CN1085989A - 输出多种能量的风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种可以输出多种能量的风力发电装置，是在数 控风力发电装置的基础上，增添可逆透平及其相应设 备作为功率平衡的辅助装置构成的。可在风力强弱 变化时，利用贮能气罐和可逆透平的调节作用，在微 型计算机的统一控制下，使风能发电获得尽可能均衡 的电力输出，同时，又可提供生活或工业应用的低品 位热能和浅冷冷源，使风力资源获得综合利用和大大 提高其利用率。

Description

本发明涉及一种可再生能源的综合利用装置，确切地说，涉及一种可输出多种能量的风力发电装置。
随着人类社会的发展和科学技术的推进，人们的物质生活水平也以越来越快的速度不断提高，而随着人们物质生活水平的提高，能源的消耗也逐年增长，使能源资源日趋紧张。通常人们习惯使用以煤炭、石油、天然气等燃料作为一次能源，由于大量使用这种燃料，在其为人类作功发挥效能的同时，也悄悄带来一种严重的自然危机：它把大量废热和有害有毒气体、物质向自然环境中排泄，表现之一是大气中多少世纪以来始终保持平衡的二氧化碳含量在逐年增多。这种平衡是维持自然生存繁荣的必需条件之一，如果任其按目前的趋势发展下去，将在二十一世纪产生温室效应，其后果将严重危及人类正常生活。为此，联合国在今年6月召集世界各国首脑举行“环境发展大会”，呼吁尽快改善人类赖以生存的环境。况且，上述矿物燃料资源也日趋枯竭，迫使人们孜孜不倦地开发新的能源。太阳能、地热、水力、潮汐、风力等可以在地球环境中周而复始地从自然现象中获得的可再生能源日益引起人们的重视和开发利用。其中风力资源也是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，又没有污染。
据测算，每使用1千瓦小时风力发电，就相当于向大气中少排放1公斤二氧化碳。欧共体已要求到2030年，风力发电的能量要占到欧共体国家总发电能力的10%，以便使2000年大气中二氧化碳的含量仍保持在1990年的水平。然而，目前使用的风能利用装置，其功能都是单一的，或者只用于发电，或者只输出动力，使风能的利用率太低。
本发明的目的是提供一种可以输出多种能量的风力发电装置，使风能进入综合应用而大大提高其利用率。
本发明是在单一风力发电装置的基础上增加一套功率平衡的辅助装置而实现的。本发明的机械结构示意图如图1所示：它包括有风翼1、可逆透平3、发电机5和换热器6、贮能气罐7，其特征在于：架设在塔架上的风翼1其转轴驱动可逆透平3旋转，并由透平转轴经联轴器4带动数控全速稀土同步电机5的转子旋转，该发电机的馈电输出经自偶调压器9和逆变电源10输入电网，由微型计算机11通过其接口对发电机5、逆变电源10进行数字控制;可逆透平3的高压出口顺序接有热交换器6和贮能压缩气罐7，压缩气罐7的出口接有可逆透平3的涡轮膨胀器和普通蛇形管或翅片换热器8。
本发明是数控风力发电装置（申请号：CN92227131.2已审查合格）的专利改进装置。我们知道，风力资源的最大特点是输出功率不恒定，要随风力大小的变化而发生相应的改变。本发明就是在数控风力发电装置的基础上再增添可逆透平及相应设备作为功率平衡的辅助转换装置，以使风能发电获得尽可能均衡的输出电力，同时，又提供多种不同能量：即生活或工业应用的低品位热能和冷源，使风力资源获得综合利用和大大提高其利用率。
本发明的工作原理是：风翼1的旋转，经其转轴2驱动可逆透平3旋转，当风力较强劲时，可逆透平3作为压缩机状态（贮能状态）工作，这时有高速气流进入可逆透平内被其压缩成高压空气，透平3转轴经联轴器4带动数控全速稀土同步电机5的转子5A旋转，在转子5A的外缘固装有用稀土永磁体做的多个磁极，这些磁极的旋转在发电机5的定子5C里产生多个旋转磁场，旋转磁场与定子线圈5B发生切割磁力线作用，使得定子线圈5B获得电动势，这些电动势被引出成为电流馈入调压器9，调压器9把输出电压升到220伏或380伏后，再经由微机11控制的脉宽调制型逆变电源10中逆变成交流电后馈入电网或直接输给负载眨b是本发明中电能的产生过程。调压器9的作用是把因风力强弱变化而引起发电机转子转速的变化所带来的输出电压不均衡进行自偶调节，尽量保持恒定的电压输出。与此同时，被压缩的高压空气从可逆透平3的高压出口处输出，经换热器6冷却后输入贮能压缩空气罐7里。由换热器6中获得的热能可以作为生活用的低品位热能，例如用作洗涤、洗澡的热水等。贮能压缩空气罐可以采用金属结构，也可以采用混凝土结构建立在地下。如果能利用封闭的自然洞穴，则可以贮存相当大的压缩空气能量。
