CN111156056A - 一种高效风能蓄能发电系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效能风能蓄能发电系统及其控制方法，主要有蓄能发电站和高空风能发电站组成，由立式顶部相通巨型双风管、蓄能系统、涡轮发电机组成蓄能发电站；在夜间电网对蓄能系统充能，白天蓄能系统对一风管加热，而对另一风管冷却，使在下部均开有风口的风管内产生高速气流，从热风管口吸入外界空气，而冷风管风口排出冷气流，驱动设在每只风口上的涡轮发电机发电。建在海岛或风管较高时可在顶部建高空风电站，其新设计可使装置总重和成本下降。由于蓄能系统能产生冷凝淡水，即使是无淡水的海岛可建此电站。此外，进风口上方设置空气净化系统，在空气质量很差时，从风口排出的是净化空气，造福一方。

Description

一种高效风能蓄能发电系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及高效风能蓄能发电站的技术领域，特别是，涉及由高空风能发电站和蓄能发电系统所组成的一种高效风能蓄能发电系统及其控制方法。此外，在开发高效风能蓄能发电系统的基础上，同时开发空气净化系统、淡水收集系统，以此摊薄投资成本。

背景技术

面对能源短缺和能源结构不佳，我国大力开发了水电、核电、光电和风电，这是些方向对但投资巨大的项目，而核电技术的应用也存在一定的隐患。

为提高电网效率，许多地区建设了抽水蓄能发电站，它对电网“削峰填谷”起到一定作用，但其电能回收效率较低，而且建设地点有所限止，一般在山区丰水地方较适宜。

面对全球气候变暖、人口增加所产生的问题，其危害性是人所共知的。減少能源消耗，大力而且高效利用可再生能源替代一次性能源消耗是人类走出诸多困境的重大举措。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中一个目的是提供一种高效风能蓄能发电系统，它可以建造在任何需要的用电地区，甚至缺电无淡水资源地区或海岛，以综合开发思路和采用一些行之有效的技术措施，以期电站为主的多项功能开发来摊薄投资成本和长期运行的高节能效果，达到较高的整体经济效益。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高效风能蓄能发电系统，包括，风管组件，包括耸立的热风管和耸立的冷风管；蓄冷系统，包括溴化锂制冷机、冷却器、冷媒水泵、冷媒水箱、冷媒水管、回水管、自动排气阀；蓄热系统，包括电热锅炉、电控阀、闪发蒸发器、加热器、注水泵、凝水箱、凝水管，所述加热器设于所述热风管的下方；蓄能发电组件，由多个涡轮发电机组成；淡水系统，包括冷却器、淡水收集件，淡水箱；高空风电系统，包括风向舵、吊杆轴、承重平台和双叶轮发电机组；空气净化系统，包括喷淋管、喷水箱、喷水泵和设于所述热风管的上方的挡风棚；其中，所述热风管和所述冷风管顶部相连通，所述热风管外侧向上的弯头上开有朝上的进风口，所述每只进风口处安装所述涡轮发电机；所述进风口吸入外界空气驱动其上涡轮发电机，所述冷风管底部设有排风口，所述冷风管底部开有多个排风口，每只排风口上装有涡轮发电机，所述热风管内下方装有加热器，在所述冷风管上部装有所述冷却器，当所述蓄热系统对所述热风管内空气加热，所述蓄冷系统对所述冷风管内空气冷却，产生的双烟囱效应在顶部联通的所述热风管和所述冷风管内形成强劲的定向气流，并从所述热风管的进风口吸入外界空气，从所述冷风管的排风口排出冷气流，安装在所述进风口和所述排风口上的涡轮发电机受快速气流的驱动而发电。

作为本发明所述高效风能蓄能发电系统的一种优选方案，其中：当陆地上建造的所述高峰能蓄能发电系统的建筑高度很高或所述高风能蓄能发电系统建在海岛，应建造高空风能发电系统。

