CN110985299B - 一种垂直轴风力水力叠加动力发电机 - Google Patents
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Abstract
一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，包括风力发电装置和水力辅助发电装置，所述风力发电装置包括混凝土塔筒、套在混凝土塔筒外的转轴、风力发电机和设在转轴上且用于驱动风力发电机的风轮；所述水力辅助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轮机；所述混凝土塔筒为中空结构，其内部的容置腔体形成所述高位蓄水池；所述水轮机包括若干分布在转轴外围的水轮片，所述水轮片与风力发电机转轴连接，高位蓄水池引出连接到水轮机的出水管。利用高低位水池的落差产生的动能，直接驱动水轮片，补足风力发电机所需的动力，使垂直轴风力发电机实现了随时发电上网的良好效果。
Description
技术领域
本发明涉及发电设备，尤其是一种垂直轴风力水力叠加动力发电机。
背景技术
目前采用并网发电的大型垂直轴风力发电机还存在启动风速要求高、启动困难等问题，而这些难题都是由于自然界风能存在高低温差等原因所产生的不稳定性所引起的。在低风速时，大型的垂直轴风力发电机难以启动，或者根本无法启动，导致发电机低风速产生的资源浪费；在正常风速时，大型的垂直轴风力发电机虽然能够启动并工作，但是发电机的发电效率不高，往往是没有达到良好的状态；在超大风时，发电机的转速明显加快，甚至超过了发电机本身的额定功率，这时候的发电机处于危险状态，发电机部件有可能会被损坏，而超高的功率输出同时也存在一定的危险。另外，因为自然风会无时无刻的存在小风、低风速或者高风速，导致发电机的发电功率极其不稳定，风能利用率低，发电效率不佳，经济性差等。
我国目前的供电系统是变电站将发电设备发出来的电供应到各个片区的配电站，再由配电站向该区域的居民和工厂供电，对于偏远的地区来说，这种并网供电的方式存在造价成本高，维修难等诸多问题，因此造成偏远地区供电难的问题，目前也是各级政府亟须解决的问题，离网发电无疑是决绝该问题的最好的途径，而如何利用风力发电解决该问题成为了人们研发的方向。
无论是并网还是离网的风力发电，在白天，人们的生产活动用电需求比较大，变电站的供电十分紧张，有时候甚至需要实行区域分开用电来解决用电紧缺的问题；而到了夜晚，人们的生产活动用电需求比较小，此时变电站的供电是富余，这些富余的电能无法投入到人们的生产生活中而最后导致浪费，如何将该部分浪费的电能再利用也是更好解决风力发电机并网或离网发电存在的其他问题。
为解决目前风力发电机的缺陷和不足，出现水力发电和风力发电的结合体，如中国专利公开号为102400858一种垂直轴风力发电机储能发电系统及方法，包括储能系统和发电系统，储能系统包括高压气体发生装置、蓄水装置和水轮机，高压气体发生装置包括至少一个密闭的高压储气罐和与其配合的空气压缩机，蓄水装置包括至少一个密闭的水箱；空气压缩机通过进气管道与高压储气罐连通，高压储气罐通过出气管道与水箱连通；水箱通过出水管道与水轮机进水口连接，水轮机的叶轮与所述外转子发电机的转子下端连接；所述发电系统通过电缆向所述空气压缩机供电。该储能发电系统在晚上电量富余情况下将电能转换为高压气能进行储能，在风力发电机不能达最佳发电状态或无法启动时，启动高压气管，进而将水箱内的水压入水轮机，从而推动叶轮旋转，推动叶片；该种储能发电系统需要增加空气压缩机和高压气罐，不仅建造成本高，而且高压气罐占地面积大，并存在一定风险，高压气体需通过作用水流推叶轮作用，其能量损失较大，能量转化率不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，建造成本较低，土地占用资源小，能量转化率高。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，包括风力发电装置和水力辅助发电装置，所述风力发电装置包括混凝土塔筒、套在混凝土塔筒外的转轴、风力发电机和设在转轴上且用于驱动风力发电机的风轮；所述水力辅助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轮机；所述混凝土塔筒为中空结构，其内部的容置腔体形成所述高位蓄水池；所述水轮机包括若干分布在转轴外围的水轮片，所述水轮片与转轴连接，高位蓄水池的出水管连接到水轮机。本发明工作原理：晚上电量富余时，抽水设备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；在垂直轴风力发电机遇到低风速不能发电时，通过水力动力发电装置的作用补足动力，使风力发电机能满足发电上网所需的动力；在风力发电机无法达到启动条件下，通过水力可以辅助启动。这样有效的将一部分风力和一部分辅助水力叠加，通过补充水力所产生的动力使垂直轴风力发电机实现了随时发电上网的良好效果，有效的避免了低电压穿越的副作用，使电网更加安全；同时有效利用极低风速所产生的能量，用水力补足风力，风力和水力两动力叠加作用使极低风速条件下进行发电，使风力发电中微风发电不间断发电成功实现，将风力发电的效率大幅提高。本发明巧妙的借助垂直轴风力发电机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产生的动能，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，所述转轴为钢筒转轴或鼠笼转轴。
作为改进，所述混凝土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，所述混凝土基础上设有用于遮盖风力发电机的遮盖体，所述水轮机设在遮盖体的顶。
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，所述出水管从高位蓄水池的底部引出。
作为改进，所述水轮机还包括环形的水槽，所述水轮片设在水槽内，水轮片的上端通过法兰与转轴连接。
作为改进，所述水槽引出连接到低位蓄水池的排水管。
作为改进，所述转轴外套有主齿轮，所述风力发电机的输出轴设有从齿轮，主齿轮与从齿轮啮合。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
本发明巧妙的借助垂直轴风力发电机的混凝土塔筒结构，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，减少土地占用面积；利用高低位水池的落差产生的动能，直接驱动水轮片，补足风力发电机所需的动力，使垂直轴风力发电机实现了随时发电上网的良好效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为水轮机结构示意图。
