风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统的制作方法

本发明涉及利用风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统，本发明在利用风能发电，风能压缩空气储存、压缩空气发电的同时还具有热泵功能，特别适用于可再生能源领域的弃风弃电的利用和低速风资源的利用，核电和火电的削峰填谷的能源调节功能，还适用于运输工具的动力系统。

背景技术：

近代经济的快速发展，得益于如石油、天然气、煤炭等诸多有形能源的广泛使用。然而据科学推算，地球上储存的有形能源将在21世纪迅速接近枯竭。而核能在应对外星空间陨石灾难面前具有无法扭转的毁灭性打击，虽然是千万分之一甚至万万……万分之一的可能性但是对人类的生存来说也是不可逆转的毁灭性灾难，至少对于地球上某一区域来说，此外当前对于核废料储存任务也是给人类后代的沉重负担。

为了有效应对化石能源耗尽所带来的能源危机，许多国家都在寻求化石能源的替代品，如风能、核能、太阳能以及生物燃料等。然而，不论是不可再生的还是可再生的能源，很大一部分都必须转化为电能加以利用。

然而电能却有一个非常不利的缺点：不便储存。在整个电网内，用户消耗的电能任何时候都等于电网内发电厂在同一时刻生产的电能，发电厂的发电量要随用户用电量的变化而变化。由于用户在用电高峰与用电低谷间的用电需求差别很大，往往会导致发电厂生产的电能，在用电高峰时不能满足用户的需求，而在用电低谷时大量的富裕电量又不能得到有效利用。如果能建立起大容量的电力储能装置，将对电能的合理利用起到“削峰填谷”的作用。通过储存电网夜间用电低谷时充足的富余电能，然后到白天用电高峰时反馈输出进行平抑，这样可以大大提高发电设备的利用效率，并节约巨额投资。

正是由于电力储能装置对提高可再生的能源利用率有着重要的意义，因此发达国家早就开始了针对储能技术的研究。目前，世界上的储能技术归纳起来主要有物理储能如(抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池等)和电磁储能(如超导储能、超级电容储能等)这三大类。由于化学储能存在成本高、容量小、且对环境有污染等问题，目前尚不适宜开展大规模的工业化应用；而电磁储能开展研究的时间还不长，技术还不够成熟。因此，物理储能作为一种相对成熟也是实际应用较早的储能方式，在工业应用领域占主导地位。

由于压缩空气储能作为物理储能具有效率高、寿命长、响应速度快等特点，压缩空气储能是目前最具发展潜力的储能技术之一。除了适用于解决火电和核电负载的波动性和同步消纳性，将富余的电能储存以便再利用，实现常规的“削峰平谷”之外；压缩空气储能技术还特别适用于解决风力发电和太阳能发电的随机性、间隙性、波动性和同步消纳性等问题，可以实现其发电的平滑输出。经测算，如果风力发电装机占电网容量比例达20％以上时，则电网的调峰能力和安全运行将面临巨大的挑战，目前现代社会已经计划在2020年达到40％以上。压缩空气储能尤其适用于大规模风场，因为两者有着天然的结合优势：风能产生的机械功可以直接驱动压缩机旋转，减少了中间转换成电的环节，从而提高效率20％以上，而且存储的能量经过再次发电可以达到稳定的输出，从而为风能的大规模并网发电找到了另一条途径。

针对化学储能中电气耦合出现的充放电电流电压冲击问题、可靠性问题和降低成本的要求，人们提出了在风电系统中采用机械耦合的方法和手段，例如发明专利《机械耦合式压缩空气储能微型混合风力发电系统》专利申请号201110411111.8，由于该专利的技术方案的机械能与气体内能之间的相互转换是采用涡旋式复合机，虽然储存能量规模大于化学储能规模，优势诸多，但是其处理规模比较水力储能差距甚远，对于处理更小规模仍有局限性，涡旋式复合机由于采用高级材料和高精度的制造而造价较高，设备的寿命难以提高，而且压缩机和发动机模式的切换时间较长，且存有难以消除上游随机冲击的速度调整问题。

作为涡旋式复合机的替代机，笔者已经提出有关托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的专利申请，在该压缩-发动复合机上通过瞬间切换控制，使其能够利用同一现有的零部件技术装备作为压缩机或发动机两种模式运行，而这种机械需要结合各种配套设备、增加能量储存装置和对空气介质的形态进行预处理的自动化系统才能够作为风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统。