作为本发明所述高效风能蓄能发电系统的一种优选方案，其中：还包括淡水收集系统，所述淡水收集系统包括淡水收集器和淡水箱，由于所述冷风管内装有的冷凝器表面会产生大量冷凝水，将这部分淡水收集起来，对缺乏淡水资源地区、特别对海岛地区极具意义。

作为本发明所述高效风能蓄能发电系统的一种优选方案，其中：高空风电系统，包括风向舵、吊杆轴、承重平台和双叶轮发电机组；所述双叶轮发电机组吊装在有轴承的承重平台并在所述承重平台下方，所述双叶轮发电机转轴与所述风向舵平行，按风向所指所述双叶轮发电机组的双叶轮装在发电机的下游，使其本身就具有风导作用，加之同时所述吊杆轴上的所述风向舵作用，使本系统始终处于最大风力方向上发电。其中，所述双叶轮发电机组及其吊装式安装，减轻了机组的重量和建造成本。

作为本发明所述高效风能蓄能发电系统的一种优选方案，其中：当空气污染时，所述空气净化系统投用，在所述冷风管的排风口的进风路径上形成多层水喷淋幕清洗进入所述进风口的外界空气，而从所述冷风管的排风口的排风就净化了，周边空气环境得到改善。

作为本发明所述高效风能蓄能发电系统的一种优选方案，其中：所述冷风管的排风口外侧设有挡风板，当外界强风吹来时，在此风向上的挡风板自动关闭，此方向上的排风在横向通道排出，保证此方向上的涡轮发电正常运行。

本发明的另一个目的是提供一种高效风能蓄能发电系统的运行方法。

一种高效风能蓄能发电系统的运行方法，在电网低谷时段进行蓄热系统和蓄冷系统运行，并蓄能达到额定蓄能量；在电网高峰时段，蓄热系统投入运行：打开电控阀，高温高压热水进入闪发蒸发器，并向设在所述热风管内下方的所述加热器供应蒸汽，加热所述热风管内从外界吸入的空气形成上升的热气流，蓄冷系统由所述冷媒水泵向设在所述冷风管内上部的所述冷却器供应冷媒水，冷却从所述热风管进入的热气流形成下降的冷气流排出，双烟囱效应在管内形成强劲的定向气流，驱动设置在每只所述进风口和所述排风口上的所述涡轮发电机发电。

本发明的有益效果：本发明是一项以风能蓄能发电站建设为主的综合开发项目，旨在提高项目的经济效益摊薄项目投资和运行成本。克服风电发展成本回收周期长甚至难以回收缺陷。本发明是一项可以在任何地方建造的新型蓄能发电站，克服了抽水蓄能发电站必须建造在可建高山水库的多水山区，使大规模推广蓄能发电，提高电网节能效果成为可能。本发明是一项综合开发项目，它具有生产和储备淡水功能，从而为我国许多缺电无淡水的海岛和干旱崎岖建设带来了有力支撑，同时也具有净化空气功能，对改善周边空气环境有一定作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明高效风能蓄能发电系统的总图；

图2为本发明高效风能蓄能发电系统的管系图。

其中，

风管组件100、热风管101、冷风管102、挡风板105、进风口弯头103、排风口104；

蓄冷系统200、溴化锂制冷机201、冷却器202、冷媒水泵203、冷媒水箱204、冷媒水管205、回水管206、自动排气阀207；

蓄热系统300、电热锅炉301、电控阀302、闪发蒸发器303、加热器305、注水泵306、凝水箱307、蒸汽管308、凝水管309；

蓄能发电组件400、涡轮发电机401；

空气净化系统500、喷淋管501、喷水箱502、喷水泵503、挡雨棚504；

高空风能发电组件600，风向舵601、轴承602、吊杆轴603、承重平台604、双叶轮发电机组605；

淡水收集件700、淡水管701、淡水箱702。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

本发明提供了一种高效风能蓄能发电系统，在本实施例中，高效风能蓄能发电系统包括风管组件100、蓄冷系统200、蓄热系统300和蓄能发电组件 400。

其中，风管组件100包括热风管101、冷风管102和从所述热风管101外侧下部上弯曲180°的进风口弯头103、冷风管102的水平排风口104、排风口活动挡风板105、进风口和排风口处安装的涡轮发电机401。蓄热系统300 包括电热锅炉301，蓄能发电组件400由多个涡轮发电机401组成。

