CN111183283A - 一种发电系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于发电的系统。系统(100)包括压缩空气源(102)、空气速度增强器(104)、多个压力调节单元、包括第一发电单元(108‑114)的多个发电单元、至少一个渐缩管(116)、排气装置(125)。第一发电单元包括空气升压机(108)，多个导向叶片(110)，涡轮机(112)和发电机(11)。排气装置(125)包括异径管(124)，第二压力调节单元(126)。从每个发电单元产生的电力被接收在母线(132)中。输入功率(138)被提供至系统(100)，并且系统(100)产生输出功率(140)。

Description

一种发电系统
技术领域
本发明本公开涉及发电领域。更具体地说，本公开涉及一种用于通过使用风能来发电的系统。
背景技术
随着工业化的发展，用电的需求成倍增加。为满足不断增长的电力需求，人们使用了各种可再生能源。在可用的可再生能源中，风能是一种取之不尽的清洁能源。
传统的风力发电系统依靠的是不间断的自然风的流动。风用于为涡轮机提供动力，而涡轮机又产生电力。此外，为了产生最佳水平的电力，需要有合理速度的恒定风流。通常来说，在特定位置风能的供应是固定的和不可预测的。由于风的流动的这种不定的性质，传统系统所产生的电力是无法控制的。而且，人们不能依靠这类传统发电系统，因其所生产的电力不足以满足较高的用电需求。
因此，需要一种风力发电系统，其能减轻传统系统的上述缺点。
发明目的
本公开的一些目的，可由这里的至少一个实施例满足，这些目的如下：
本公开的另一方面在于提供一种用于发电的系统，该系统与天气状况无关。
本公开的另一方面是提供一种用于发电的系统，该系统利用人工风能提供恒定和连续的发电。
从以下描述中，本公开的其他方面和优点将变得更加显而易见，但其并不旨在限制本公开的范围。
发明内容
本公开设想了一种发电系统。发电系统包括压缩空气源以供应空气。空气速度增强器设置在压缩空气源的下游并且与压缩空气源流体连通，以增加从压缩空气源接收的气流的速度。
第一压力调节单元设置在所述空气速度增强器的下游并与所述空气速度增强器流体连通，以增加从所述空气速度增强器处接收的气流的速度。
至少两个发电单元设置在所述第一压力调节单元的下游并且与所述第一压力调节单元流体连通，以从所述第一压力调节单元处接收高速气流并由此发电。
至少一个渐缩管可操作地设置在两个连续的发电单元之间，以增加空气离开所述发电单元并进入随后的发电单元的速度。
排气装置与所述至少两个发电单元中的最后一个流体连通，以促进空气从所述发电单元向周围环境排放。在启动状态下，所述压缩空气源通过外部电源运行直至所述系统能够运行，此后，所述压缩空气源通过所述系统产生的电力运行。
在一个实施例中，所述发电单元包括与所述第一压力调节单元流体连通的空气升压机，并被配置为减小从中流过的空气量。多个导向叶片设置在所述空气升压机的下游，并被配置为给气流提供导向。涡轮布置在所述多个导向叶片的下游并与所述多个导向叶片流体连通。所述涡轮被配置为接收来自所述多个导向叶片的定向空气流。发电机连接所述涡轮，并被配置为接收来自所述涡轮的旋转机械传动以产生电力。
在另一个实施例中，系统还包括至少一个压缩机，其与所述涡轮和所述压力调节器流体连通，以防止在其内部产生背压。
在另一个实施例中，排气装置包括与最后一个所述发电单元流体连通的异径管，异径管是被配置为减小进入异径管的气流速度的发散喷嘴。第二压力调节单元布置在所述异径管的下游，其中所述第二压力调节单元(126)是被配置为将空气从系统排放到周围环境的排气装置。
在一个实施例中，系统，还包括母线，其中母线与所述发电单元的发电机和控制面板耦合，其中所述控制面板被配置为基于经由所述发电单元产生的电力来控制对所述系统的电力供应。
系统还包括与所述控制面板耦合的转换开关，所述转换开关被配置为将用于供所述系统运行的电源从外部电源转换为系统生成的电源。
在一个实施例中，压缩空气源可以是鼓风机。在另一个实施例中，该鼓风机是电动鼓风机。在一个实施例中，空气速度增强器具有圆锥形状。在另一个实施例中，渐缩管具有减小的横截面面积，这增加了空气的压力和速度。
