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CN101025143A - 连续稳定供电的风力发电系统 - Google Patents

连续稳定供电的风力发电系统 Download PDF

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CN101025143A CNA2006100203514A CN200610020351A CN101025143A CN 101025143 A CN101025143 A CN 101025143A CN A2006100203514 A CNA2006100203514 A CN A2006100203514A CN 200610020351 A CN200610020351 A CN 200610020351A CN 101025143 A CN101025143 A CN 101025143A
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张征宇
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Abstract

本发明为风力发电系统，特别是能连续供电的并网型风力发电系统。包括压缩空气储能系统和发电系统，压缩空气储能系统包括叶轮，叶轮带动的变速箱，变速箱驱动空气压缩装置和通过空气压缩装置打气的分布式高压储能气罐。本发明通过压缩空气储能系统储气后，由高压储气罐向发电系统的风能转换机构提供风力，相应可使风能转换机构得到持续稳定的风力，从而保证发电机组稳定发电，提高风电并网的稳定性和安全性，促进风力发电的开发和应用。同时可减少发电机数量，减小、简化大型风力发电机机舱结构，降低风力发电机造价。

Description

连续稳定供电的风力发电系统
(一)技术领域
本发明属风力发电系统，特别是并网形连续稳定供电的风力发电系统。
(二)背景技术
新能源发电技术在世界范围内得到迅猛发展，尤其是风能利用，由于不需任何燃料，不会产生任何污染性副产生，因此在众多新能源中异军突起，发展迅速。目前，大中型风力发电机组多采用异步发电机与电网并联运行，尽管采用变浆距、变转速运行的方式，风力发电机可以在很大风速范围内按最佳效率运行，但是仍然存在以下问题难以解决：风力发电机通过风能转换机构撷取风力中的动能带动发电机组发电。比如风能转换机构采用风叶轮在外界风力带动下转动，驱动变速箱工作，带动发电机组发电，如果外界没有风，风很小或风很大，风力发电机将停止运行，不能发电。在并网型风力发电系统中，风力发电突然停止，将对电网造成很大冲击，严重威胁电网的运行安全。因此现有风力发电通常只能作为电网的补充发电方式，一般不超过电网容量的10％，这样大大限制了风力发电的开发和利用。
(三)发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种连续稳定供电的风力发电系统，无论在何种风力下均可稳定发电，提高风电并网的稳定性和安全性，大大提高风力发电的开发和应用.
本发明的解决方案是：一种连续稳定供电的风力发电系统，由风能转换机构带动发电机组发电，其特点是设置一压缩空气储能系统为风能转换机构提供连续稳定风力；压缩空气储能系统包括叶轮，叶轮带动的变速箱，变速箱动力输出驱动的空气压缩装置，通过空气压缩装置打气的分布式或高压储气罐；其中分布式或高压储气罐通过管道和管道上设置的阀门装置与空气压缩装置接通，高压储气罐输出管道和其上设置的阀门装置向风能转换机构提供连续稳定风力。
通过本发明的压缩空气储能系统，可为风能转换机构提供稳定的风力，以保证连续稳定发电。其过程是：压缩空气储能系统的叶轮在自然风力的驱动下转动，带动变速箱工作，从而驱动空气压缩装置工作，以压缩空气向分布式高压储气罐打气，高压储气罐中的高压气流通过输出管道和其上的阀门装置即可向风能转换机构提供连续稳定分力发电。分布式高压储气罐是由多个高压储气罐构成，在风力正常时可逐步向各高压储气罐打满高压气；当风力不正常时，即无风、风很小或很大时，由于各高压储气罐储满高压气体，依然可通过高压储气罐连续向风能转换机构提供发电风力。高压储气罐向风能转换机构供风可根据其储存的高压气体状况由输出管道上的阀门装置控制。向高压储气罐打气也可根据高压储气罐储存的高压气体状况由管道上的阀门装置控制是否进气。
本发明的解决方案中高压储气罐的输出管道可接一喷管，喷管输出气流对向风能转换机构。在风能转换机构是风叶轮时，通过喷管将高压储气罐输出高压气流加速后喷向风叶轮，以带动风叶轮高速转动，使发电机组发电。为避免喷管喷出的气流形成梯度，可在喷管管口设置一稳定段，稳定段气流对向风叶轮。
本发明的解决方案中空气压缩装置可以是离心式空压机也可以是活塞式空压机。
本发明的优点：本发明设置有压缩空气储能系，其将自然风力转换成机械能后向分布式高压储气罐打气，然后由高压储气罐将高压气流从输出管道输向风能转换机构，供发电机组发电。分布式高压储气罐是由多个高压储气罐构成，在正常风力下可逐步向各高压储气罐打满高压气，在风力不正常时，各高压储气罐将储存的高压气体向风能转换机构输送，以保证风能转换机构获得连续稳定的风力，保证发电机组发电不受自然环境影响。本发明使发电机组能够连续稳定发电，从根本上解决现有风力发电受自然环境因素的影响而对电网产生冲击现象，提高风电并网的稳定性和安全性。同时本发明可取消目前每一风力发电塔架都装备发电机，大大减少发电机数量，减小、简化大型风力发电机机体结构，降低机体设计难度和加工难度，从而降低风力发电机组造价。
(四)附图说明
图1为本发明结构图
图2为本发明的一种实施方式
其中1-叶轮、2-轮毂、3-联轴器、4-变速箱、5-空气压缩装置、6-截止阀、7-高压储气罐、8-输出管道、9-喷管、10-稳定段、11-气流、12-风叶轮、13-发电机、14-变压器、15-电网、16-以压缩空气为动力的发电机、17-管道。
(五)具体实施方式
图1所示其风能转换机构为风叶轮12，其压缩空气储能系统由叶轮1，和叶轮1连成一体的轮毂2，通过联轴器3与轮毂2连接的变速箱4，变速箱4带动离心式空压机5和通过管道17与离心式空压机5接通的高压储气罐7构成，离心式空压机5与高压储气罐7之间的管道17上设有截止阀6，高压储气罐7的输出管道8端部连有喷管9，喷管9管口前连有一稳定段10，稳定段10输出气流11对向风叶轮12，风叶轮12通过一联轴器3带动发电机13发电，发电机13发出的电经变压器14变压后并入电网15。
图2所示为本发明的一种实施方式，其风能转换机构是以压缩空气动力的发动机16，高压储气罐7内的高压气流通过输出管道8，在截止阀6的控制下直接输入以压缩空气为动力的发动机16，由以压缩空气为动力的发动机16工作通过联轴器3带动发电机13发电，发电后经变压器14变压后并到电网15上。

