CN216554206U - 风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电系统，包括依次连接的风力机、机械能转液压能装置、液压能转机械能装置及发电机组，还包括储能系统，储能系统包括：液压式空气压缩系统，与机械能转液压能装置连接，用于利用机械能转液压能装置输出的压力油压缩气体；储气罐，与液压式空气压缩系统连接，用于存储液压式空气压缩系统输出的高压气体；以及气液机，与储气罐和液压能转机械能装置分别连接，能够以储气罐输出的高压气体为动力输出压力油，并将压力油供给液压能转机械能装置以驱动发电机组进行发电。将风力转换成液压能，再以液压为动力压缩空气进行储能，当风力不足时，释放压缩空气，将能力转换成液压能用于发电，可保持发电系统稳定输出。

Description

风力发电系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及一种具有辅助储能系统的液压风力发电系统。

背景技术

液压风力发电是风力机通过传动机构带动液压泵工作，将风能转换成液压能，液压油输送到液压马达，驱动液压马达转动，带动发电机组发电。受风力波动较大的影响，发电功率经常性地不稳定。

实用新型内容

为了解决现有技术的至少一个技术问题，本实用新型提供一种风力发电系统。

风力发电系统包括依次连接的风力机、机械能转液压能装置、液压能转机械能装置及发电机组，还包括储能系统，储能系统包括：

液压式空气压缩系统，与机械能转液压能装置连接，用于利用机械能转液压能装置输出的压力油压缩气体；

储气罐，与液压式空气压缩系统连接，用于存储液压式空气压缩系统输出的高压气体；以及

气液机，与储气罐和液压能转机械能装置分别连接，能够以储气罐输出的高压气体为动力输出压力油，并将压力油供给液压能转机械能装置以驱动发电机组进行发电。

本实施方式的有益效果是：当风力较大或者在用电波谷时，机械能转液压能装置输出的液压油流量高于额定值，可通过液压式空气压缩系统利用多余的液压动力压缩空气，并将压缩空气储存在储气罐内；当风力较弱或在用电高峰时，液压式空气压缩系统的液压油流量低于额定值时，导致液压能转机械能装置的动力输入不足，可通过气液机将储气罐内的压缩空气转换成液压动力，向液压能转机械能装置补充液压油。

在一些实施方式中，机械能转液压能装置包括液压泵。液压泵是以机械动能为动力，输出压力油。

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。能够将转动动能转换成液压能；转动件上可以装多个单缸柱塞泵，可以满足大流量的要求；多个单缸柱塞泵独立安装，单个单缸柱塞泵结构简单，可以满足高压要求；单缸柱塞泵结构简单稳定不易出故障，且便于拆卸，当某个单缸柱塞泵出现问题，不影响其他单缸柱塞泵，只需拆出有故障的单缸柱塞泵即可，便于维修。

在一些实施方式中，液压能转机械能装置包括液压马达。液压马达是一种成熟的产品，能够将液压能转换成机械动力输出。

在一些实施方式中，液压式空气压缩系统包括若干个压缩机，压缩机包括液压马达、曲柄连杆机构以及气缸，曲柄连杆机构的曲柄连接该液压马达，曲柄连杆机构的连杆连接该气缸的活塞杆。

在一些实施方式中，液压式空气压缩系统包括若干个压缩机，每个压缩机包括第一油缸和受所述第一油缸驱动的第一气缸。本实施方式公开了一种油缸直驱气缸的方式。

在一些实施方式中，第一油缸驱动一个第一气缸；或者，第一油缸驱动两个第一气缸，该两个第一气缸分别设置在第一油缸的两端，第一油缸的油缸活塞杆从油缸活塞向两侧延伸，且分别与两端的第一气缸的气缸活塞杆同轴连接。

在一些实施方式中，第一气缸包含一个缸筒；或者，第一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，液压式空气压缩系统包括多级压缩机组，每级压缩机组包括一个或多个压缩机。

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，气液机包括第二气缸和受第二气缸驱动的第二油缸。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的风力发电系统示意图。

图2为本实用新型一实施方式的风力发电系统之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风力发电系统之液压式空气压缩系统组织结构图。