当风力不足时，本发明的可逆透平3作为透平膨胀机状态（补能状态）工作。这时，除了风力吹动透平叶轮转动外，还从贮能气罐7中输入具有一定压力的工作介质-压缩空气，经过透平3对膨胀涡轮做功，提高透平轴的转速，从而也提高发电机5的转子转速，尽量维持其输出电压的均衡。从透平3低压出口排出的工作介质经致冷换热器8后排入大气或低压贮槽里。致冷换热器8可以采用普通蛇形管或翅片换热器，从致冷换热器8所获得的冷量可以作为空调冷源或工业用的浅冷冷源。由于本发明采用风力-高速空气流作为工作介质，贮气罐里是压缩空气，把它排入大气，不用担心对环境的污染和支付环境治理的开支，也不存在工作介质的费用开销问题，有利于降低风力发电的成本。
本发明的可逆透平装有一组可以调节的喷嘴，用于对涡轮膨胀器工作状态的控制。该喷嘴也是由对发电机5、可控逆变电源10进行数字控制的微型计算机11进行协调控制的，它可以调节从贮气罐7喷入涡轮膨胀器的气流大小和快慢。
本发明的发电机为数控稀土全速同步电机（专利申请号CN91101413.6），其定子结构与普通鼠笼异步交流电机相同，由定子5C和定子线圈5B构成，转子5A则用具有良好导磁性能和刚性高的钢材制成实心圆柱体，里面封闭装有多个填满稀土永磁体的槽孔-磁极。该电机可以在从低速到超高速范围的任何一个状态下平衡转动，达到全速动平衡，这一点尤其适合作风力发电机配套使用，还可省却变速器装置。采用此种机型为发电机可以使整个装置的机电结构达到最简化，又辅以计算机的数控技术，对发电机、逆变电源、贮能气罐压缩空气的排放和可逆透平中喷嘴工作状态的控制及电能的产生、输出进行调节，实现工况优化。对此，“数控风力发电装置”专利申请中叙述比较详尽，此处不再赘述。
本发明的各个组成部分均有定型商品可供选用。可逆透平可选用航空航天部609所生产的透平膨胀机系列定型产品。发电机及其配套设备，可以选用美国ME公司的系列定型产品，国内也在研制数控全速稀土同步电机，逆变电源则有日本富士公司的G7系列逆变器，本发明可直接采用之。换热器可选用空调用的换热器等。总之，本发明不仅较好地解决了风力不均衡引起风力发电机输出不稳定的矛盾，同时还能利用可逆透平中涡轮膨胀机/压缩机而取得低品位热源和浅冷冷源，获得多种能量的输出，提高了风能综合利用效率。
利用本发明的工作机理，把可逆透平改为可逆泵，工作介质由空气流改为水，贮能器也相应改为贮水耐压容器，再增加两个双向切换的电磁阀，用以控制水的流向以及工作于贮能还是输出能量的不同状态，可以制造一个其输出电压比较稳定的水力发电机组。这种可逆双向泵，美国WIER公司有系列定型产品，国内也已经研制成功，即将投入试生产。

Claims (2)

1、一种可输出多种能量的风力发电装置，包括有风翼1、可逆透平3、发电机5和换热器6、贮能气罐7，其特征在于：架设在塔架上的风翼1其转轴驱动可逆透平3旋转，并由透平转轴经联轴器4带动数控全速稀土同步电机5的转子旋转，该发电机的馈电输出经自偶调压器9和逆变电源10输入电网，由微型计算机11通过其接口对发电机5、逆变电源10进行数字控制；可逆透平3的高压出口顺序接有热交换器6和贮能压缩气罐7，压缩气罐7的出口接有可逆透平3的涡轮膨胀器和普通蛇形管或翅片换热器8。
2、如权利要求1所述的可输出多种能量的风力发电装置，其特征在于：涡轮膨胀器的喷嘴是由微型计算机对其喷出的气流大小、快慢进行数控的。
CN 92111314 1992-10-19 1992-10-19 输出多种能量的风力发电装置 Pending CN1085989A (zh)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1050174C (zh) * 1994-08-23 2000-03-08 北京市西城区新开通用试验厂 一种数控利用风能的抽油与注水联合装置
CN108730118A (zh) * 2017-09-15 2018-11-02 郭宏鹏 风力发电的平整和补功装置

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C01 Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication