CN214887468U - 储能式发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了储能式发电系统，包括：风力机，用以将风能转换成机械能；机械能转液压能装置，与风力机连接，用于将风力机输出的机械能转成液压能，以向液压驱动式气体压缩系统提供液压动力；液压驱动式气体压缩系统，与机械能转液压能装置连接，能够以液压能为动力制造和输出压缩气体；储气罐，与液压驱动式气体压缩系统连接，用于存储压缩气体；加热装置，与储气罐连接，用于加热储气罐输出的压缩气体；以及汽轮机发电机组，与加热装置连接，能够受加热后的压缩气体的驱动而发电。本发电系统能够稳定、持续、可控地释放压缩空气，因此即使昼夜风力变化，汽轮机发电机组依然能够发出稳定的、符合并网要求的电，提高了能源的利用率。

Description

储能式发电系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及储能式发电系统。

背景技术

一般风力发电系统采用风力机直驱发电机进行发电。风力发电系统常受到风力条件的限制，例如有时风速较小，导致发电不稳定，满足不了并联到市电网路的要求，这些电常常得不到有效利用，造成能源浪费。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供一种能够稳定发电的储能式发电系统。

储能式发电系统，包括：

风力机，用以将风能转换成机械能；

机械能转液压能装置，与风力机连接，用于将风力机输出的机械能转成液压能，以向液压驱动式气体压缩系统提供液压动力；

液压驱动式气体压缩系统，与机械能转液压能装置连接，能够以液压能为动力制造和输出压缩气体；

储气罐，与液压驱动式气体压缩系统连接，用于存储压缩气体；

加热装置，与储气罐连接，用于加热储气罐输出的压缩气体；以及

汽轮机发电机组，与加热装置连接，能够受加热后的压缩气体的驱动而发电。

本实施方式的有益效果是：在储能过程中，能量存在形式依次为风能、机械能、液压能，最后能量以压缩空气的形式存储在储气罐内；在能量释放的过程中，储气罐释放压缩空气，压缩空气经加热后进入汽轮机发电机组膨胀做功而发电。储气罐能够稳定、持续、可控地释放压缩空气，因此即使昼夜风力变化，汽轮机发电机组依然能够发出稳定的、符合并网要求的电，提高了能源的利用率。

在一些实施方式中，机械能转液压能装置包含液压泵。

在一些实施方式中，机械能转液压能装置包括至少一转动件和多个单缸柱塞泵，其中转动件与风力机的转轴同轴且能够与风力机同步转动，转动件上具有以其转动中心为轴心并沿圆周方向延伸的高低起伏的波形面，单缸柱塞泵布置在波形面的外周，单缸柱塞泵的柱塞的外端抵在波形面上，在转动件转动时，柱塞与波形面的接触能在波形面的波峰与波谷之间交替切换而驱使柱塞往复运动进行压油和吸油。

在一些实施方式中，液压驱动式气体压缩系统包括多级压缩机组，每级压缩机组包含一个或多个压缩机。

在一些实施方式中，压缩机包括第一类压缩机或/和第二类压缩机；第一类压缩机包括第一液压马达、曲柄连杆机构以及第一气缸；第二类压缩机包括油缸和设置在油缸两端的第二气缸，油缸的油缸活塞杆与第二气缸的气缸活塞杆连接。

在一些实施方式中，油缸的油缸活塞杆与一个第二气缸的气缸活塞杆同轴连接；或者，油缸的两端分别设有第二气缸，其中油缸的油缸活塞杆向油缸的油缸活塞的两侧延伸，且油缸活塞杆的两端分别与第二气缸的气缸活塞杆同轴连接。

在一些实施方式中，第二气缸具有一个缸筒；或者，第二气缸包含多个线性排列且彼此隔绝的缸筒，每个缸筒内设有一个气缸活塞，这些气缸活塞通过一根气缸活塞杆相连。

在一些实施方式中，储气罐的进气端设有单向控制阀，出气端设有压力控制阀。

在一些实施方式中，汽轮机发电机组包括透平和第一发电机组。

在一些实施方式中，还包括辅助发电系统，辅助发电系统包括第二液压马达和第二发电机组，第二液压马达与所述机械能转液压能装置相连，以接受来自机械能转液压能装置的液压动力，第二液压马达还与第二发电机组连接，以驱动第二发电机组发电。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的储能式发电系统组成示意图。