附图说明
现在在附图的帮助下描述了本公开的发电系统，其中：
图1示出了根据本公开的实施例所所述的系统工作阶段的框图。
附图标记
100系统
102压缩空气源
104空气速度增强器
106第一压力调节单元
108第一空气升压机
109第一发电单元
110导向叶片
112第一涡轮
114第一发电机
116第一渐缩管
118第二发电单元
120第三发电单元
122第四发电单元
124异径管
125排气装置
126第二压力调节单元
128压缩机
132母线
134控制面板
136转换开关
138输入功率
140输出功率
具体实施方式
参照图1,描述本公开的用于发电的系统(以下称为“系统100”)。
系统100包括压缩空气源102，空气速度增强器104，多个压力调节单元，至少两个发电单元，至少一个渐缩管116和排气装置125。
压缩空气源102是以预定速度将空气供应到发电单元的启动装置。在一个实施例中，压缩空气源102可以是电动鼓风机。压缩空气源102被配置为供应高压高速空气流。此外，还可以提供多于一个压缩空气源102以启动系统100中的空气供应。根据本公开，在启动状态下，压缩空气源102通过外部电源进行操作，随后，压缩空气源102通过系统产生的电力进行操作。
空气速度增强器104设置在压缩空气源102的下游，并且与压缩空气源102流体连接。空气速度增强器104被配置为增加从压缩空气源102接收的空气流的速度。在一个实施例中,空气速度增强器104具有锥形形状,该锥形形状便于在其出口处提供具有比在空气速度增强器104入口处从压缩空气源102释放的空气的速度高得多的气流。
第一压力调节单元106设置在空气速度增强器104的下游并且与空气速度增强器104流体连通。第一压力调节单元106被配置为增加从空气速度增强器104处接收的气流的速度。第一压力调节单元106包括布置在管道中的多个喷嘴，其中从喷嘴排出的空气的速度可以根据每个应用的要求而变化。当空气从空气速度增强器104排出时，由于空气速度增强器104的出口处的空气压力相较低于空气速度增强器104的入口处的空气压力，所以在空气速度增强器104内形成了低压区域(也可称为下游压力)。此外，由于流向空气速度增强器104下游的空气的质量流量不是恒定的，因此在第一压力调节单元106中也产生了背压。为了克服由此产生的背压，压缩机128耦合至第一压力调节单元106。压缩空气从压缩机128流入第一压力调节单元106使空气以预定速度流动，从而防止了背压的产生。
发电单元(109-122)被布置在第一压力调节单元106的下游并且与第一压力调节单元106流体连通。发电单元(109-122)被配置为从第一压力调节单元106处接收高速空气并由此发电。第一发电单元(108-114)耦合至第一压力调节单元106。第一发电单元(108-114)包括空气升压机108、多个导向叶片110、涡轮112和发电机114。减压后的空气从空气速度增强器104排出，并被提供给第一发电单元(108-114)以利用空气的能量。涡轮机112通过空气管道连接到空气升压机108。
第一空气升压机108与第一压力调节单元106流体连通，并且被配置为减小通过第一空气升压机108的气流量。由于气流量的减小，气流具有高压和高速的特点。来自空气升压机108的高压高速空气被供应到空气管道，其中导向叶片110将空气流引导至涡轮112。涡轮112与另一压力调节单元126连接，该压力调节单元126与压缩机128连接，以在不产生任何背压的情况下将空气流推进到后续的发电装置。
多个导向叶片110设置在空气升压机108的下游，并被配置为给气流提供导向。多个导向叶片110设置在空气管道内，用于以预定速度将空气引导到涡轮112的多个动轮叶片上。
涡轮112布置在多个导向叶片110的下游并且与多个导向叶片110流体连通。涡轮112被配置为从多个导向叶片110接收定向的空气流。涡轮机112设置有多个动轮叶片，其中，由于空气沿着涡轮112的动轮叶片的膨胀，因此空气的压力大大降低。此外，涡轮112与第一发电机114耦合。
第一发电机114与涡轮112耦合并且被配置为接收来自涡轮112的旋转机械传动以产生电力。