图4为本实用新型一实施方式的风力发电系统之压缩机结构示意图。

图5为本实用新型另一实施方式的风力发电系统之压缩机结构示意图。

图6为本实用新型另一实施方式的风力发电系统之压缩机结构示意图。

图7为本实用新型一实施方式的风力发电系统之气液机结构示意图。

图8为本实用新型另一实施方式的风力发电系统结构示意图。

图9为本实用新型另一实施方式的风力发电系统结构示意图。

符号说明：

风力机10、机械能转液压能装置20、液压能转机械能装置30、发电机组40、储能系统50、液压主管70、转动件21、单缸柱塞泵22、波形面23、柱塞24、液压式空气压缩系统51、储气罐52、气液机53、第一进液口54、第一出气口55、第一进气口56、第二出气口57、第二进气口58、第一出液口59、压缩机510、第一油缸511、第一气缸512、缸筒513、气缸活塞 514、气缸活塞杆515、单向控制阀516、压力控制阀517、第二气缸518、第二油缸519、油缸活塞521、第一换向阀522、第三进气口523、第三出气口524、第一单向阀525、第二单向阀526、第二换向阀527、进油口528、排油口529、第三单向阀530、第四单向阀531、蓄能器80、液压重力储能装置90、第三油缸91、配重92、调速装置100

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，风力发电系统包括依次连接的风力机10、机械能转液压能装置20、液压能转机械能装置30及发电机组40，还包括储能系统50，储能系统50包括：

液压式空气压缩系统51，与机械能转液压能装置20连接，用以利用机械能转液压能装置20输出的压力油压缩气体；

储气罐52，与液压式空气压缩系统51连接，用于存储液压式空气压缩系统51输出的高压气体；以及

气液机53，与储气罐52和液压能转机械能装置30分别连接，能够以储气罐52输出的高压气体为动力输出压力油，并将压力油供给液压能转机械能装置30以驱动发电机组40进行发电。

本公开的风力发电系统包括工作系统和储能系统50。风力机10、机械能转液压能装置20、液压能转机械能装置30及发电机组40依次连接形成工作系统。工作系统用于将风能转换成液压能，再由液压能驱动液压能转机械能装置30工作，向发电机组40提供发电的动力。储能系统50可以作为辅助系统，能够在风力过剩时，将超过额定量的液压能以压缩空气的形式存储，并在风力不足时，将压缩空气的能量以液压能的形式补充给液压能转机械能装置30。

风力机10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10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20。

机械能转液压能装置20与风力机10直接或间接连接，用于将风力机 10输出的机械动能转成液压能，以向液压能转机械能装置30和储能系统 50提供液压动力。

在一些实施方式中，机械能转液压能装置20包括液压泵。液压泵以机械动能为动力，吸入液压油和排出压力油。液压泵的动力输入端以直接或间接的方式连接风力机10的转轴。液压泵的进油端通过管路连接液压油箱 (图中未示出)，出油口通过液压主管70连接液压能转机械能装置30。

在一些实施方式中，请参考图2，机械能转液压能装置20包括至少一转动件21和多个单缸柱塞泵22，其中转动件21与风力机10的转轴同轴且能够与风力机10同步转动，转动件21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23，单缸柱塞泵22布置在波形面23的外周，单缸柱塞泵22的柱塞24的外端抵在波形面23上，在转动件21转动时，柱塞24与波形面23的接触能在波形面23的波峰与波谷之间交替切换而驱使柱塞24往复运动进行压油和吸油。能够将转动动能转换成液压能；转动件21上可以装多个单缸柱塞泵22，可以满足大流量的要求；多个单缸柱塞泵22独立安装，单个单缸柱塞泵22结构简单，可以满足高压要求；单缸柱塞泵22结构简单稳定不易出故障，且便于拆卸，当某个单缸柱塞泵22出现问题，不影响其他单缸柱塞泵22，只需拆出有故障的单缸柱塞泵22 即可，便于维修。关于机械能转液压能装置20更多细节请参考中国专利申请CN112879226A。

请继续参考图1，液压能转机械能装置30通过液压主管70连接机械能转液压能装置20，受机械能转液压能装置20输出的压力油的推动而向发电机组40输出机械动能。液压能转机械能装置30包括液压马达。液压马达的进油端连接液压主管70，液压马达排出的液压油可回流至液压油箱(图中未示出)，以被机械能转液压能装置20重复利用。

请继续参考图1，液压主管70上设有调速装置100。调速装置100可为节流阀、调速阀等，用于调节压力油的流速，以稳定液压能转机械能装置30的输出功率。

请继续参考图1，储能系统50包括液压式空气压缩系统51、储气罐52 和气液机53。储能系统50系统的两端分别接入工作系统，具体的，储能系统50的两端分别与液压主管70相连，使液压主管70内的压力油能够被导入储能系统50，储能系统50也能向液压主管70释放压力油。储能系统50 的管路上设有控制阀(图中未示出)，用以根据需要选择压力油是否走储能系统50。

