专利名称：压缩空气蓄能式风力发电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用风能源的风力发电装置，特别是一种利用压缩空气对风能转化的电能进行重新发电的装置。
背景技术：
风力发电是新能源和可再生能源领域中发展最快的一种技术。风力发电是利用风机在自然风的吹动下获得动能，然后转变为风轮转动的机械能，再通过增速箱带动发电机进行发电的新能源发电工程。风力发电场从发电机获得的电能经整流、逆变等处理后并网到电网中，为用户提供电能。但是由于自然风的风速、风向具有突变和多变的特点，给风力发电造成很大影响，不仅表现在对风力发电系统中的增速箱、发电机等设备产生冲击，造成对设备的损坏，最主要的还表现在其风电出力的不稳定性。风力发电场中由于风力发电系统的风电出力不稳定使得其在正常运行过程中必须使用火电机组大幅度参与风力发电系 统的调频工作，而火电机组调节速度较慢，难以适应风电的大幅度快速变化。随着风力发电量的快速增长，风电突变幅度将继续增大，这将对电网频率质量造成较大影响，风电并网问题成为风电发展的最大瓶颈。
实用新型内容本实用新型需要解决的技术问题是提供一种蓄能式风力发电系统，能够解决风力发电系统输出电能的不稳定问题，使风力发电输出的电能能够平稳、源源不断地供给电网，使风电并网的难题得以解决。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下。压缩空气蓄能式风力发电系统，包括设置在风电场中的风机、空气压缩机、储气罐、减压罐、气动发电机组以及控制装置，所述风机的输出端与空气压缩机连接，空气压缩机的压缩空气输出端通过管道与储气罐连通，储气罐的输出端通过控制阀与减压罐连通，减压罐的输出端通过连接管与气动发电机组的空气输入端口连通；所述控制装置的输入端分别与设置在储气罐中、减压罐中和气动发电机组中的压力传感器连接，控制装置的输出端与控制阀连接。本实用新型所述气动发电机组的具体结构为气动发电机组包括多级气动发动机，所述每级气动发动机的输出端分别通过联轴器连接一台发电机。本实用新型的改进在于相邻气动发动机之间均通过连接管连通，所述连接管的管径自第一级气动发动机至最后一级气动发动机递增。本实用新型的进一步改进在于所述减压罐与气动发电机组之间还设置有换热器。由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步如下。本实用新型结构简单，无需通过火电机组参与调频即可输出稳定连续的电能，降低了电网的压力，使风电并网的难题得到顺利解决。本实用新型设置的空气压缩机能够将风机输出的机械能转换为空气压缩能，由于自然风的多变和突变带来的能量冲击被压缩空气所吸收，所以不会对风力发电系统中的气动发动机以及发电机产生冲击，提高了本实用新型的安全性和可靠性，延长了本实用新型的寿命。本实用新型气动发电机组中的连接管管径以依次递增的方式设置，达到稳定气压的作用，使末级气动发动机排入大气中的气体压力略高于大气压力，大大提高压缩空气的利用效率。由于高压气体在减压后温度大幅降低，与环境温度将形成较大温度差，本实用新型通过设置的换热器从环境中给低温的气体补充热量，根据热力学规律，气体的温度和压力将升高，能量增大，最终使气动发动机输出更多的机械能提高机组效率。·
图I是本实用新型结构示意图。其中，I.风机，2.空气压缩机，3.储气罐，4.减压罐，5.气动发电机组，51.气动发动机，52.发电机，6.控制装置，7.控制阀，8.换热器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明一种压缩空气蓄能式风力发电系统，其结构如图I所示。包括设置在风电场中的风机I、空气压缩机2、储气罐3、控制阀7、减压罐4、换热器8、气动发电机组5以及控制装置6。气动发电机组5包括多级气动发动机51,每级气动发动机的输出端分别通过联轴器连接一台发电机；在本实施例中气动发电机组设置了两台气动发动机，分别为第一级气动发动机和第二级气动发动机。风机的输出端通过输电线路与空气压缩机连接，风力发电机输出的不稳定电能转换为空气压缩机的动力源，用于将输出空气压缩机的空气压缩。