在本实施例中，热风管101和冷风管102在顶部连通，通过技术措施使得热风管101进风口弯头103从外界吸入大量的空气经加热后，从顶部进入到冷风管102冷却后，从其底部水平排风口104处排出，在快速气流驱动下，安装在热风管101进风口弯头103向上的进风口和安装在冷风管102的水平排风口104上的涡轮发电机401运转发电。

其中，热风管进风口弯头103是向上进风，冷风管102的排风口104水平排风，防止进风和排风短路交汇。为防止外面强风影响涡轮发电机401的正常排风，在排风口安装了挡风板105，当强风袭来时，自动关闭强风袭来方向上的挡风板105，让排风从横向空间排出。

需要说明的是，在本实施例中，在高效风能蓄能发电系统中蓄能功能。在本实施例中，提供了蓄热系统300包括安装在热风管101下部的加热器305、电控阀302、闪发蒸发器303、加热器305、注水泵306、凝水箱307、蒸汽管308、安装在冷风管102上部的冷却器202，自动排气阀308。蓄冷系统200 包括溴化锂制冷机201、冷却器202、冷媒水泵203、冷媒水箱204、冷媒水管205和回水管309。

在系统最初投入运行时，电网低谷结束后，蓄热系统300在电网低谷时段蓄热达额定量，蓄冷系统200中的溴化锂制冷机201在电网低谷时段蓄冷达额定量后，在电网高峰时段，蓄能发电系统即可投入发电运行。此时，电热锅炉301中的高温热水通过电控阀302节流在闪发蒸发器303内生成设定温度的蒸汽，经电控阀302进入设在热风管101下部的加热器305中，加热热风管101内空气，使其内部的气流成为快速上升的热气流，热风管101内热气流在冷风管102的上部受到冷却器202快速冷却而成为低温气流，由于其密度增加而使气流快速向下，管内气流在顶部连通的热风管101和冷气管 102内高速流动，使所述热风管101的进风口快速吸入外界空气，所述冷风管 102的底部排风口快速排气，从而驱动所述热风管进风口上和所述冷风管排风口上的涡轮发电机401的运行发电。这一过程中，冷却器202内的冷媒水由冷媒水泵203不断从所述冷媒水箱204中供应，所述冷却器202的回水排入冷媒水箱204内另一侧回水舱，自动排气阀308自动排出管内最高处的气体。

在电网高峰时，为电热锅炉301和溴化锂制冷机201停用，在电网低谷时段仅投用蓄能。

需要说明的是，由于耸立的热风管101和耸立的冷风管102在顶部相连通，蓄热系统对热风管101内空气加热，蓄冷系统对冷风管102内热气流冷却从而形成双烟囱效应，形成的高速气流驱动各风口外的涡轮发电机401并向地区电网供电。

实施例2

本发明多功能的高效风能蓄能发电系统提供的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例：高效能风能蓄能发电系统提供了蓄能的功能。

在本实施例中，电热锅炉301、电控阀302、闪发蒸发器303、加热器305、注水泵306和凝水箱307与溴化锂制冷机201、冷媒水泵203和冷媒水箱 204相配合工作，以实现夜间电网低谷时段的蓄能运行。

