CN108953039B - 一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统 - Google Patents

一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统 Download PDF

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Abstract

一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，包括风力发电装置和水力发电装置，风力发电装置包括混凝土塔筒、风力发电机和设在混凝土塔筒上且用于驱动风力发电机的风轮；水力发电装置包括高位蓄水池、低位蓄水池、抽水设备和水力发电机，混凝土塔筒为中空结构，其内部封闭的容置腔体形成所述高位蓄水池。本发明巧妙的借助风力发电装置甚至可以高达数百米混凝土塔筒结构内腔作为蓄水池，将抽水蓄能高位蓄水池融入到混凝土塔筒中，利用高低位水池的落差建设抽水蓄能电站，在风况较好，风力发电富余时抽水蓄能；在用电紧缺或者风况较差时进行利用水力发电，有效解决风力发电的弃风现象，同时能够产生更大的效益，节约土地。

Description

一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统
技术领域
本发明涉及发电设备，尤其是一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统。
背景技术
目前，水力发电站的形式有如下几种：一是抽水蓄电站，将上游水库的水位势能输送到下游水库时水位所产生的动能经水力发电机转换成电能；二是有多数阶梯电站，也是有上下水库。风力发电目前都在直接并网发电，由于风力大小变化无常，带来所发的电能是无序劣质电能，风力发电具体应用具有很大的局限性。尽管上述二种都独立运行结构比较完善，但是不能与风能结合发电仍是可再生能源利用的一大遗憾。现有技术中有将风力发电设备与水力发电设备联合发电的，如中国专利公开号为102748195的一种风力水力混合发电装置，包括有上水库、低于上水库的下水库、联通上下水库之间的输水管及安装在输水管上的水力发电装置，在上水库的一侧设置有风力发电装置，风力发电装置发出的电通过输电线路输入给变频电动机，变频电动机带动抽水泵抽水，抽水泵的进水口通过输水管与下水库内的底部联通、出水口通过输水管与联通上下水库之间的输水管联通，变风力发电的无序劣质电源为电网用电高峰时需要的优质电源，变频电机适用于风力发电机或风力发电机组发出
波动电源，充分地利用了可再生能源中的风能，可优化电网结构，加大电网削峰填谷能力，有效降低运行总成本，适用于中小型水力发电站。该种风力水力发电设备虽然能够关联发电，但是二者融合度不高，也就是说从结构上看，风力发电设备与水力发电设备彼此相互独立，其存在的缺陷在于：水库占地面积大，占用大量的土地资源；风力发电机需要建设在水库附件，受到地域的限制，不利于风力发电设备有效利用风力资源；另外，在风力发电机的基础上，若需要建造蓄水池，则需要选择有地势高的地方，这样才能依靠水的重力推动水力发电，这样一来，蓄水池的建造同样受到地域的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，解决风力和水力联合发电设备建造受地域限制的问题，而且占用土地资源少。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，包括风力发电装置和水力发电装置，所述风力发电装置包括混凝土塔筒、风力发电机和设在混凝土塔筒上且用于驱动风力发电机的风轮；所述水力发电装置包括高位蓄水池、低位蓄水池、将低位蓄水池内的水抽到高位蓄水池中的抽水设备和水力发电机，高位蓄水池上设有引水管，引水管的出水端与水力发电机对应；所述混凝土塔筒为中空结构，其内部封闭的容置腔体形成所述高位蓄水池。本发明工作原理：晚上风力发电装置产生的富余电量提供给抽水泵，抽水泵将低位蓄水池内的水抽到高位蓄水池中，从而将富余电量蓄能起来，避免电量的浪费；当风力发电装置发电量不足或用电紧缺时，启动水力发电装置，高位蓄水池内的水通过导水管排出到水力发电机处并推动水力发电机发电，该部分发电可弥补风力发电装置的不足，经过能量交换的水重新汇集在低位蓄水池中，从而形成整个水循环。本发明巧妙的借助风力发电装置甚至可以高达数百米混凝土塔筒结构内腔作为蓄水池，将抽水蓄能高位蓄水池融入到混凝土塔筒中，利用高低位水池的落差建设抽水蓄能电站，在风况较好，风力发电富余时抽水蓄能；在用电紧缺或者风况较差时进行利用水力发电，有效解决风力发电的弃风现象，同时能够产生更大的效益，节约土地。
作为改进，所述风轮为H型或Φ型。
作为改进，所述塔筒的表面设有支撑平台，所述风力发电机设在支撑平台上。
作为改进，所述塔筒的底部设有混凝土基础，所述低位蓄水池环绕混凝土基础设置。
作为改进，所述低位蓄水池设在地面下或与大海连成一体。
作为改进，所述混凝土塔筒的内壁设有电梯井。
作为改进，风力水力联合发电设备还包括发电上网系统，所述风力发电机和水力发电机均通过发电上网系统将电能输送至电网。
作为改进，所述抽水设备与水力发电机融为一体。
本发明与现有技术相比所带来的有益想效果是：
本发明巧妙的借助风力发电装置的混凝土塔筒结构，相比其他风力发电机的钢筒，该混凝土塔筒强度更高，耐腐蚀，内部空间大，甚至可以高达百米，因此能够将高位蓄水池融入到混凝土塔筒中，有效解决高位蓄水池建造受地域限制的问题、占用土地资源的问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，包括风力发电装置和水力发电装置；风力发电装置为垂直轴风力发电装置，水力发电装置为蓄水储能发电装置。
如图1所示，所述风力发电装置包括混凝土塔筒1、风力发电机4和设在混凝土塔筒1上且用于驱动风力发电机4的风轮2。混凝土塔筒1呈圆柱形，其内部也设有圆柱形的空腔，所述混凝土塔筒1的内壁设有电梯井，该电梯井与塔筒1一体成型，电梯井内装设电梯，用于检修人员检修塔筒1上的设备；所述塔筒1的底部设有混凝土基础9，混凝土塔筒1的结构强度高，寿命长。所述风轮为H型或Φ型，风轮2与鼠笼连接，鼠笼套在塔筒1外，通过轴承绕塔筒1旋转。所述塔筒1的表面设有支撑平台5，所述风力发电机4设在支撑平台5上，因此风力发电机4的建造不受地理条件的影响。
如图1所示，所述水力发电装置包括高位蓄水池3、低位蓄水池8、将低位蓄水池8内的水抽到高位蓄水池3中的抽水泵（未标示）和水力发电机7，高位蓄水池3上设有引水管6，引水管6的出水端与水力发电机7对应。所述混凝土塔筒1为中空结构，其内部封闭的容置腔体形成所述高位蓄水池3，高位蓄水池3的容量由塔筒1内部空间决定，鉴于本发明塔筒1可以高达百米，所以其蓄水量巨大，能够满足蓄能的要求。高位蓄水池3高于低位蓄水池8，高位蓄水池3内的水在重力通过引水管6作用水力发电机7使其发电，满足一般蓄水发电的目的。本发明可以建造在陆地上或海上，当建造在陆地上时，低位蓄水池8设在地面下，并围绕混凝土基础9设置；当建造在海上时，低位蓄水池8与大海融为一体。本发明的水力发电机既可作为发电用，也可以作为抽水机用。
风力水力联合发电设备还包括发电上网系统，所述风力发电机4和水力发电机7均通过发电上网系统将电能输送至电网，所以风力发电装置与水力发电装置之间的融合度更高。
本发明工作原理：晚上风力发电装置产生的富余电量提供给抽水设备，水力发电机作为抽水设备将低位蓄水池8内的水抽到高位蓄水池3中，从而将富余电量蓄能起来，避免电量的浪费；当风力发电装置发电量不足或用电紧缺时，启动水力发电装置，高位蓄水池3内的水通过导水管排出到水力发电机7处并推动水力发电机7发电，该部分发电可弥补风力发电装置的不足，经过能量交换的水重新汇集在低位蓄水池8中，从而形成整个水循环。本发明巧妙的借助风力发电装置甚至可以高达数百米混凝土塔筒结构内腔作为蓄水池，将抽水蓄能高位蓄水池融入到混凝土塔筒中，利用高低位水池的落差建设抽水蓄能电站，在风况较好，风力发电富余时抽水蓄能；在用电紧缺或者风况较差时进行利用水力发电，有效解决风力发电的弃风现象，同时能够产生更大的效益。本发明混凝土塔筒1结构相比其他风力发电机4的钢筒，该混凝土塔筒1强度更高，耐腐蚀，内部空间大，甚至可以高达百米，因此能够将高位蓄水池3融入到混凝土塔筒1中，有效解决高位蓄水池3建造受地域限制的问题、占用土地资源的问题。

Claims (8)

1.一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，包括风力发电装置和水力发电装置，所述风力发电装置包括混凝土塔筒、风力发电机和设在混凝土塔筒上且用于驱动风力发电机的风轮；其特征在于：所述水力发电装置包括高位蓄水池、低位蓄水池、将低位蓄水池内的水抽到高位蓄水池中的抽水设备和水力发电机，高位蓄水池上设有引水管，引水管的出水端与水力发电机对应；所述混凝土塔筒为中空结构，其内部封闭的容置腔体形成所述高位蓄水池；风轮与鼠笼连接，鼠笼套在塔筒外，通过轴承绕塔筒旋转。
2.根据权利要求1所述的一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，其特征在于：所述风轮为H型或Φ型。
3.根据权利要求1所述的一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，其特征在于：所述塔筒的表面设有支撑平台，所述风力发电机设在支撑平台上。
4.根据权利要求1所述的一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，其特征在于：所述塔筒的底部设有混凝土基础，所述低位蓄水池环绕混凝土基础设置。
5.根据权利要求1所述的一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，其特征在于：所述低位蓄水池设在地面下或与大海连成一体。
6.根据权利要求1所述的一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，其特征在于：所述混凝土塔筒的内壁设有电梯井。
7.根据权利要求1所述的一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，其特征在于：风力水力联合发电设备还包括发电上网系统，所述风力发电机和水力发电机均通过发电上网系统将电能输送至电网。
8.根据权利要求1所述的一种一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统，其特征在于：所述抽水设备与水力发电机融为一体。
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