请继续参考图1，液压式空气压缩系统51是以液压为动力，对空气进行压缩的系统。气液机53是通过压缩气体做功以输出压力油的装置。液压式空气压缩系统51包括第一进液口54和第一出气口55，第一进液口54 连接液压主管70。储气罐52包括第一进气口56和第二出气口57，第一进气口56连接第一出气口55。气液机53包含第二进气口58和第一出液口 59，第二进气口58连接第二出气口57，第一出液口59连接液压主管70。当风力较大或者在用电波谷时，液压主管70内的液压油流量高于额定值，可通过液压式空气压缩系统51利用多余的液压动力压缩空气，并将压缩空气储存在储气罐52内；当风力较弱或在用电高峰时，液压主管70内的液压油流量低于额定值时，可通过气液机53将储气罐52内的压缩空气转换成液压动力，向液压主管70补充液压油，以维持发电机组40稳定运行。

图3示意性地显示了一种实施方式的液压式空气压缩系统51的组织图，箭头示意性地代表了压缩空气的流向。请参考图3，液压式空气压缩系统51包括多级压缩机组，每级压缩机组包括一个或多个压缩机510。在图 3所示的实施例中，液压式空气压缩系统51包含m级压缩机组，各级压缩机510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减少压缩空气过程中产生的热量之影响。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510。当同一级压缩机组内具有多个压缩机510时，该级压缩机组的所有压缩机510可通过并联的方式组织，这些压缩机510输出的压缩空气被输送到下一级压缩机组。

压缩机510至少有第一类压缩机和第二类压缩机可供选择。具体而言，液压式空气压缩系统51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。

第一类压缩机包括液压马达、曲柄连杆机构以及气缸，曲柄连杆机构的曲柄连接该液压马达，曲柄连杆机构的连杆连接该气缸的活塞杆。液压马达受压力油的推动，带动曲柄连杆机构工作，曲柄连杆机构将液压马达的旋转运动，转换成气缸活塞的往复运动，使气缸循环地吸气、压缩和排气。气缸外设有冷却通道，向冷却通道内通入冷却介质，可降低气缸运行过程中的温度。

请参考图4至图6，第二类压缩机包括第一油缸511和受第一油缸511 驱动的第一气缸512。举例而言，第一油缸511的油缸活塞杆与第一气缸 512的气缸活塞杆同轴连接。由此，在压力油的推动下，第一油缸511的油缸活塞521往复运动，带动第一气缸512的气缸活塞514往复运动，循环地吸气、压缩和排气。第一气缸512外可设冷却通道，用于通入冷却介质，以降低第一气缸512的温度。

在一些实施方式中，请参考图4，第一油缸511驱动一个第一气缸512。

在一些实施方式中，请参考图5，第一油缸511驱动两个第一气缸512，第一油缸511的油缸活塞杆从油缸活塞521向两侧延伸，且分别与两端的第一气缸512的气缸活塞杆同轴连接。第一油缸511被压力油推动而往复运动时，会带动两端的第一气缸512的气缸活塞514往复运动，使两端的第一气缸512循环地吸气、压缩和排气，产生压缩空气。第一油缸511排出的液压油可循环利用。一个油缸驱动两端的气缸，可提高压缩机的效率。

在一些实施方式中，请参考图4或图5，每个第一气缸512具有一个缸筒513。

在一些实施方式中，请参考图6，第一气缸512包含多个线性排列且彼此隔绝的缸筒513，每个缸筒513内设有一个气缸活塞514，这些气缸活塞 514通过一根气缸活塞杆515相连。缸筒数量可以为两个及两个以上。本实施方式提高了压缩机的工作效率。

请参考图4至图6，第一油缸511为单活塞双作用油缸，其具有两个油孔，可通过第一换向阀522切换进油和排油方向。第一气缸512为双作用气缸，缸筒513具有四个气口，其中两个气口为第三进气口523，另外两个气口为第三出气口524。缸筒513的一端设有一个第三进气口523和一个第三出气口524，另一端也设有一个第三进气口523和一个第三出气口524。第三进气口523配置了第一单向阀525，第三出气口524配置了第二单向阀 526。当外部压力超过缸筒内的压力时，外部空气推开第一单向阀525，从第三进气口523进入缸筒；当气缸内空气被压缩至大超过外部压力一定值时，缸筒内压缩空气推开第二单向阀526，从第三出气口524排出，借此控制第一气缸512的吸气和排气。