图2为本实用新型一实施方式的储能式发电系统的机械能转液压能装置示意图。

图3为本实用新型一实施方式的储能式发电系统的液压驱动式气体压缩系统示意图。

图4为本实用新型一实施方式的液压驱动式气体压缩系统的第二类压缩机示意图。

图5为本实用新型另一实施方式的液压驱动式气体压缩系统的第二类压缩机示意图。

图6为本实用新型另一实施方式的液压驱动式气体压缩系统的第二类压缩机示意图。

图7为本实用新型另一实施方式的储能式发电系统组成示意图。

符号说明：

风力机1、机械能转液压能装置2、液压驱动式气体压缩系统3、储气罐4、加热装置5、汽轮机发电机组6、转动件8、单缸柱塞泵9、波形面10、柱塞11、压缩机12、油缸16、第二气缸17、油缸活塞杆18、气缸活塞杆19、油缸活塞20、缸筒21、气缸活塞22、单向控制阀23、压力控制阀24、透平25、第一发电机组26、辅助发电系统28、第二液压马达29、第二发电机组30、辅助管道31、调速器32、第一换向阀33、第一进气口34、第一出气口35、第一单向阀36、第二单向阀37

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

请参考图1，储能式发电系统包括依次连接的风力机1、机械能转液压能装置2、液压驱动式气体压缩系统3、储气罐4、加热装置5和汽轮机发电机组6。风力机1可采用水平或垂直的形态布置在一定高度以上的位置，以获取最佳的受风环境。风力机1受风力推动，能够将风能转换成机械能，用以驱动机械能转液压能装置2。机械能转液压能装置2与风力机1直接或间接连接，用于将风力机1输出的机械能转成液压能，以向液压驱动式气体压缩系统3提供液压动力。液压驱动式气体压缩系统3与机械能转液压能装置2连接，能够以液压能为动力制造和输出压缩气体。储气罐4与液压驱动式气体压缩系统3连接，用于存储液压驱动式气体压缩系统3生成的压缩气体。加热装置5与储气罐4连接，用于加热储气罐4输出的压缩气体。汽轮机发电机组6与加热装置5连接，能够受加热后的压缩气体的驱动而发电。

在工作时，风力机1受到风的推动而旋转，带动机械能转液压能装置2工作，使机械能转液压能装置2输出压力油，压力油经过管道输送到液压驱动式气体压缩系统3，驱动液压驱动式气体压缩系统3制造压缩空气，压缩空气通过管道输送至储气罐4存储，储气罐4释放的气体通过管道进入加热装置5并被加热后，经管道进入汽轮机发电机组6，推动汽轮机发电机组6进行发电。液压驱动式气体压缩系统3排出的液压油可回流到液压油箱，以供机械能转液压能装置2重复利用。因此，在储能过程中，能量存在形式依次为风能、机械能、液压能，最后能量以压缩空气的形式存储在储气罐4内；在能量释放的过程中，储气罐4释放压缩空气，压缩空气经加热后进入汽轮机发电机组6膨胀做功而发电。储气罐4能够稳定、持续、可控地释放压缩空气，因此即使昼夜风力变化，汽轮机发电机组6依然能够发出稳定的、符合并网要求的电能，提高了能源的利用率。

在一些实施方式中，机械能转液压能装置2包含液压泵。具体的，风力机1的转轴直接或间接连接液压泵的动力输入轴。风力机1受风转动时，驱动液压泵工作，液压泵从液压油箱吸入液压油，形成压力油排出。

在一些实施方式中，请参考图2，机械能转液压能装置2包括至少一转动件8和多个单缸柱塞泵9，其中转动件8与风力机1的转轴同轴且能够与风力机1同步转动，转动件8上具有以其转动中心为轴心并沿圆周方向延伸的高低起伏的波形面10，单缸柱塞泵9布置在波形面10的外周，单缸柱塞泵9的柱塞11的外端抵在波形面10上，在转动件8转动时，柱塞与波形面10的接触能在波形面10的波峰与波谷之间交替切换而驱使柱塞11往复运动进行压油和吸油。关于机械能转液压能装置2更多的细节请参考中国专利申请CN112879226A，此处不再赘述。需要补充说明的是，单缸柱塞泵9可以包含单根柱塞，也可以包含双根平行的柱塞，其中双根柱塞的单缸柱塞泵9的优点是可以限制柱塞旋转。