Claims (5)

1、一种连续稳定供电的风力发电系统，由风能转换机构带动发电机组发电，其特征在于设置一压缩空气储能系统为风能转换机构提供连续稳定风力；压缩空气储能系统包括叶轮(1)，叶轮(1)带动的变速箱(2)，变速箱(2)动力输出驱动的空气压缩装置(5)，通过空气压缩装置(5)打气的分布式高压储气罐(7)；其中分布式高压储气罐(7)通过管道(17)和管道(17)上设置的阀门装置(6)与空气压缩装置(5)接通，高压储气罐(7)输出管道(8)和其上设置的阀门装置(6)向风能转换机构提供连续稳定风力。
2、根据权利要求1所述的连续稳定供电的风力发电系统，其特征在于高压储气罐(7)的输出管道(8)连接一喷管(9)，喷管(9)输出气流对向风能转换机构。
3、根据权利要求2所述的连续供电的风力发电系统，其特征在于喷管(9)管口前设置一稳定段(10)，稳定段(10)的输出气流对向风能转换机构。
4、根据权利要求2或3所述的连续稳定供电的风力发电系统，其特征在于所述的风能转换机构为风叶轮(11)。
5、根据权利要求1所述的连续稳定供电的风力发电系统，其特征在于空气压缩装置(5)为离心式空压机或活塞式空压机。
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