技术实现要素：

针对以上种种缺陷和社会需要，本发明提出了解决存在问题的风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统的技术方案：

一种风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统，包括风力机、行星齿轮机构、功能机和控制系统，功能机为电动机、发电机、发电-电动复合机、托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机，托盘活塞摇摆式压缩机包括单级或多级串联的托盘活塞式摇摆执行装置；托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机包括单级或多级串联的托盘活塞式摇摆执行装置、驱动流体控制系统和气动换位/气流换向阀，行星齿轮机构包括行星齿轮、行星架、太阳轮和齿圈；风力机和两个功能机在行星齿轮机构上采用机械耦合式相连，在行星架、太阳轮和齿圈连接的三个轴上至少其中有两个轴设有电控制动器，风力机通过电控制动器I与行星齿轮机构的行星架的轴相连，所述行星齿轮机构的太阳轮的轴通过传动机构与托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机相连，托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机通过气体通路与储气装置相连；在托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机通过的气体通路上并联设有流量控制阀和止回阀；所述行星齿轮机构的齿圈的轴通过同步传动机构与发电-电动复合机或发电机或电动机相连，发电-电动复合机或发电机与变流器相连，变流器与其它负载相连；所述的储气装置为密闭的储气容器，在该储气容器上设有排气阀。

本文中的“托盘活塞摇摆式压缩机”与《曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机》中国专利申请号CN201410196991.5相同，但是在本系统中压送的流体为气体，该文件对托盘活塞摇摆式压缩机的工作原理和工作过程有较为详细的介绍和说明；在本文件中称之为托盘活塞摇摆式压缩机。

本文中的“托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机”与《托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机》中国专利申请号CN201410542626.5相同，但是在本系统中压送的流体为气体；本压缩-发动复合机的压缩机模式和发动机模式的换位是利用压缩空气通过压缩-发动机模式电磁换向阀切换驱动流体多位换向阀瞬间完成的，该文件对托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的工作原理和工作过程有较为详细的介绍和说明。

电动-发电复合机和托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机是具有做功能力和消纳功率两方面能力的原动-负载复合机，前者消纳功率产生电，后者前者消纳功率产生压缩气体。

上述的“传动机构”和“同步传动机构”都是指包括齿轮传动副或同步带传动轮副或链轮传动副组成的传动装置，该传动装置采用的转动箱、轴承、传动副和润滑系统等具体技术细节属于公知技术，本领域的技术人员能够自行解决。行星齿轮机构采用现有成熟技术构成，行星齿轮机构有三条转动轴允许扭矩的输入/输出，具有实现运动的合成与分解的能力，此外采用机械制动等方式来限制其中一条轴的转动，剩下两条轴进行传动，此时行星齿轮机构成为一级变速装置，并可以实现较大的传动比。三个主要传动元件齿圈、太阳轮和行星架之间的转速复合关系：其中k为齿圈与太阳轮的齿数比。有关行星齿轮机构采用的转动箱、轴承、传动副和润滑系统等具体技术设计细节属于公知技术，本领域的技术人员能够自行理解。

托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的作用是完成机械能与气体内能之间的相互转换；托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机与涡旋式复合机相比都是能够在一台机械设备上通过特定机构的变化完成压缩机和发动机两种工作模式，托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机都具有能量转换率高，转速调节容易，特别是容易做到低速运转，结构简单紧凑；所述的压缩机和发动机两种工作模式的转换可以在瞬间完成，处理规模大小皆宜，能耐较大的液体夹带量，制造成本低廉等诸多优点。本发明中，托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机与储气装置之间有两条气体通路，其中一条安装了止回阀(单向阀)，另一条通路安装了流量控制阀。当托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机处于压缩机模式时，流量控制阀完全关闭，气体只能经过止回阀从托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机流向储气装置。而当托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机处于发动机模式时，由于止回阀的作用，气体只能经过流量控制阀从储气装置流向托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机。