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。
一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，包括风力发电装置和水力辅助发电装置。
如图1所示，所述风力发电装置包括混凝土塔筒8、套在混凝土塔筒8的转轴9、风力发电机5和设在转轴9上且用于驱动风力发电机的风轮10。混凝土塔筒8呈圆柱形，其内部也设有圆柱形的空腔，所述混凝土塔筒8的内壁设有电梯井，该电梯井与塔筒8一体成型，电梯井内装设电梯，用于检修人员检修塔筒8上的设备；所述塔筒81的底部设有混凝土基础1，混凝土塔筒8的结构强度高，寿命长。所述风轮10为H型或Φ型，所述转轴9为钢筒转轴或鼠笼转轴，风轮10与转轴9连接，所述转轴9外套有主齿轮，所述风力发电机5的输出轴设有从齿轮，主齿轮与从齿轮啮合，风轮10带动转轴9旋转，进而带动风力发电机5发电。所述混凝土基础1上设有用于遮盖风力发电机的遮盖体11，遮盖体11形成机房，用于保护风力发电机5及其发电设备；遮盖体11的顶部为面片形成安装平台，所述水力辅助发电装置设在遮盖体11的顶部。
如图1所示，所述水力辅助发电装置包括高位蓄水池7、低位蓄水池2、将低位蓄水池2内的水抽到高位蓄水池7中的抽水设备和水轮机4。所述混凝土塔筒8为中空结构，其内部封闭的容置腔体形成所述高位蓄水池7，高位蓄水池7的容量由塔筒8内部空间决定，鉴于本发明塔筒8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7高于低位蓄水池2，高位蓄水池7内的水在重力通过出水管作用水轮机4带动转轴9，起到补足动力的作用。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2设在地面下，并围绕混凝土基础1设置；当建造在海上时，低位蓄水池2与大海融为一体。如图2所示，所述水轮机4包括若干分布在转轴9外围的水轮片42和环形的水槽41，所述水槽41围绕转轴9设置，水槽41的底部通过支撑杆与遮盖体11的顶部连接，所述水轮片42设在水槽41内，水轮片42的上端通过法兰43与转轴9连接，转轴9可以带动水轮片42在水槽41内转动。所述出水管6从高位蓄水池7的底部引出，出水管6的出水端伸入水槽41内并对准水轮片42，由于高位蓄水池7的水位高于水轮机4，开打阀门后，在压差下高位蓄水池7的水能够形成动力并冲击水轮片42。所述水槽41引出连接到低位蓄水池2的排水管3，排水管3沿遮盖体11顺下至低位蓄水池2，将对水槽41内水轮片42做功的水重新回流到低位蓄水池2中，这样一来，高位蓄水池7、低位蓄水池2、出水管6和排水管3形成水循环系统。
本发明工作原理：晚上电量富余时，抽水设备将低位蓄水池2内的水抽到高位蓄水池7中，从而将富余电量蓄能起来，避免电量的浪费；在垂直轴风力发电机遇到低风速不能发电时，通过水力辅助发电装置的作用补足动力，使风力发电机能满足发电上网所需的动力；在风力发电机无法达到启动条件下，通过水力可以辅助启动。这样有效的将一部分风力和一部分辅助水力叠加，通过补充水力所产生的动力使垂直轴风力发电机实现了随时发电上网的良好效果，有效的避免了低电压穿越的副作用，使电网更加安全；同时有效利用极低风速所产生的能量，用水力补足风力，风力和水力两动力叠加作用使极低风速条件下进行发电，使风力发电中微风发电不间断发电成功实现，将风力发电的效率大幅提高。
本发明巧妙的借助垂直轴风力发电机的混凝土塔筒8结构，相比其他风力发电机的钢筒，该混凝土塔筒8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7融入到混凝土塔筒8中，减少土地占用面积；利用高低位水池的落差产生的动能，直接驱动水轮片42，补足风力发电机所需的动力，使垂直轴风力发电机实现了随时发电上网的良好效果。
Claims (8)
1.一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，包括风力发电装置和水力辅助发电装置，所述风力发电装置包括混凝土塔筒、套在混凝土塔筒外的转轴、风力发电机和设在转轴上且用于驱动风力发电机的风轮；其特征在于：所述水力辅助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轮机；所述混凝土塔筒为中空结构，其内部的容置腔体形成所述高位蓄水池；所述水轮机包括若干分布在转轴外围的水轮片，所述水轮片与转轴连接，高位蓄水池的出水管连接到水轮机；所述转轴为钢筒转轴或鼠笼转轴；所述水轮机还包括环形的水槽，所述水轮片设在水槽内，水轮片的上端通过法兰与转轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，其特征在于：所述风轮为H型或Φ型。
3.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，其特征在于：所述混凝土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。
4.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，其特征在于：所述混凝土基础上设有用于遮盖风力发电机的遮盖体，所述水轮机设在遮盖体的顶部。
5.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，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所述的一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，其特征在于：所述出水管从高位蓄水池的底部引出。
7.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，其特征在于：所述水槽引出连接到低位蓄水池的排水管。
8.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力水力叠加动力发电机，其特征在于：所述转轴外套有主齿轮，所述风力发电机的输出轴设有从齿轮，主齿轮与从齿轮啮合。
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| GR01 | Patent grant | ||
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