此外，母线132与发电单元(109-122)的发电机和控制面板134耦合，其中控制面板134被配置为基于通过发电单元(109-122)产生的电力来控制向系统100的供电。每个发电单元(109-122)包括空气升压机108，多个导向叶片110，涡轮112和发电机114。
第一渐缩管116可操作地设置在两个连续的发电单元之间，用于增加离开发电单元并进入随后发电单元的空气的速度。气压降低了的空气被供应到第一渐缩管116。第一渐缩管116有一个减小的横截面区域，这有利于使进入的空气变得高压和高速。该高压高速空气被供应到第二发电单元118的第二空气升压机(图中未示出)以产生电输出。从第二发电单元118排出的空气进入到第三发电单元120以产生电输出。类似地，第三发电单元120和第四发电单元122遵循如上所述的一套流程来发电。
排气装置125包括异径管124和第二压力调节装置126。该异径管124与第4发电机组122的涡轮112流体连接，该异径管124是一个发散喷嘴，其被配置为降低进入异径管124的空气流速。第二压力调节单元126设置在异径管124的下游，其中第二压力调节单元126是排气装备(未示出)。排气装备被配置为将空气从系统100中排放至周围环境。在一个实施例中，排气装置可以是排气扇。
此外，转换开关136与控制面板134耦接。转换开关136被配置为将用于供系统100运行的电源从外部电源转换为系统生成的电源。转换开关136连接到压缩空气源102，压缩机128和第二压力调节单元126，其中，转换开关136被配置为控制输入供应功率138。当系统100产生预定量的功率时，转换开关136切断外部电源。
一旦转换开关136切断外部电源，系统100便独立工作。此外，在系统100变得可操作之后，本公开的系统100是自给自足的。这在启动之后需要注意。
此外，通过整个系统100维持的压力大于1bar，即大气压。更具体地，大气经由压缩空气源102被供应到系统100，来自压缩机128的额外的压缩空气被供应到诸如压力调节单元，涡轮机和发电单元等所需组件，从而防止在系统中产生背压。此外，每个涡轮112之前的系统100的内部压力大于涡轮112之后的下游压力，从而增加了穿过其中的空气的速度。
在一个实施例中，系统100需要600kW的输入功率138方可以最佳性能运作。从系统100的每个发电单元产生的功率为400kW。此外，系统100产生的总输出为1600kW。但是，在系统100产生的1600kW输出功率140中，有600kW用于运行系统100的组件，例如压缩机128，或电动机以启动对压缩空气源102的驱动，以及每个压力调节单元。每个压力调节单元需要消耗90kW的功率来运行。鼓风机马达需要消耗180kW来驱动压缩空气源102。压缩机128需要消耗275kW来运行。此外，操作控制面板134和系统100其他组件所需的功率是55kW。这样，系统100的净输出功率约为1000kW。上述所提及的值是近似值。由组件产生和消耗的功率的范围可以改变，并不限于上述值。
因此，本公开中人工产生的气流用于产生电力，消除了使用常规风能发电的限制。
有益效果
上文描述的本公开具有若干技术优点，包括但不限于实现用于发电的系统，该系统：
·不受天气条件影响
·能利用人造风能提供持续不断的电力生产；此外，
以上所述的实施例、不同的特点和有利细节均参考说明书中的非限制性实施例对其进行了说明。这里省略了对公知的多个方面、多种组件和分子生物学技术的描述，以免对本文的实施例产生不必要的混淆。
如前对特定实施例的所述充分揭示了本文中实施例的一般性质，以至于其他人可以通过应用当前知识，在不脱离一般概念的情况下便可容易地修改和/或改进基于此类特定实施例的各种应用。这样的改编和修改应当被理解为落入所公开实施例的等同形式的含义和范围内。应理解，本文采用的措词或术语是出于描述的目的而非限制的目的。因此，尽管已根据优选实施例描述了本文的实施例，但是本领域技术人员将清楚地意识到，可以在如本文描述的实施例的技术方案和范围内进行修改来实践本文的实施例。此外，还可清楚地理解，上述描述性内容仅应被解释为是对本公开的说明而不是对本公开的限制。
已经通过所述实施例描述并说明了本公开的原理，因此，可以认识到，可以对所描述的实施例在排布和细节上进行修改，而不脱离这些原理的范围。