所述的电控制动器可以是电磁制动器或是其它电动执行机构组成的制动器。这些都是公知技术。在此值得提出的是在托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的压缩模式时，如果将其排气管路设置电动截止阀阻断活塞缸活塞排出压缩空气后，就构成托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的制动方式，该制动方式可以等同一个电控制动器的效果；当托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机与太阳轮的轴连接后，可以作为太阳轮的电控制动器，该制动方式具有电控性，柔性介入，制动功率很大的优点。在本实施例中在需要的时候，也确实利用托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机制动方式的功能，这将使系统简化，成本进一步降低。在太阳轮需要制动时推荐利用托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的制动方式。

作为风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统(以下简称综合系统)的进一步方案，所述的控制系统是在风力机、功能机与行星齿轮机构的行星架、太阳轮和齿圈的连接的轴上分别安装有行星架转速传感器、太阳轮转速传感器和齿圈转速传感器，所述储气装置内安装有气体压力传感器，所述风力机现场安装有流体速度传感器，所述的发电机或发电-电动复合机输出端安装有电流传感器，所述的托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的输出管路安装气体流量传感器；上述各传感器的输出信号分别通过导线与上位机相连；所述上位机还与所有电控制动器、流量控制阀和变流器相连。

作为本综合系统的进一步方案，在星齿轮机构的太阳轮的轴上设置调速电机，调速 电机与上位机相连。本方案利用调速电机替代电控制动器可以通过调整太阳轮的转速精确控制发电机或发电-电动复合机的转速。

作为本综合系统的进一步方案，在风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统增设压缩-膨胀空气冷却-加热系统，该压缩-膨胀空气冷却-加热系统包括储气容器、蓄水罐、混水注入机构、温度控制器、冷-热交换器、汽水分离板、回水圆桶和循环泵；储气容器为圆柱形的密闭罐体，在储气容器上部中心位置设置回水圆桶，回水圆桶与储气容器内壁之间的环状空隙中设置混水注入机构的环状布置数个喷嘴，在喷嘴的下面的回水圆桶与储气容器内壁之间的环状空隙中设置的压缩空气接口，压缩空气接口与托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机连接的气体通路连接，压缩空气接口还设置在储气容器的圆柱形的罐体的切线位置，压缩空气出口设置在储气容器顶部回水圆桶的上端，压缩空气出口设有截止阀；汽水分离板为圆锥帽型式，在储气容器内的中间高度的位置利用支架设置汽水分离板，汽水分离板的外径小于储气容器的内径，汽水分离板与圆柱形的储气容器的铅垂轴线重合；在储气容器设有控制储气容器内温度的温度控制器，温度控制器与温度传感器连接，以接收温度传感器的信号，温度控制器设置于混水注入机构连接的水通路中，以根据信号控制混水注入机构的工作状态；蓄水罐与储气容器下部的通过水通路连接，蓄水罐下部通过水通路连接的循环泵入口，循环泵的出口通过水通路连接混水注入机构，冷-热交换器设置在水通路中；储气容器和蓄水罐上部设有的平衡气管相互连接；蓄水罐设有进排水管路口，蓄水罐为密闭的蓄热水罐或蓄冷水罐。压缩空气进入储气容器后围绕圆锥帽形成旋流，水滴由于离心力较大而被甩在储气容器的内壁上得以分离。

压缩-膨胀空气冷却-加热系统是物理学中一个热泵系统。本综合系统的压缩空气储存和驱动发电工作流程分为储能和释能两个过程，储能过程是采用可再生能源产生的电能或电站低谷电能将空气压缩到高压乃至超临界状态，同时存储压缩热，并利用已存储的冷能将高压或超临界空气冷却、液化后储存在低温绝热容器中，从而实现电能以压缩空气形式的存储；释能过程则是在用电高峰时，高压或液态空气加压后经过换热器吸热至超临界状态，气化过程释放的冷能被回收、存储，随后高压空气进一步吸收存储的压缩热，升温后进入膨胀式发动机做功并驱动电机发电，实现电能的释放。由于通过压缩-膨胀空气冷却-加热系统采用热泵原理将压缩过程产生的热量和气化过程释放的冷量进行储存，因而储能系统的效率明显改善，同时余热和废热的回收也有助于系统效率的提高。

在托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机作为压缩机工作模式，为了保证压缩机模式的效率需要尽量的把空气压缩释放的能量以最快的速度剔除并保存下来，这样可以使有限的压缩腔室和储存空间承放更多容量的能量，还避免封闭的容器的壁面冷热变化带来的材料疲劳强度的损耗，减少了由于储气室的温度升高导致压缩初始功耗的增加，防止压缩时活塞与活塞缸体滑动密封结构的材料的衰损和密封泄漏量增加，另外将这部分保存下来的热能可以为将来在发动机模式气体膨胀做功时需要提高气体压力贡献热量。

