CN110486229A - 一种风光互补、自由活塞储能发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种风光互补、自由活塞储能发电系统，属于新能源发电领域。其包括：风光互补发电系统，自由活塞储能、发电系统，控制系统；风光互补发电系统包括：太阳能电池板组件、风力发电机组、变压器、用户、整流器；其中，风力发电机组与整流器通过供电线连接；太阳能电池板组件与风力发电机组通过供电线与变压器连接；变压器与用户通过供电线连接；自由活塞储能、发电系统包括：储气罐、直线电机、动子、连杆a、连杆b、气缸a、气缸b、活塞a、活塞b、管道等；本发明能够充分利用太阳能、风能等可再生能源，环保无污染，又能够节约能源。本发明应用自由活塞系统，取消了传统的曲轴连杆结构，可以提高能量的转换效率，且结构紧凑。

Description

一种风光互补、自由活塞储能发电系统
技术领域
本发明涉及一种风光互补、自由活塞储能发电系统，属于新能源发电领域。
背景技术
目前，人类活动所需要的能源大多数都是通过煤、石油、天然气等不可再生能源燃烧获得的。随着我国经济高速发展，对煤、石油、天然气等的需求量越来越大，这些燃料的燃烧不仅会产生大量的污染物，还会造成对资源的依赖性，为了解决可持续发展的问题，如何做到环保、节能、无污染，开始注重新能源的利用，其中最好的资源便是太阳能、风能，其可再生、清洁、无需运输。因此，为了减少化石燃料的燃烧，降低环境污染，节约能源等一系列问题，本发明提出一种风光互补、自由活塞储能发电系统。
发明内容
本发明为了解决化石燃料燃烧造成的环境污染及节约能源等问题提出了一种风光互补、自由活塞储能发电系统。
为了实现上述技术目标，本发明采用如下的技术解决方案：
一种风光互补、自由活塞储能发电系统。如图1所示，主要包括：风光互补发电系统，自由活塞储能、发电系统，控制系统。
风光互补发电系统主要包括：太阳能电池板组件(1)、风力发电机组(2)、变压器(4)、用户(5)、整流器(31)；其中，风力发电机组(2)与整流器(31)通过供电线连接；太阳能电池板组件(1)与风力发电机组(2)通过供电线与变压器(4)连接；变压器(4)与用户(5)通过供电线连接；
自由活塞储能、发电系统主要包括：储气罐(6)、直线电机(7)、动子(8)、连杆a(9)、连杆b(10)、气缸a(11)、气缸b(12)、活塞a(13)、活塞b(14)、管道a(27)、管道b(28)、管道c(29)、管道d(30)；其中，直线电机(7)通过供电线与太阳能电池板组件(1)、风力发电机组(2)连接；动子(8)与连杆a(9)、连杆b(10)固连；活塞a(13)与连杆a(9)固连；活塞b(14)与连杆b(10)固连；气缸a(11)固定在操作台上，活塞a(13)位于气缸a(11)内部；气缸b(12)固定在操作台上，活塞b(14)位于气缸b(12)内部；气缸a(11)通过管道c(29)与储气罐(6)连接，通过管道a(27)与外界环境连接；气缸b(12)通过管道d(30)与储气罐(6)连接，通过管道b(28)与外界环境连接；
控制系统主要包括：中央控制器(3)、温度传感器a(15)、温度传感器b(16)、温度传感器c(17)、压力传感器a(18)、压力传感器b(19)、压力传感器c(20)、电磁阀a(21)、电磁阀b(22)、电磁阀c(23)、电磁阀d(24)、电磁阀e(25)、电磁阀f(26)；其中温度传感器a(15)固定在气缸a(11)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；温度传感器b(16)固定在气缸b(12)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；温度传感器c(17)固定在储气罐(6)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；压力传感器a(18)固定在气缸a(11)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