在电网低谷时段之前，冷媒水箱204内主要容纳了温度较高的回水，电热锅炉301内水位处于低水位状态，当电网低谷时段到来时，电热锅炉301 接受注水泵306从所述凝水箱307汲来的水充入到电热锅炉301，并投用全负荷电加热，而所述溴化锂制冷机201在不断接受所述电热锅炉301输入蒸汽下全负荷制冷生产冷媒水，通过所述冷媒水泵203进入冷媒水箱204内，使低温冷媒水大量补充，在夜间低负荷发电情况下，所述电热锅炉301系统在电网低谷时段完成设定的大蓄热，溴化锂制冷机201完成设定的大蓄冷，这一时段的蓄能即可在用电高峰时段转化为驱动涡轮发电机401运行，支持地区电网供电，完成对地区电网“削峰填谷”的作用。由于和电热锅炉301和溴化锂制冷机201在保温条件良好的情况下，均为较高的热效率，从而使系统蓄能效率很高，使高效风能蓄能发电系统真正具有高效特点。

需要说明的是，在本实施例中也同样具有实施例1中的功能和结构，在此不再赘述。

实施例3

本发明多功能的高效风能蓄能发电系统提供的第三个实施例，该实施例不同于第二个实施例：多功能的高效风能蓄能发电系统还具有空气净化系统 500，从而对浑浊的空气进行净化。

具体的，多功能蓄能发电系统还提供了空气净化系统500，空气净化系统500包括喷水泵503、挡雨棚504、喷淋管501，喷水箱502。当出现雾霾或者沙尘天气，环绕热风管101进风口的喷淋管501喷出水幕，使进入所述热风管101进风口的外界污浊空气得到净化。喷淋水由喷水泵503从喷水箱 502汲水供应的，挡雨棚504除雨天保护热风管101，朝上的涡轮发电机401 不受雨淋外，在雾霾或沙尘天气起到了阻止污浊空气进入热风管101内的作用。需要说明的是，在本实施例中也同样具有实施例2中的功能和结构，在此不再赘述。

实施例4

本发明多功能的高效风能蓄能发电系统提供的第四个实施例，该实施例不同于第三个实施例：该高效风能蓄能发电系统还能够提供丰富的淡水资源，设有淡水收集件。

淡水收集件包括淡水管701和淡水箱702，在高效能风能蓄能发电系统昼夜不停运行状态下，冷却器202将在其低温表面产生大量的凝结淡水，通过所述淡水管701将这部分淡水收集到淡水箱702储备，这不仅保证冷风管 102内气流有适宜的相对湿度，可供居民享用，而且储备的淡水对缺水地区居民生活有很大的意义，特别是海岛和干旱地区。

需要说明的是，在本实施例中也同样具有实施例3中的功能和结构，在此不再赘述。

实施例5

本发明多功能的高效风能蓄能发电系统提供的第五个实施例，该实施例不同于第四个实施例：该多功能的高效风能蓄能发电系统还设有高空风能发电站。

在本实施例中，此种多功能的高效风能蓄能发电系统用于海岛或在陆地建造高度超过600米情况下，热风管101和冷风管102顶部应设置高空风电站，高空风电站包括风向舵601、轴承602、吊杆轴603、承重平台604和双叶轮发电机组605。

所述风向舵601、双叶轮发电机组605均固定在吊杆轴603上，与通常风能发电机安装位置不同，双叶轮发电机组605是吊装在吊杆轴603的下方，这大大减轻了结构重量，而双叶轮发电机组605采用双叶受风同样减轻了结构重量。

这一组合件装在承重平台604上的轴承602上。组合件依靠轴承602可以360°转动。风向舵601和双叶轮发电机组605是平行安装的，并且双叶轮发电机组605的位置按风向在发电机后，当风向变动时，风向舵601带动双叶轮发电机组605受最大风力驱动。

在陆上建立高度很高的热风管101和冷风管102使烟囱效应十分强大，从而风能蓄能发电能力大大加强。海岛环境的风能很充沛，热风管101和冷风管102的建造高度可较低，蓄能发电能力较小，但是其供应淡水的能力可能使缺电无淡水的沿海岛屿有电力和淡水供应。