在托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机作为发动机工作模式，为了保证压缩机模式的效率需要尽量的把空气压缩的内能量以最快的速度进行最大限度的膨胀，这样可以使压缩气体在有限的压缩腔室做更多的功，还避免在托盘活塞式摇摆执行装置的活塞与活塞缸体滑动密封结构的壁面出现结冰的可能。

通过利用压缩空气空气冷却-加热系统对压缩过程的进气或排气的流体进行预处理可以满足托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机两种工作模式的上述技术要求，达到更完美的效果。

作为本综合系统的进一步方案，储气容器温度控制器包括互相连接的储气容器电磁阀和储气容器控制件；所述控制件接收温度传感器的信号，并根据信号控制电磁阀的开度，以控制混水注入机构的注水量。

作为本综合系统的进一步方案，在托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机与储气容器之间的管路上还设有用于将传输的压缩空气热交换的气-水管换热系统，气-水管换热系统包括第一交换器、气-水管蓄水罐、气-水管循环泵和水通路，第一交换器的出口通过水通路连接气-水管蓄水罐入口，气-水管蓄水罐出口通过水通路连接冷-热交换器的入口，冷-热交换器的出口通过水通路连接气-水管循环泵的入口，气-水管循环泵的出口通过水通路连接第一交换器的入口。

本技术方案的第一交换器是一种气-水换热器。作为一个特例，本技术方案利用托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机外夹套作为冷-热交换器(参见托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机专利申请文件)，在外夹套里通过一定流速的水直接加热固定托盘及储气室中的空气，当从外夹套中流出的液体达到一定温度后可以作为热源使用，压缩空气被冷却有利于增加储存压缩空气容器的能力。在发动机模式时对于压缩空气采用热水或废热气流加热，有利于增加气体利用效率，并防止活塞缸体表面结冰。

作为本综合系统的进一步方案，所述的托盘活塞摇摆式压缩机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机为多级压缩-发动系统，多级压缩-发动系统是指包括气路串联的数个托盘活塞式摇摆执行装置。

作为本综合系统的进一步方案，每个相邻的两级托盘活塞式摇摆执行装置之间还设有用于将传输的压缩空气热交换的第二交换器，第二交换器设置在第一交换器的出口连接气-水管蓄水罐之间。

作为本综合系统的进一步方案，在气-水管换热系统中设有的冷-热交换器为水-水热泵和/或空气冷却水塔和/或空冷管翅片换热器；冷-热交换器串联在在气-水管循环泵和第一交换器之间的水通路中。本方案通过水-水热泵可以获得更高温度的高品位的热能；利用空气冷却水塔可以通过免费的空气降低或加热水温以利于本综合系统在高效率下运行；利用空冷管翅片换热器可以通过免费的空气降低或加热水温以利于本综合系统在高效率下运行，同时还可以获得合适的温度的空气满足空调的要求。

作为本综合系统的进一步方案，在压缩-膨胀空气冷却-加热系统中设有的冷-热交换器为水-水热泵和/或空气冷却水塔和/或空冷管翅片换热器，水-水热泵是循环泵和冷-热交换器之间的水通路中；循环泵的出口通过自动调节阀与空气冷却水塔的入口连接，空气冷却水塔的出口通过增压泵与循环泵进口连接；在蓄水罐中设有液位计，液位计还与上位机相连。当蓄水罐的循环水进行管路系统外运行时，本方案能够对管路系统内的循环水的进行补充。

本发明通过设置行星齿轮机构的2个或3个电控制动器中限制其中一个传动元件可以构成至多三种基本传动组合的综合系统；每种综合系统由于采用风力机、电动机、发电-电动复合机或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机多种形式的功能机组合，可以构成诸多相互切换的工作模式；特别是本综合系统的以托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机为能量相互转化的媒介，可以实现了风能-机械能-气体内能-电能之间的可跨越式的相互转变； 作为本综合系统的风力机和各种功能机组合的工作模式结合以下的具体实施例进行论述。