图3示意性地显示了一实施例的液压驱动式气体压缩系统3的组织结构图，其中箭头示意性地代表了压缩空气的流向。在一些实施方式中，请参考图3，液压驱动式气体压缩系统3包括多级压缩机组，每级压缩机组包含一个或多个压缩机12。在图3所示的实施例中，液压驱动式气体压缩系统3包含m级压缩机组，各级压缩机12的个数分别为N₁、N₂…N_m。多级压缩机组依次连接，以实现将空气分级压缩，即上一级压缩机组制造的压缩空气进入下一级压缩机组继续被压缩。分级压缩的方式可以缓解压缩空气过程中产生的热量的影响。可选的，多级压缩机组有3-5级压缩机组。每级压缩机组包括一个或多个压缩机12。当同一级压缩机组内具有多个压缩机12时，该级压缩机组的所有压缩机12以并联的方式组织，这些压缩机12输出的压缩空气被输送到下一级压缩机组。

压缩机12至少有第一类压缩机和第二类压缩机可供选择。具体而言，液压驱动式气体压缩系统3可完全采用第一类压缩机，也可完全采用第二类压缩机，还可以是第一类压缩机与第二类压缩机组合使用，例如，最后一级压缩机组采用第二类压缩机，其他级的压缩机组采用第一类压缩机。当然组合方式并不限于此。

第一类压缩机包括第一液压马达、曲柄连杆机构以及第一气缸。第一液压马达受液压油的推动，输出转动力。曲柄连杆机构的曲柄连接第一液压马达，曲柄连杆机构的连杆连接第一气缸的活塞杆。曲柄连杆机构将第一液压马达的旋转运动，转换成第一气缸的活塞的往复运动，使气缸循环地进行吸气、压缩和排气。第一液压马达所排出的液压油可返回到液压油箱，用以供给机械能转液压能装置2。第一气缸外设有冷却通道，用以向冷却通道内通入冷却介质，可降低第一气缸运行过程中的温度。

请参考图4至图6，第二类压缩机包括油缸16和第二气缸17，其中油缸16的油缸活塞杆18与第二气缸17的气缸活塞杆19同轴连接。油缸16在压力油的作用下驱动第二气缸17往复运动，使第二气缸17循环地进行吸气、压缩和排气。

在一些实施方式中，请参考图4，油缸16的油缸活塞杆18与一个第二气缸17的气缸活塞杆19同轴连接，即油缸16驱动一个第二气缸17。

在一些实施方式中，请参考图5，油缸16的两端分别设有第二气缸17，其中油缸16的油缸活塞杆18向油缸16的油缸活塞20的两侧延伸，且油缸活塞杆18的两端分别与第二气缸17的气缸活塞杆19同轴连接。油缸16被压力油推动而往复运动时，会带动两端的第二气缸17的活塞往复运动，使两端的第二气缸17循环地吸气、压缩和排气，产生压缩空气。油缸16排出的液压油可被循环利用。

在一些实施方式中，请参考图4或图5，第二气缸17包括一个缸筒21、设置在缸筒21内的气缸活塞22以及与气缸活塞22相连的气缸活塞杆19。

在一些实施方式中，请参考图6，第二气缸17包含多个线性排列且彼此隔绝的缸筒21，每个缸筒21内设有一个气缸活塞22，这些气缸活塞22通过一根气缸活塞杆19相连，此举可提高第二类压缩机的工作效率。缸筒的数量可以为两个及两个以上。相比于采用第一液压马达和曲柄连杆机构驱动气缸进行空气压缩的第一类压缩机而言，油缸16直驱气缸的第二类压缩机具有更高的效率。油缸16所排出的液压油可返回到液压油箱，用以供给机械能转液压能装置2。第二气缸17外设有冷却通道，向冷却通道内通入冷却介质，可降低第二气缸17运行过程中的温度。

请参考图4至图6，油缸16为单活塞双作用油缸，其具有两个油孔，通过第一换向阀33可切换进油和排油方向。第二气缸17为双作用气缸，缸筒21具有四个气口，其中两个气口为第一进气口34，另外两个气口为第一出气口35。缸筒21的一端设有一个第一进气口34和一个第一出气口35，另一端也设有一个第一进气口34和一个第一出气口35。第一进气口34分别配置了第一单向阀36，第一出气口35分别配置了第二单向阀37。当外部压力超过缸筒21内的压力时，外部空气推开第一单向阀36，从第一进气口34进入缸筒；空气被压缩至超过外部压力一定值时，缸筒内的压缩空气推开第二单向阀37，从第一出气口35排出，借此控制第二气缸17的吸气和排气。

储气罐4可为高压气瓶，具有一个或一个以上，用以存储液压驱动式气体压缩系统3输出的高压气体。请参考图1，储气罐4的进气端设有单向控制阀23，出气端设有压力控制阀24。单向控制阀23允许压缩空气从进气端进入储气罐4，且能防止压缩气体反流。压力控制阀24用以控制输出的空气压力，借此控制汽轮机发电机组6的发电功率。