；压力传感器b(19)固定在气缸b(12)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；压力传感器c(20)固定在储气罐(6)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀a(21)固定在管道a(27)上靠近气缸a(11)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀b(22)固定在管道b(28)上靠近气缸b(12)并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀c(23)固定在管道c(29)上靠近气缸a(11)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀d(24)固定在管道d(30)上靠近气缸b(12)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀e(25)固定在管道c(29)上靠近储气罐(6)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀f(26)固定在管道d(30)上靠近储气罐(6)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；太阳能电池板组件(1)通过控制线与中央控制器(3)连接；风力发电机组(2)通过控制线与中央控制器(3)连接；变压器(4)通过控制线与中央控制器(3)连接。
一种风光互补、自由活塞储能发电系统，其特征在于：自由活塞储能、发电系统为既可以进行压缩空气储能，又可以进行膨胀发电，其工作状态为：
当直线电机(7)作为电动机时，通过太阳能电池板组件(1)及风力发电机组(2)供给电能推动直线电机(7)的动子(8)做往复运动，(有改动)动子(8)带动连杆a(9)、连杆b(10)及活塞a(13)活塞b(14)向左运动时，此过程中，电磁阀a(21)、处于关闭状态，电磁阀c(23)、电磁阀e(25)处于打开状态，左侧气缸中的压缩空气通过管道c(29)进入储气罐(6)中，此时，右侧气缸b(12)处于进气状态，电磁阀b(22)处于打开状态，外界环境中的空气通过管道b(28)进入气缸b(12)中，电磁阀d(24)、电磁阀f(26)处于关闭状态，温度传感器a(15)时刻监测气缸a(11)内温度，压力传感器a(18)时刻检测气缸a(11)内压力；当活塞a(13)运动到上止点时，动子(8)开始带动连杆a(9)、连杆b(10)及活塞a(13)活塞b(14)向右运动，此过程中，电磁阀b(22)处于关闭状态，电磁阀d(24)、电磁阀f(26)处于打开状态，右侧气缸中的压缩空气通过管道d(30)进入储气罐(6)中，此时，左侧气缸a(11)处于进气状态，电磁阀a(21)处于打开状态，外界环境中的空气通过管道a(27)进入气缸a(11)中，电磁阀c(23)、电磁阀e(25)处于关闭状态，温度传感器b(16)时刻监测气缸b(12)内温度，压力传感器b(19)时刻检测气缸b(12)内压力，当活塞b(14)运动到上止点时，动子(8)开始带动连杆a(9)、连杆b(10)及活塞a(13)活塞b(14)向左运动，如此往复运动将压缩空气储存在储气罐(6)中；温度传感器c(17)时刻检测储气罐(6)内温度，压力传感器c(20)时刻检测储气罐(6)内压力；
当直线电机作为发电机时,此过程中，电磁阀e(25)、电磁阀c(23)处于打开状态，电磁阀a(21)处于关闭状态，压缩空气通过管道c(29)进入气缸a(11)中膨胀做功，推动活塞a(13)带动动子(8)、活塞b(14)向右运动，此时，电磁阀b(22)处于打开状态，将气缸b(12)中的乏气排向外界环境，电磁阀d(24)、电磁阀f(26)处于关闭状态；当活塞a(13)运动到下止点时，电磁阀f(26)、电磁阀d(24)处于打开状态，电磁阀b(22)处于关闭状态，压缩空气通过管道d(30)进入气缸b(12)中膨胀做功，推动活塞b(14)带动动子(8)、活塞a(13)向左运动，此时，电磁阀a(21)处于打开状态，将气缸a(11)中的乏气排向外界环境，电磁阀c(23)、电磁阀e(25)处于关闭状态；如此往复运动，使得动子(8)切割直线电机(7)内的磁感线，产生感应电动势，输出电能通过变压器(4)供给用户(5)。