本综合系统与现有空气储能和/或发电系统以及其它综合系统技术相比的有益效果是：

本发明不需要复杂的机械和系统，控制的传感器和检测仪表比较简单，特别是托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的成本较低，比较其他压缩机械能够承受较大的液击，比较化学储能成本大大降低，可以在低速运行中承受较大的负载，使用寿命增加数倍。

本综合系统能够实现以下功能：

1、可以将风能直接转化为电能输出；

2、可以将风能直接转化为压缩空气输出和储存及蓄热；

3、可以在发电的同时将多余的风能以压缩空气的形式储存起来并可以做到热电联产；

4、即使在风力低于负载启动风速时，也可以利用储存的压缩空气启动风力机，并且利用风力机在低速风能中获取能量，达到混合动力发电并可以做到热电联产；

5、可以在无风时利用储存的压缩空气转化成电能并蓄冷；

6、可以利用低谷时，低价格的火电和核电生产电能并以压缩空气的形式储存起来并可以制热，在用电高峰时发电并可以蓄冷；

7、可以在无风可用时，利用电网输入的电能生产压缩空气供给不能间断的用户并可以蓄热。

作为具体使用例的更进一步说明，本发明可以作为运输工具的压缩空气驱动系统，发动机模式用于该运输工具行驶牵引，压缩机模式可以满足该运输工具生成和储存压缩空气功能，我们可以将运输工具的车轮系统视为惯性驱动轮系-负载动力轮系复合机，在运输工具行走中需要减速或制动时，通过压缩机模式和发动机模式的换位可以将减速或刹车时产生的惯性能量驱动摇摆活塞片压缩的气体收集储存为压缩空气能，该压缩空气将来还可以在驱动车轮前进时继续使用，如果在城市市区内行驶，从理论估计可以节约能量20％左右；压缩机和发动机模式的切换时间可在数秒内完成，基本可以实现极短缝隙切换，低于其它现有技术的压缩机和膨胀式发动机模式的切换时间数百倍，可以满足运输工具的要求。还可以作为利用压缩空气储能的备用电源，预计其造价仅为铅酸蓄电池的三分之一，锂电池的八分之一。

作为具体使用例更进一步说明，本发明可以改变现有的风电布局为风气电水布局，优先发展分布式风压气动力驱动和储存系统，利用本综合系统带动电动-发电复合机做到热电联产并可以直接生产压缩空气，能够忽略风力发电-输送效率-电动机的占总效率30％-40％的损失，降低生产成本，减少有形化石资源变成无形的窒息的有毒气体的可能，该压缩空气的储能系统具有无限次循环和低污染特点，特别是利用可能的弃风或暂时无法消纳时风能制造并储存压缩空气，同时还可以制热，在有需求时利用压缩空气发电创造价值并可以制冷，满足众多用户多种需求。

作为具体使用例更进一步说明，本发明可以利用火电或核电发电厂的峰谷电价的差额进行谋利，提高火电发电厂运行的效益。现有火电能源的压缩空气储能转换效率已经达到52％，采用本压缩-发动复合机和电动-发电复合机组成火电能源的压缩空气储能转换效率理论上可以达到75％以上，如果能够享受中国国家海上风电电价0.72-o.85元/kw.h 的优惠政策，由于本系统造价较现有压缩空气储能系统预计降低20％左右，本系统在利用低谷火电或核电的基础上将有较大的经济效益。

作为具体使用例更进一步说明，本综合系统可以直接利用储气容器中的压缩空气给下游产业使用，例如，本综合系统实施例在污水处理厂使用时，通过本综合系统将风能转变成压缩空气，用压缩空气供给活性污泥细菌去消化污水中的有机质；也可以通过本综合系统将电网低谷期的电能代替风能获得压缩空气。

本综合系统作为间歇性、不确定性的可再生能源的利用和储存，低谷电力资源的储存和再利用，具有经济性、安全性、零排放和高效性，特别是在外部环境剧烈变化的条件下，可以长时间连续工作且具有较高的可靠性。

