CN202501648U - 陆上或海上风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种陆上或海上风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统。系统由地下换热装置、风冷换热器、循环水泵、膨胀容器、末端换热器及连接管道组成。地下换热装置利用地下介质，包括土壤，岩石，地下水或海水等作为冷源为发电设施提供稳定高效的冷却，同时在冬季低温启动时利用地下介质，包括土壤，岩石，地下水或海水等作为热源为风电设施提供加热。本使用新型提供的系统将减少冷却系统的电力消耗。由于地下温度随气候变化较小，系统冷却效果更为稳定可靠，同时可以完全取消加热系统，大幅度节约加热能耗。相对于风冷系统，系统寿命更长，运行能耗大幅度减少，维护费用更低。

Description

陆上或海上风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统。 

背景技术

风力发电作为一种可再生的清洁能源得到越来越多的应用。而风电设施的冷却，尤其是发电机，齿轮箱和变流器的冷却，关乎风电机组的效率和安全性。随着单机发电量的增加，风力发电设施的冷却变得越来越困难，冷却功率越来越大，因而引起越来越多的关注。对于中小功率的风电系统，安装于高位的风冷系统能够满足系统的要求，而随着发电功率的增加，风冷系统在冷却效果和电力消耗上的问题变得更加突出。 

实用新型内容

为克服上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种冷却效果更好、运行成本更低，性能不随气候变化，并且可同时提供加热的风电设施冷却和加热系统。 

为达到上述目的，本实用新型的陆上风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统，其特征在于，所述的系统由地下换热装置、循环水泵、膨胀容器、末端换热器及连接管道连接而成；所述的地下换热装置为埋置于地下1.5米以下的封闭式循环管路，所述管路埋置于土壤之中或风机的平板基座的垂直和/或斜向桩基之中。 

特别是，有至少一个封闭式风冷换热器和地下环路并连或串联连接。 

为达到上述目的，本实用新型的海上风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统，所述系统由地下换热装置、循环水泵、膨胀容器、末端换热器及连接管道连接而成；所述的地下换热装置为安置于海水之中的封闭式的非金属管道，所述的管道独立安置在风机基座附近的海底并处于海平面1.5米以下或固定在海上风机基座/塔身的外周或内部。 

特别是，地下换热装置为非金属管道形成的螺旋管圈；管圈下方固定有比重大于1的沉重体，沉重体重量小于螺旋管圈排空后在海水里的浮升力。 

特别是，上述的管道内的循环介质为水或加入防冻剂的水溶液。 

本实作新型通过非金属封闭式换热管道，利用地下土壤或海水为风力发电设施提供冷却，同时在低温启动时，使用同一系统为发电设施提供加热。采用以上技术方案的优点在于： 

1.利用地下土壤温度低于炎热季节空气温度的特性，使冷却效果优于常规的风冷换热器，冷却系统的耗电将明显降低； 

2.由于地下的温度随季节和气候的波动小，系统在恶劣气候环境下的运行可靠性有明显改善； 

3.避免了额外的电加热系统。使用同一套装置，在气温低于设备的额定温度时，系统自动利用地源(或水源)为风电系统的启动提供加热。 

4.采用封闭的管道，和外界无接触，系统寿命超过50年，并且基本免除维护。 

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图。 

图2为地下换热装置的结构示意图；图2(a)是水平埋置于风塔平面基座内的封闭式水平换热装置；图2(b)是垂直埋置于风塔桩基内的封闭式地下竖直换热装置。 

图3为混合换热系统的结构示意图 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。 

图1所示为本实用新型的一个实施例，本实施例中的风电设施的冷却和加热系统由地下换热装置1，风冷(空气源)换热器2，循环水泵3，膨胀容器4、末端换热设备5及连接管道组成。地下换热装置包括三种换热模式：即水平埋置与风塔地基或周边土壤中的水平埋管1a，垂直或倾斜安置在风塔的竖直桩基或周边土壤的地源换热系统1b，以及沉放在海水中的封闭螺旋式换热系统1c。实际应用中，采用其中的一种，或者1a将和1b混合使用。系统的开启和关闭由阀门V1控制。 

末端的冷却系统可以采用水冷也可以采用油冷。本实施例中，发电机组5a，和变流器5b采用水冷。而变速箱5c采用油冷。地源冷却水通过油-水换热器5d 冷却换热油。换热油经过油泵5e循环至变速箱5c，并冷却变速箱。全部系统的的控制通过温度传感器T1-T5的信号作为判断条件。系统依照运行策略和冷却/加热要求，通过水泵的开关或变速，以及电磁控制的阀门V1-V6来使用不同的冷源和热源，并决定被冷却目标的开启。 

图2是两种地下换热装置的更详细的描述。其中，图2(a)是水平埋置于风塔平面基座内的封闭式水平换热装置。由高密度聚乙烯材料制作的换热管路安置在钢筋网阵之间，和基座的水泥浇注体直接接触。水平埋置的管道可以是平行直埋，也可以采用水平螺旋方式埋置。图2(b)是垂直埋置于风塔桩基内的封闭式地下竖直换热装置。同样采用高密度聚乙烯管道的一组或多组U-型管安置在桩基的钢筋笼中。混凝土浇注后，换热管道和混凝土直接接触。垂直埋管也可以在基座附近的空间内独立成孔来实现。机械成孔后安置U-型管道，并以砂浆或其他材料回填换热空，使换热管道和周边土壤/岩石/地下水接触。 

图1中仍然部分采用风冷换热器，作为补充冷却功率的换热设施，以降低地下埋管的规模并节约投资。图1中地下换热装置1和风冷换热器2为并联连接。即在空气温度较低的季节或晚间，采用风冷换热器，而在气候恶劣，环境温度高时，采用地源。地源和风冷换热器的开启根据地源温度，环境温度，系统符合和其他因素决定，并由电磁阀执行。 

图3显示的是地下换热装置1和风冷换热器的另一种连接方式，即串联连接。高温回水先进入风冷换热器2，将大量热量散入环境中，随后进入地下换热装置1，使水温进一步降低，达到更好的冷却效果。 

由于地源(或水源)合适的温度特性，包括较高的温度水平以及随季节和气候变化较小，上述冷却系统在不增加任何附加设施的情况下可为风电设施提供加热。完全可以取代目前的用于低温气候下的风机设备启动的电加热系统。 

Claims (4)

1.一种陆上风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统，其特征在于，所述的系统由地下换热装置、循环水泵、膨胀容器、末端换热器及连接管道连接而成；所述的地下换热装置为埋置于地下1.5米以下的封闭式循环管路，所述管路埋置于土壤之中或风机的平板基座的垂直和/或斜向桩基之中。

2.如权利要求1所述的陆上风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统，其特征在于，有至少一个封闭式风冷换热器和地下环路并连或串联连接。

3.一种海上风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统，其特征在于，所述系统由地下换热装置、循环水泵、膨胀容器、末端换热器及连接管道连接而成；所述的地下换热装置为安置于海水之中的封闭式的非金属管道，所述的管道独立安置在风机基座附近的海底并处于海平面1.5米以下或固定在海上风机基座/塔身的外周或内部。

4.如权利要求3所述的海上风力发电设施的地源或水源冷却和加热系统，其特征在于地下换热装置为非金属管道形成的螺旋管圈；管圈下方固定有比重大于1的沉重体，沉重体重量小于螺旋管圈排空后在海水里的浮升力。