在白天时，当温度在-10℃-45℃(包含-10℃和45℃)及风速大于等于4m/s时，太阳能电池板组件(1)与风力发电机组(2)共同协作产生电能；当温度在-10℃以下及45℃以上时，太阳能电池板组件(1)停止工作；当风速小于4m/s时，风力发电机组(2)停止工作；产生的电能一半通过变压器(4)供给用户(5)用电，一半供给直线电机(7)压缩空气储能，当储气罐压力(6)达到20MPa及以上时，直线电机(7)停止工作；在夜晚时，当储气罐(6)内压力大于等于2MPa时，直线电机(7)作为发电机通过压缩空气膨胀做功产生电能供给用户(5)用电，风力发电机组(2)不工作；当储气罐(6)内压力低于2MPa时，且风速大于等于4m/s时，风力发电机组(2)开始工作，通过变压器(4)供给用户(5)电能，当风速；当储气罐(6)内压力低于2MPa时，且风速小于4m/s时，整套系统停止工作。
有益效果
1.本发明能够充分利用太阳能、风能等可再生能源，环保无污染，同时又能够节约能源，符合国家节能减排的政策，能够发挥更大的社会效益和经济效益。
2.本发明实现风光互补，既可以弥补在白天太阳光照不强时风能互补，又可以实现夜晚利用风能及自由活塞发电，提高了发电效率。
2.本发明应用自由活塞系统，取消了传统的曲轴连杆结构，可以提高能量的转换效率，同时，结构紧凑，节约占地面积。
附图说明
图1一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统整体结构图
其中，1—太阳能电池板组件、2—风力发电机组、3—中央控制器、4—变压器、5—用户、6—储气罐、7—直线电机、8—动子、9—连杆a、10—连杆b、11—气缸a、12—气缸b、13—活塞a、14—活塞b、15—温度传感器a、16—温度传感器b、17—温度传感器c、18—压力传感器a、19—压力传感器b、20—压力传感器c、21—电磁阀a、22—电磁阀b、23—电磁阀c、24—电磁阀d、25—电磁阀e、26—电磁阀f、27—管道a、28—管道b、29—管道c、30—管道d、31—整流器。
具体实施方式
结合附图对本申请进一步说明。
一种风光互补、自由活塞储能发电系统。如图1所示，主要包括：风光互补发电系统，自由活塞储能、发电系统，控制系统。
如图1所示，风光互补发电系统主要包括：太阳能电池板组件1、风力发电机组2、变压器4、用户5、整流器31；其中，风力发电机组2与整流器31通过供电线连接；太阳能电池板组件1与风力发电机组2通过供电线与变压器4连接；变压器4与用户5通过供电线连接；
如图1所示，自由活塞储能、发电系统主要包括：储气罐6、直线电机7、动子8、连杆a9、连杆b10、气缸a11、气缸b12、活塞a13、活塞b14、管道a27、管道b28、管道c29、管道d30；其中，直线电机7通过供电线与太阳能电池板组件1、风力发电机组2连接；动子8与连杆a9、连杆b10固连；活塞a13与连杆a9固连；活塞b14与连杆b10固连；气缸a11固定在操作台上，活塞a13位于气缸a11内部；气缸b12固定在操作台上，活塞b14位于气缸b12内部；气缸a11通过管道c29与储气罐6连接，通过管道a27与外界环境连接；气缸b12通过管道d30与储气罐6连接，通过管道b28与外界环境连接；
如图1所示，控制系统主要包括：中央控制器3、温度传感器a15、温度传感器b16、温度传感器c17、压力传感器a18、压力传感器b19、压力传感器c20、电磁阀a21、电磁阀b22、电磁阀c23、电磁阀d24、电磁阀e25、电磁阀f26；其中温度传感器a15固定在气缸a11上并通过控制线与中央控制器3连接；温度传感器b16固定在气缸b12上并通过控制线与中央控制器3连接；温度传感器c17固定在储气罐6上并通过控制线与中央控制器3连接；压力传感器a18固定在气缸a11上并通过控制线与中央控制器3连接；压力传感器b19固定在气缸b12上并通过控制线与中央控制器3连接；压力传感器c20固定在储气罐6上并通过控制线与中央控制器3连接；电磁阀a21固定在管道a27上靠近气缸a11处并通过控制线与中央控制器3连接；电磁阀b22固定在管道b28上靠近气缸b12并通过控制线与中央控制器3连接；电磁阀c23固定在管道c29上靠近气缸a11处并通过控制线与中央控制器3连接；电磁阀d24固定在管道d30上靠近气缸b12处并通过控制线与中央控制器3连接；电磁阀e25固定在管道c29上靠近储气罐6处并通过控制线与中央控制器3连接；电磁阀f26固定在管道d30上靠近储气罐6处并通过控制线与中央控制器3连接；太阳能电池板组件1通过控制线与中央控制器3连接；风力发电机组2通过控制线与中央控制器3连接；变压器4通过控制线与中央控制器3连接。
种风光互补、自由活塞储能发电系统，其特征在于：自由活塞储能、发电系统为既可以进行压缩空气储能，又可以进行膨胀发电，其工作状态为：
当直线电机7作为电动机时，通过太阳能电池板组件1及风力发电机组2供给电能推动直线电机7的动子8做往复运动，动子8带动连杆a9、连杆b10及活塞a13活塞b14向左运动时，此过程中，电磁阀a21、处于关闭状态，电磁阀c23、电磁阀e25处于打开状态，左侧气缸中的压缩空气通过管道c29进入储气罐6中，此时，右侧气缸b12处于进气状态，电磁阀b22处于打开状态，外界环境中的空气通过管道b28进入气缸b12中，电磁阀d24、电磁阀f26处于关闭状态，温度传感器a15时刻监测气缸a11内温度，压力传感器a18时刻检测气缸a11内压力；当活塞a13运动到上止点时，动子8开始带动连杆a9、连杆b10及活塞a13活塞b14向右运动，此过程中，电磁阀b22处于关闭状态，电磁阀d24、电磁阀f26处于打开状态，右侧气缸中的压缩空气通过管道d30进入储气罐6中，此时，左侧气缸a11处于进气状态，电磁阀a21处于打开状态，外界环境中的空气通过管道a27进入气缸a11中，电磁阀c23、电磁阀e25处于关闭状态，温度传感器b(16)时刻监测气缸b12内温度，压力传感器b19时刻检测气缸b12内压力，当活塞b14运动到上止点时，动子8开始带动连杆a9、连杆b10及活塞a13活塞b14向左运动，如此往复运动将压缩空气储存在储气罐6中；温度传感器c17时刻检测储气罐6内温度，压力传感器c20时刻检测储气罐6内压力；
当直线电机作为发电机时,此过程中，电磁阀e25、电磁阀c23处于打开状态，电磁阀a21处于关闭状态，压缩空气通过管道c29进入气缸a11中膨胀做功，推动活塞a13带动动子8、活塞b14向右运动，此时，电磁阀b22处于打开状态，将气缸b12中的乏气排向外界环境，电磁阀d24、电磁阀f26处于关闭状态；当活塞a13运动到下止点时，电磁阀f26、电磁阀d24处于打开状态，电磁阀b22处于关闭状态，压缩空气通过管道d30进入气缸b12中膨胀做功，推动活塞b14带动动子8、活塞a13向左运动，此时，电磁阀a21处于打开状态，将气缸a11中的乏气排向外界环境，电磁阀c23、电磁阀e25处于关闭状态；如此往复运动，使得动子8切割直线电机7内的磁感线，产生感应电动势，输出电能通过变压器4供给用户5。
所述的一种风光互补、自由活塞储能发电系统，其特征在于：在白天时，当温度在-10℃-45℃包含-10℃和45℃及风速大于等于4m/s时，太阳能电池板组件1与风力发电机组2共同协作产生电能；当温度在-10℃以下及45℃以上时，太阳能电池板组件1停止工作；当风速小于4m/s时，风力发电机组2停止工作；产生的电能一半通过变压器4供给用户5用电，一半供给直线电机7压缩空气储能，当用户5需求过大时，中央控制器3会根据需要及时调整供电比例，当储气罐压力6达到20MPa及以上时，直线电机7停止工作；在夜晚时，当储气罐6内压力大于等于2MPa时，直线电机7作为发电机通过压缩空气膨胀做功产生电能供给用户5用电，风力发电机组2不工作；当储气罐6内压力低于2MPa时，且风速大于等于4m/s时，风力发电机组2开始工作，通过变压器4供给用户5电能，当风速；当储气罐6内压力低于2MPa时，且风速小于4m/s时，整套系统停止工作。