附图说明

图1是本综合系统的实施例1的结构成示意图；

图2是实施例1的变流器电路原理图；

图3是实施例1系统信号流程图；

图4是实施例1系统控制流程图；

图5是本综合系统的实施例2的结构成示意图；

图6是实施例2系统控制流程图；

图7是实施例2系统信号流程图；

图8是本综合系统的实施例3的结构成示意图；

图9是实施例3系统控制流程图；

图10是本综合系统的实施例4的结构成示意图；

图11是实施例4系统控制流程图；

图12是储气容器的结构成示意图；

图13是图1的俯视图。

其中：1-风力机，2-电磁制动器I，3-行星架转速传感器，4-行星架，5-行星齿轮，6-齿圈，7a-皮带轮A，7b-皮带轮B，8-太阳轮，9-同步传动机构，10-齿圈转速传感器，11-发电机，11a-发电-电动复合机，12-变流器，13-输出信号，14-电流传感器，14a-气体流量传感器，15-负载，16a-齿轮A，16b-齿轮B，17-电磁制动器II，17a-电，18-传动机构，19-电磁制动器III，20-太阳轮转速传感器，21-托盘活塞摇摆式压缩机，21a-托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机，22-托盘活塞式摇摆执行装置，23-第一交换器，24-止回阀，25-流量控制阀，26-气-水管蓄水罐，27-气-水管循环泵，28-空冷管翅片换热器，29-自动调节阀，30-液位计，31-空气冷却水塔，32-增压泵，33-循环泵，34-蓄水罐，35-储气容器，36-喷嘴，37-平衡气管，38a-储气容器电磁阀，38b-储气容器控制件，38c-温度传感器，39-气体压力传感器，40-流体速度传感器，41-冷却气流，42-第二交换器，43a-多级压缩-发动的托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机，44-水-水热泵，45-排气阀，46-压缩空气出口，47-压缩空气进口，48-汽水分离板，49-水通路出口，50-回水圆桶，51-喷嘴接管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的综合系统作进一步的描述。

在图1至4，图12至13中，显示了本综合系统的实施例1。

一种风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统，包括风力机1、行星齿轮机构、功能机和控制系统，功能机为发电机11、托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机21a；托 盘活塞摇摆式压缩-发动复合机包括单级托盘活塞式摇摆执行装置、驱动流体控制系统和气动换位/气流换向阀，行星齿轮机构包括行星齿轮5、行星架4、太阳轮8和齿圈6；风力机和两个功能机在行星齿轮机构上采用机械耦合式相连，风力机通过电磁制动器I2与行星齿轮机构的行星架4的轴相连，所述行星齿轮机构的太阳轮8的轴通过传动机构18与托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机21a相连，所述太阳轮的轴上设有调速电机17a，托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机通过气体通路与储气装置相连；在托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机通过的气体通路上并联设有流量控制阀25和止回阀24；所述行星齿轮机构的齿圈6的轴通过同步传动机构9与发电机11相连，发电机与变流器12相连，变流器与其它负载15相连；所述的储气装置为密闭的储气容器35，在该储气容器上设有排气阀45。传动机构18为两个相互啮合的齿轮A16a和齿轮B16b传动，同步传动机构9为包括皮带轮A7a、皮带轮B7b和同步带组成的带传动；在电动机的轴上设有电磁制动器III19，控制电磁制动器III还与上位机相连。

所述的控制系统是在风力机、功能机与行星齿轮机构的行星架4、太阳轮7和齿圈6的连接的轴上分别安装有行星架转速传感器3、太阳轮转速传感器20和齿圈转速传感器10，所述储气装置内安装有气体压力传感器39，所述风力机现场安装有流体速度传感器40，所述的发电机输出端安装有电流传感器14，托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的输出管路安装压缩气体流量传感器14；上述各传感器的输出信号分别通过导线与上位机相连；所述上位机还与控制电磁制动器I2、调速电机17a、流量控制阀25和变流器12相连，压缩-发动复合机的电气控制也与上位机连接。