需要说明的是，在本实施例中也同样具有实施例4中的功能和结构，在此不再赘述。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种高效风能蓄能发电系统，其特征在于：包括，

风管组件(100)，包括耸立的热风管(101)和耸立的冷风管(102)；

蓄冷系统(200)，包括溴化锂制冷机(201)、冷却器(202)、冷媒水泵(203)、冷媒水箱(204)、冷媒水管(205)、回水管(206)、自动排气阀(207)；

蓄热系统(300)，包括电热锅炉(301)、电控阀(302)、闪发蒸发器(303)、加热器(305)、注水泵(306)、凝水箱(307)、蒸汽管(308)、回水管(309)，所述加热器(305)设于所述热风管(101)的下方；

蓄能发电组件(400)，由多个涡轮发电机(401)组成；

其中，所述热风管(101)和所述冷风管(102)顶部相连通，所述热风管(101)的弯头上开有朝上的进风口，所述进风口处安装所述涡轮发电机(401)；所述进风口吸入外界空气驱动其上涡轮发电机(401)所述冷风管(102)底部设有排风口(104)，所述排风口(104)处安装所述涡轮发电机(401)，所述排风口的涡轮发电机(401)由所述冷风管(102)排风发电。

2.根据权利要求1所述的高效风能蓄能发电系统，其特征在于：还包括空气净化系统(500)，

所述空气净化系统(500)包括喷淋管(501)、喷水箱(502)、喷水泵(503)和设于所述热风管(101)的上方的挡风棚(504)。

3.根据权利要求1或2所述的高效风能蓄能发电系统，其特征在于：所述冷风管(102)的排风口外侧设有挡风板(105)。

4.根据权利要求3所述的高效风能蓄能发电系统，其特征在于：还包括高空风电系统(600)，包括风向舵(601)、吊杆轴(603)、承重平台(604)和双叶轮发电机组(605)；

所述双叶轮发电机组(605)吊装在有轴承(602)的承重平台(604)并在所述承重平台(604)下方，所述风向舵(601)所述双叶轮发电机组(605)的轴线与所述风向舵(601)平行，按风向的指向装在发电机的后方；

其中，所述双叶轮发电机组(605)与所述风向舵(601)的跟踪风向相同；

其中，所述双叶轮发电机组(605)固定在所述吊杆轴(603)的下端。

5.根据权利要求4所述的高效风能蓄能发电系统，其特征在于：所述热风管(101)和所述冷风管(102)顶部相通，且两者均建设于陆地上，且两者的高度分别大于600米。

6.根据权利要求4所述的高效风能蓄能发电系统，其特征在于：所述热风管(101)和所述冷风管(102)建设于海岛上，且所述热风管(101)和所述冷风管(102)顶部相连通，形成双烟囱效应，所述热风管(101)和所述冷风管(102)的高度低于600米。

7.一种利用权利要求5或6中所述高效风能蓄能发电系统的运行方法，其特征在于：

在电网低谷时段进行蓄热系统(300)和蓄冷系统(200)运行，并蓄能达到额定量；

在电网高峰时段，蓄热系统(300)向所述热风管(101)下部的加热器(305)供热，蓄冷系统(200)向设置在冷风管(102)上部的冷却器(202)供冷，形成热风管(101)和冷风管(102)内强劲的气流，在热风管(101)进风口处的涡轮发电机(401)和冷风管(102)的排风口处的涡轮发电机(401)被驱动发电。

8.根据权利要求7所述的高效风能蓄能发电系统的运行方法，其特征在于：

电网低谷时段蓄能系统满负荷工作，蓄能达额定量，电网高峰时段所述电热锅炉(301)和溴化锂制冷机(201)均停止运行，通过蓄能支持双烟囱效应，以保证蓄能发电系统正常发电。

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