Claims (3)

1.一种风光互补、自由活塞储能发电系统，其特征在于，包括：风光互补发电系统，自由活塞储能、发电系统，控制系统；
风光互补发电系统包括：太阳能电池板组件(1)、风力发电机组(2)、变压器(4)、用户(5)、整流器(31)；其中，风力发电机组(2)与整流器(31)通过供电线连接；太阳能电池板组件(1)与风力发电机组(2)通过供电线与变压器(4)连接；变压器(4)与用户(5)通过供电线连接；
自由活塞储能、发电系统包括：储气罐(6)、直线电机(7)、动子(8)、连杆a(9)、连杆b(10)、气缸a(11)、气缸b(12)、活塞a(13)、活塞b(14)、管道a(27)、管道b(28)、管道c(29)、管道d(30)；其中，直线电机(7)通过供电线与太阳能电池板组件(1)、风力发电机组(2)连接；动子(8)与连杆a(9)、连杆b(10)固连；活塞a(13)与连杆a(9)固连；活塞b(14)与连杆b(10)固连；气缸a(11)固定在操作台上，活塞a(13)位于气缸a(11)内部；气缸b(12)固定在操作台上，活塞b(14)位于气缸b(12)内部；气缸a(11)通过管道c(29)与储气罐(6)连接，通过管道a(27)与外界环境连接；气缸b(12)通过管道d(30)与储气罐(6)连接，通过管道b(28)与外界环境连接；
控制系统包括：中央控制器(3)、温度传感器a(15)、温度传感器b(16)、温度传感器c(17)、压力传感器a(18)、压力传感器b(19)、压力传感器c(20)、电磁阀a(21)、电磁阀b(22)、电磁阀c(23)、电磁阀d(24)、电磁阀e(25)、电磁阀f(26)；其中温度传感器a(15)固定在气缸a(11)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；温度传感器b(16)固定在气缸b(12)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；温度传感器c(17)固定在储气罐(6)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；压力传感器a(18)固定在气缸a(11)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；压力传感器b(19)固定在气缸b(12)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；压力传感器c(20)固定在储气罐(6)上并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀a(21)固定在管道a(27)上靠近气缸a(11)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀b(22)固定在管道b(28)上靠近气缸b(12)并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀c(23)固定在管道c(29)上靠近气缸a(11)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀d(24)固定在管道d(30)上靠近气缸b(12)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀e(25)固定在管道c(29)上靠近储气罐(6)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；电磁阀f(26)固定在管道d(30)上靠近储气罐(6)处并通过控制线与中央控制器(3)连接；太阳能电池板组件(1)通过控制线与中央控制器(3)连接；风力发电机组(2)通过控制线与中央控制器(3)连接；变压器(4)通过控制线与中央控制器(3)连接。