加热装置5设置在储气罐4和汽轮机发电机组6之间，用以对进入汽轮机发电机组6的高压空气进行加热，以防止发电过程中高压空气膨胀吸热导致透平表面凝霜。

请参考图1，汽轮机发电机组6包括透平25和第一发电机组26。透平25受高压热空气的推动，带动第一发电机组26进行发电。

在一些实施方式中，请参考图7，储能式发电系统还包括辅助发电系统28，辅助发电系统28包括第二液压马达29和第二发电机组30。第二液压马达29与机械能转液压能装置2相连，以接受来自机械能转液压能装置2的液压动力，第二液压马达29还与第二发电机组30连接，以驱动第二发电机组30发电。机械能转液压能装置输出的压力油经辅助管道31输送到第二液压马达29，第二液压马达29受压力油的作用而推动第二发电机组30发电。在风力强劲时，还可分配一部分液压油驱动第二发电机组30发电。进一步地，辅助发电系统包括调速器32，该调速器32与第二液压马达29连接。调速器32包括但不限于节流阀、调速阀等，用于控制第二液压马达29的速度。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.储能式发电系统，其特征在于，包括：

风力机，用以将风能转换成机械能；

机械能转液压能装置，与所述风力机连接，用于将所述风力机输出的机械能转成液压能，以向液压驱动式气体压缩系统提供液压动力；

液压驱动式气体压缩系统，与所述机械能转液压能装置连接，能够以液压能为动力制造和输出压缩气体；

储气罐，与所述液压驱动式气体压缩系统连接，用于存储压缩气体；

加热装置，与所述储气罐连接，用于加热所述储气罐输出的压缩气体；以及

汽轮机发电机组，与所述加热装置连接，能够受加热后的压缩气体的驱动而发电。

2.根据权利要求1所述的储能式发电系统，其特征在于，所述机械能转液压能装置包含液压泵。

3.根据权利要求1所述的储能式发电系统，其特征在于，所述机械能转液压能装置包括至少一转动件和多个单缸柱塞泵，其中所述转动件与所述风力机的转轴同轴且能够与所述风力机同步转动，所述转动件上具有以其转动中心为轴心并沿圆周方向延伸的高低起伏的波形面，所述单缸柱塞泵布置在所述波形面的外周，所述单缸柱塞泵的柱塞的外端抵在所述波形面上，在所述转动件转动时，所述柱塞与所述波形面的接触能在所述波形面的波峰与波谷之间交替切换而驱使所述柱塞往复运动进行压油和吸油。

4.根据权利要求1所述的储能式发电系统，其特征在于，所述液压驱动式气体压缩系统包括多级压缩机组，每级压缩机组包含一个或多个压缩机。

5.根据权利要求4所述的储能式发电系统，其特征在于，所述压缩机包括第一类压缩机或/和第二类压缩机；所述第一类压缩机包括第一液压马达、曲柄连杆机构以及第一气缸；所述第二类压缩机包括油缸和受所述油缸驱动的第二气缸。

6.根据权利要求5所述的储能式发电系统，其特征在于，油缸的油缸活塞杆与一个第二气缸的气缸活塞杆同轴连接；

或者，所述油缸的两端分别设有第二气缸，其中所述油缸的油缸活塞杆向所述油缸的油缸活塞的两侧延伸，且所述油缸活塞杆的两端分别与所述第二气缸的气缸活塞杆同轴连接。

7.根据权利要求5或6所述的储能式发电系统，其特征在于，所述第二气缸具有一个缸筒；或者，所述第二气缸包含多个线性排列且彼此隔绝的缸筒，每个缸筒内设有一个气缸活塞，这些气缸活塞通过一根气缸活塞杆相连。

8.根据权利要求1所述的储能式发电系统，其特征在于，所述储气罐的进气端设有单向控制阀，出气端设有压力控制阀。

9.根据权利要求1所述的储能式发电系统，其特征在于，所述汽轮机发电机组包括透平和第一发电机组。

10.根据权利要求1所述的储能式发电系统，其特征在于，还包括辅助发电系统，所述辅助发电系统包括第二液压马达和第二发电机组，所述第二液压马达与所述机械能转液压能装置相连，以接受来自所述机械能转液压能装置的液压动力，所述第二液压马达还与所述第二发电机组连接，以驱动所述第二发电机组发电。

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