尽管本文已将重点放在本公开的特定特征上，但是应当理解，在不脱离本公开原理的情况下，可以进行各种修改，并且可以在优选实施例中进行许多改变。对于本领域技术人员而言，根据本公开内容或优选实施例的本质，基于它们的其他修改将是显而易见的，由此应清楚地理解，前述描述内容应仅仅被解释为是对本公开内容的说明，而非本公开内容的限制。

Claims (9)

1.一种用于发电的系统(100)，所述系统(100)包括：
压缩空气源(102)；
空气速度增强器(104)，设置在所述压缩空气源(102)的下游，所述空气速度增强器(104)与所述压缩空气源(102)流体连通，以增加从所述压缩空气源(102)处接收的气流的速度；
第一压力调节单元(106)，设置在所述空气速度增强器(104)的下游并与所述空气速度增强器(104)流体连通，以增加从所述空气速度增强器(104)处接收的气流的速度；
至少两个发电单元，设置在所述第一压力调节单元(106)的下游并且与所述第一压力调节单元(106)流体连通，以从所述第一压力调节单元(106)处接收高速气流并由此发电；
至少一个渐缩管(116)，所述渐缩管(116)可操作地设置在两个连续的发电单元之间，以增加空气离开所述发电单元并进入随后的发电单元的速度；
排气装置(125)，所述排气装置(125)与所述至少两个发电单元中的最后一个流体连通，以促进空气从所述发电单元向周围环境排放；
其中，在启动状态下，所述压缩空气源(102)通过外部电源运行直至所述系统能够运行，此后，所述压缩空气源(102)通过所述系统产生的电力运行。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述发电单元包括：
与所述第一压力调节单元(106)流体连通的空气升压机(108)，并被配置为减小从中流过的空气量；
多个导向叶片(110)，设置在所述空气升压机(108)的下游，并被配置为气流提供方向；
涡轮(112)，所述涡轮布置在所述多个导向叶片(110)的下游并与所述多个导向叶片(110)流体连通，所述涡轮(112)被配置为接收来自所述多个导向叶片(110)的定向空气流；
发电机(114)，所述发电机连接所述涡轮(112)，并被配置为接收来自所述涡轮(112)的旋转机械传动以产生电力。
3.根据权利要求2所述的系统(100)，还包括至少一个压缩机(128)，与所述涡轮(112)和所述压力调节器(106)流体连通，以防止在其中产生背压。
4.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述排气装置125包括：
与最后一个所述发电单元流体连通的异径管(124)，所述异径管(124)是被配置为减小进入所述异径管(124)的气流速度的发散喷嘴；
以及第二压力调节单元(126)，所述第二压力调节单元(126)布置在所述异径管(124)的下游，其中所述第二压力调节单元(126)是被配置为将空气从系统排放到周围环境的排气装置。
5.根据权利要求1所述的系统(100)，还包括母线(132)，其中所述母线(132)与所述发电单元的发电机(114)和控制面板(134)耦合，所述控制面板(134)被配置为基于经由所述发电单元产生的电力来控制对所述系统(100)的电力供应。
6.根据权利要求4所述的系统(100)，其特征在于，还包括与所述控制面板(134)耦合的转换开关(136)，所述转换开关(136)被配置为将用于供所述系统(100)运行的电源从外部电源转为系统生成的电源。
7.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述压缩空气源(102)是电动鼓风机。
8.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述空气速度增强器(104)具有圆锥形状。
9.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述渐缩管(116)具有减小的横截面面积，以增加空气的压力和速度。
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