2.应用如权利要求1所述的一种风光互补、自由活塞储能发电系统，其特征在于，其工作状态为：
当直线电机(7)作为电动机时，通过太阳能电池板组件(1)及风力发电机组(2)供给电能推动直线电机(7)的动子(8)做往复运动，动子(8)带动连杆a(9)、连杆b(10)及活塞a(13)活塞b(14)向左运动时，此过程中，电磁阀a(21)、处于关闭状态，电磁阀c(23)、电磁阀e(25)处于打开状态，左侧气缸中的压缩空气通过管道c(29)进入储气罐(6)中，此时，右侧气缸b(12)处于进气状态，电磁阀b(22)处于打开状态，外界环境中的空气通过管道b(28)进入气缸b(12)中，电磁阀d(24)、电磁阀f(26)处于关闭状态，温度传感器a(15)时刻监测气缸a(11)内温度，压力传感器a(18)时刻检测气缸a(11)内压力；当活塞a(13)运动到上止点时，动子(8)开始带动连杆a(9)、连杆b(10)及活塞a(13)活塞b(14)向右运动，此过程中，电磁阀b(22)处于关闭状态，电磁阀d(24)、电磁阀f(26)处于打开状态，右侧气缸中的压缩空气通过管道d(30)进入储气罐(6)中，此时，左侧气缸a(11)处于进气状态，电磁阀a(21)处于打开状态，外界环境中的空气通过管道a(27)进入气缸a(11)中，电磁阀c(23)、电磁阀e(25)处于关闭状态，温度传感器b(16)时刻监测气缸b(12)内温度，压力传感器b(19)时刻检测气缸b(12)内压力，当活塞b(14)运动到上止点时，动子(8)开始带动连杆a(9)、连杆b(10)及活塞a(13)活塞b(14)向左运动，如此往复运动将压缩空气储存在储气罐(6)中；温度传感器c(17)时刻检测储气罐(6)内温度，压力传感器c(20)时刻检测储气罐(6)内压力；
当直线电机作为发电机时,此过程中，电磁阀e(25)、电磁阀c(23)处于打开状态，电磁阀a(21)处于关闭状态，压缩空气通过管道c(29)进入气缸a(11)中膨胀做功，推动活塞a(13)带动动子(8)、活塞b(14)向右运动，此时，电磁阀b(22)处于打开状态，将气缸b(12)中的乏气排向外界环境，电磁阀d(24)、电磁阀f(26)处于关闭状态；当活塞a(13)运动到下止点时，电磁阀f(26)、电磁阀d(24)处于打开状态，电磁阀b(22)处于关闭状态，压缩空气通过管道d(30)进入气缸b(12)中膨胀做功，推动活塞b(14)带动动子(8)、活塞a(13)向左运动，此时，电磁阀a(21)处于打开状态，将气缸a(11)中的乏气排向外界环境，电磁阀c(23)、电磁阀e(25)处于关闭状态；如此往复运动，使得动子(8)切割直线电机(7)内的磁感线，产生感应电动势，输出电能通过变压器(4)供给用户(5)。
3.应用如权利要求1或2所述的一种风光互补、自由活塞储能发电系统，其特征在于：在白天时，当温度在-10℃-45℃且包含-10℃和45℃，及风速大于等于4m/s时，太阳能电池板组件(1)与风力发电机组(2)共同协作产生电能；当温度在-10℃以下及45℃以上时，太阳能电池板组件(1)停止工作；当风速小于4m/s时，风力发电机组(2)停止工作；产生的电能一半通过变压器(4)供给用户(5)用电，一半供给直线电机(7)压缩空气储能，当储气罐压力(6)达到20MPa及以上时，直线电机(7)停止工作；在夜晚时，当储气罐(6)内压力大于等于2MPa时，直线电机(7)作为发电机通过压缩空气膨胀做功产生电能供给用户(5)用电，风力发电机组(2)不工作；当储气罐(6)内压力低于2MPa时，且风速大于等于4m/s时，风力发电机组(2)开始工作，通过变压器(4)供给用户(5)电能，当风速；当储气罐(6)内压力低于2MPa时，且风速小于4m/s时，整套系统停止工作。
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