储气罐52可为高压气瓶，具有一个或一个以上，用以存储液压式空气压缩系统51输出的高压气体。请参考图1，储气罐52的进气端设有单向控制阀516，出气端设有压力控制阀517。单向控制阀516允许压缩空气进入储气罐52，并能防止压缩空气反流，压力控制阀517用以控制输出的空气压力。

请参考图7，气液机53包括第二气缸518和受第二气缸518驱动的第二油缸519。具体的，第二油缸519的活塞杆与第二气缸518的活塞杆同轴连接。压缩气体推动第二气缸518的活塞往复运动，驱动第二油缸519循环地吸油和排油。第二气缸518为双作用气缸，其两端分别设有一个气口，气口处设有第二换向阀527，该第二换向阀527用以切换压缩空气的入口和出口。第二油缸519为双作用油缸，其包括两个进油口528和两个排油口 529。第二油缸519的一端设有一个进油口528和一个排油口529，另一端也设有一个进油口528和一个排油口529。进油口528处设有第三单向阀 530，排油口529处设有第四单向阀531。在吸油过程中，外部液压油推开第三单向阀530，从进油口528进入油缸；在排油过程中，第二气缸518推动油缸活塞挤压液压油，使之推开第四单向阀531并从排油口529处排出，借此实现第二油缸519的吸油和排油。

进一步地，气液机53可以具有多个，储气罐52释放的高压空气分配到各个气液机53的第二气缸518，分别驱动对应的第二油缸519进行吸油和排油，各气液机53输出的压力油被导入液压主管70，用于驱动液压能转机械能装置30。

在一些实施方式中，请参考图8，液压主管70上设有蓄能器80，用于吸收液压脉动。

在一些实施方式中，请参考图9，液压主管70上设有液压重力储能装置90，用于稳定系统压力。液压重力储能装置90包括第三油缸91和配重 92。液压重力储能装置稳定系统压力的原理是：当液压主管70内的液压油压力过大时，液压油进入油缸，第三油缸91提升配重92，将液压能转换成重力势能存储，降低了液压主管70内的压力；当液压主管70内的压力过小时，配重下降，第三油缸91释放液压油，增加液压主管70内的压力。

需要说明的是，本公开的储能系统50既可以与工作系统同时工作，向液压主管70补充液压油，也可以独立地驱动液压马达。

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.风力发电系统，其特征在于，包括依次连接的风力机、机械能转液压能装置、液压能转机械能装置及发电机组，还包括储能系统；

所述储能系统包括：

液压式空气压缩系统，与所述机械能转液压能装置连接，用以利用所述机械能转液压能装置输出的压力油压缩气体；

储气罐，与所述液压式空气压缩系统连接，用以存储所述液压式空气压缩系统输出的高压气体；以及

气液机，与所述储气罐和所述液压能转机械能装置分别连接，能够以所述储气罐输出的高压气体为动力输出压力油，并将该压力油供于所述液压能转机械能装置以驱动所述发电机组进行发电。

2.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述机械能转液压能装置包括液压泵；

或者，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。

3.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述液压能转机械能装置包括液压马达。

4.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述液压式空气压缩系统包括若干个压缩机，所述压缩机包括液压马达、曲柄连杆机构以及气缸，所述曲柄连杆机构的曲柄连接该液压马达，所述曲柄连杆机构的连杆连接该气缸的活塞杆。

5.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述液压式空气压缩系统包括若干个压缩机，所述压缩机包括第一油缸和受所述第一油缸驱动的第一气缸。

6.根据权利要求5所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一油缸驱动一个所述第一气缸；

或者，所述第一油缸驱动两个所述第一气缸，该两个所述第一气缸分别设置在所述第一油缸的两端，所述第一油缸的油缸活塞杆从油缸活塞向两侧延伸，且分别与两端的所述第一气缸的气缸活塞杆同轴连接。

7.根据权利要求5所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一气缸包含一个缸筒；或者，所述第一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6-7任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述液压式空气压缩系统包括多级压缩机组，每级压缩机组包括一个或多个所述压缩机。

9.根据权利要求1所述的风力发电系统，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。

10.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述气液机包括第二气缸和受所述第二气缸驱动的第二油缸。

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