空气压缩机的压缩空气输出端通过管道与储气罐连通，储气罐的输出端通过控制阀与减压罐连通，减压罐的输出端通过管道与换热器连通，换热器的输出端通过连接管I与第一级气动发动机的空气输入端口连通，第一级气动发动机的空气输出端口通过连接管II与第二级气动发动机的空气输入端口连通，第二级气动发动机的空气输出端口直接将废弃排入大气中；本实施例中连接管I的管径小于连接管II的管径。第一级气动发动机和第二级气动发动机的动力输出轴分别通过联轴器与一台发电机连接。储气罐、减压罐、气动发电机组中均设置有压力传感器，压力传感器的输出端与控制装置连接，用于将采集的储气罐中的压力、减压罐中的压力以及气动发电机组中连接管中的压力传输给控制装置。控制装置的输出端与控制阀连接，用于根据采集的各个压力值调节控制阀的开度，通过减压罐将储气罐输出的压缩空气以恒定的压力值输送给气动发电机组进行发电，以保证气动发电机组输出的电能恒定持续。储气罐采用复合型气罐，储气罐的内胆采用薄壁铝合金内胆，储气罐的外壁缠绕高强度碳纤维，使储气罐具有重量轻、耐高压及安全耐用的特点，存储压力可大50MPa以上。本实用新型的工作原理如下所述。风机用于在自然风的推动下，将自然风能转换为机械能，机械能转变为不稳地输出的电能，通过输电线路供给空气压缩机运行。空气压缩机的空气输入端直接从大气中吸入空气，在风机传输的机械能作用下将空气压缩，空气压缩机的压缩空气输出端通过管道将压缩空气输出给储气罐，使压缩空气存储在储气罐中。储气罐中的压力传感器实时监测储气罐中的压力，并将压力值传输给控制装置。控制装置根据从储气罐中采集的压力值判断是否能满足气动发电机组的正常运行，储气罐中压缩空气的压力值能够满足气动发电机组的正常运行时，控制装置根据气动发电机组的额定输出值调节控制阀的开度。控制阀打开后，压缩空气铜鼓管道进入减压罐中进行减压，减压罐根据控制装置设定的压力值将压缩空气进行减压后通过连接管I输送第一级气动发动机的空气输入端口，第一级气动发动机在空气的作用下做功，带动发电机进行发电。第一级气动发动机的空气输出端口将多余的空气通过连接管II输送至第二级气动发动机的空气输入端口，第二级气动发动机在空气的作用下做功，带动与之连接的发电机进行发电。第二级气动发动机的空气输出端口直接将废弃排入大气中。高压气体在减压后温度大幅降低，与环境温度将形成较大温度差，降低了本实用新型热效率的利用。本实施例中在减压罐和气动发电机组之间设置了一台换热器，用于从环境中给低温的气体补充热量。根据热力学规律，气体的温度和压力将升高，能量增大，最终使气动发动机输出更多的机械能，提高发电效率。
权利要求1.压缩空气蓄能式风力发电系统，包括设置在风电场中的风机(1)，其特征在于还包括空气压缩机(2)、储气罐(3)、减压罐(4)、气动发电机组(5)以及控制装置(6)，所述风机(I)的输出端与空气压缩机(2)连接，空气压缩机(2)的压缩空气输出端通过管道与储气罐(3 )连通，储气罐(3 )的输出端通过控制阀(7 )与减压罐(4)连通，减压罐(4)的输出端通过连接管与气动发电机组(5)的空气输入端口连通；所述控制装置(6)的输入端分别与设置在储气罐中、减压罐中和气动发电机组中的压力传感器连接，控制装置的输出端与控制阀连接。
2.根据权利要求I所述的压缩空气蓄能式风力发电系统，其特征在于所述气动发电机组(5)包括多级气动发动机(51)，所述每级气动发动机(51)的输出端分别通过联轴器连接一台发电机(52)。
3.根据权利要求2所述的压缩空气蓄能式风力发电系统，其特征在于相邻气动发动机之间均通过连接管连通，所述连接管的管径自第一级气动发动机至最后一级气动发动机递增。
4.根据权利要求I所述的压缩空气蓄能式风力发电系统，其特征在于所述减压罐(4)与气动发电机组(5)之间还设置有换热器(8)。
专利摘要本实用新型公开了一种压缩空气蓄能式风力发电系统，包括设置在风电场中的风机、空气压缩机、储气罐、减压罐、气动发电机组以及控制装置，所述风机与空气压缩机连接，空气压缩机与储气罐连通，储气罐与减压罐连通，减压罐与气动发电机组的空气输入端口连通；所述控制装置的输入端与压力传感器连接，控制装置的输出端与控制阀连接。本实用新型结构简单，无需通过火电机组参与调频即可输出稳定连续的电能，降低了电网的压力，使风电并网的难题得到顺利解决。
文档编号F03D9/02GK202645870SQ20122025457
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者徐正, 刘建群, 李金海, 郇昌强, 李逢时 申请人:河北省电力勘测设计研究院