成。该系统将从涡流管出来的热空气在发电时用来预热液态空气，冷空气则进入SV制冷机进行液化，液化后液态空气进入储罐进行储存。
液态空气发电系统由低温泵(9)，低温换热器(10)，中温换热器(11)，高温换热器(12)，透平(13)，发电机(14)组成。该系统在需要发电时，将储罐中的液态空气引出，经低温泵加压后，进入低温换热器和中温换热器进行预热，然后通过高温换热器被加热后，使其变成高温高压的气态空气，最后经过透平进行膨胀做功，带动发电机旋转发电。
太阳能加热系统由热水箱(15)，集热器(16)，循环泵(17)组成。该系统在有太阳时，太阳能集热器将太阳能传递给通过集热器中的水，使流经集热器的水温升高，将被加热完的热水储存到热水箱中，在管路上设置循环水泵，通过循环水泵将热水箱中已经加热的热水输送到高温换热器中，与经过高温换热器的空气进行热交换，提高空气的温度，完成能量转移的过程。
本发明一种风能和太阳能联合储能发电系统，将具有间歇性、不稳定性的风能直接驱动压缩机，通过设置稳压罐作为稳压装置，然后通过涡流管，从涡流管出来的热空气在发电时用来预热液态空气，冷空气则进入SV制冷机进行液化，从而解决风能供应不稳定的难题，实现了将风能直接转化为液态空气的冷能进行储存，有效利用风能，使整个装置的使用寿命延长：
本发明一种风能和太阳能联合储能发电系统，直接利用清洁能源，有利于资源的循环利用，不受地理条件的限制，采用的工质是洁净空气，不会对环境产生污染与破坏，应用范围广，具有良好的商业前景。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、各个系统的工作流程进行了进一步的详细说明，从而实现了一种风能和太阳能联合储能发电系统。

Claims (3)

1.一种风能和太阳能联合储能发电系统，其特征在于，它包括风能驱动风力机系统、制冷机液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统四部分；
所述风能驱动风力机系统由风力机(1)，空气压缩机(2)，稳压罐(3)，流量调节阀(4)组成；
所述制冷机液化空气系统由涡流管(5)，SV制冷机(6)，液态空气调节阀(7)，液态储罐(8)组成；
所述液态空气发电系统由低温泵(9)，低温换热器(10)，中温换热器(11)，高温换热器(12)，透平(13)，发电机(14)组成；
所述太阳能加热系统由热水箱(15)，集热器(16)，循环泵(17)组成。
2.如权利要求1所述的一种风能和太阳能联合储能发电系统，其特征在于，制冷机液化空气系统中采用涡流管，从涡流管出来的热气流在中温换热器进行预热液态空气，以提高系统效率。
3.如权利要求1所述的一种风能和太阳能联合储能发电系统，其特征在于，制冷机液化空气系统中采用SV制冷机，进入制冷机的空气为来自于涡流管的冷气流，先通过涡流管将空气进行预冷再经过SV制冷机液化，可提高制冷机的工作效率。
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