在风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统增设压缩-膨胀空气冷却-加热系统，该压缩-膨胀空气冷却-加热系统包括储气容器35、蓄水罐34、混水注入机构、温度控制器、冷-热交换器、汽水分离板48、回水圆桶50和循环泵33；储气容器为圆柱形的密闭罐体，在储气容器上部中心位置设置回水圆桶，回水圆桶与储气容器内壁之间的环状空隙中设置混水注入机构的环状布置数个喷嘴36，回水圆桶与储气容器内壁之间的环状空隙中设置的压缩空气接口47与托盘活塞摇摆式压缩机21或托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机21a连接的气体通路连接，压缩空气接口还设置在储气容器的圆柱形的罐体的切线位置，压缩空气出口设置在储气容器顶部，压缩空气出口设有截止阀；汽水分离板为圆锥帽型式，在储气容器内的中间高度的位置利用六个均布支架设置汽水分离板，汽水分离板的外径小于储气容器的内径，汽水分离板与圆柱形的储气容器的铅垂轴线重合；在储气容器设有控制储气容器内温度的温度控制器，温度控制器与温度传感器38c连接，以接收温度传感器的信号，温度控制器设置于混水注入机构连接的水通路中，以根据信号控制混水注入机构的工作状态；蓄水罐34与储气容器下部的水通路出口49连接，蓄水罐下部水通路出口连接的循环泵33入口，循环泵33出口通过接管51连接喷嘴，冷-热交换器设置在水通路中；储气容器35和蓄水罐34上部设有的平衡气管37相互连接；蓄水罐设有进排水管路口，蓄水罐为密闭的蓄热水罐或蓄冷水罐。

储气容器温度控制器包括互相连接的储气容器电磁阀38a和储气容器控制件38b；所述控制件接收温度传感器38c的信号，并根据信号控制电磁阀的开度，以控制混水注入机构36的注水量。

在托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机与储气容器之间的管路上还设有用于将传输的压缩空气热交换的气-水管换热系统，气-水管换热系统包括第一交换器23、气-水管蓄 水罐26、气-水管循环泵27和水通路，第一交换器23的出口通过水通路连接气-水管蓄水罐26入口，气-水管蓄水罐出口通过水通路连接冷-热交换器的入口，冷-热交换器的出口通过水通路连接气-水管循环泵的入口，气-水管循环泵的出口通过水通路连接第一交换器23入口。

在气-水管换热系统中设有的冷-热交换器为空气冷却水塔31；冷-热交换器串联在在气-水管循环泵和第一交换器23之间的水通路中。

在压缩空气空气冷却-加热系统中设有的冷-热交换器为空气冷却水塔31；循环泵33出口通过自动调节阀29与空气冷却水塔的入口30连接，空气冷却水塔的出口通过增压泵32与循环泵33进口连接。

在气-水管换热系统中设有的空气冷却水塔和在压缩-膨胀空气冷却-加热系统中设有的空气冷却水塔为同一个空气冷却水塔。

上位机输出数字信号用于根据压力、速度、速度差和流量传感器信号和发电机额定转速对比分析计算，控制电磁制动器I2和调速电机17a的工作状态(制动或释放、速度控制)，以及输出模拟信号用于控制流量控制阀25的开度，输出PWM信号控制变流器IGBT驱动信号输入端13，用以控制IGBT的开通与关断。

参考图2，本实施例1的本综合系统采用风力机、发电机和托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机组的组合，其系统控制流程是通过行星齿轮机构的2个电磁制动器和1个调速电机可以构成诸多组合的综合系统；可以构成以下4种相互切换的工作程序以便根据风能资源、负载等条件确定最佳的选择；本压缩-发动复合机的压缩机模式和发动机模式的换位是根据控制系统的指令利用压缩空气通过压缩-发动机模式电磁气流换向阀切换气动换位/气流换向阀瞬间完成的；图2中最下横线上每路的箭头旁边的数字为以下描述工作程序的代号。

1、当风力较大时，在满足发电机基本在恒速下运行的前提下，利用行星齿轮运动分解特性，释放行星架的电磁制动器I2，用太阳轮的调速电机17a控制发电机的转速，释放齿圈的电磁制动器III19，启动循环泵、气-水管循环泵和空气冷却水塔，打开空气冷却水塔的进水阀，当蓄水罐水位低于限位运行补水泵，风力机驱动发电机进行发电，风力机还同时驱动压缩-发动复合机进行压缩，以实现热电联产和储存空气，所述的压缩-发动复合机进入压缩机工作模式进行压缩，在本工作程序中同时获得电能和储存经过循环水降温的压缩空气，在本工作程序中利用第一交换器23对压缩空气和托盘活塞式摇摆执行装置的活塞缸体外壳进行冷却，气-水管循环泵将该管路中的热水储存在气-水管蓄水罐中，该热水通过空气冷却水塔排放热量；同时压缩空气在储气容器35中与循环水交换热量，循环泵将热水储存在蓄水罐中，该热水可以提供给热负载使用，另外可以通过自动调节阀29将循环水通过空气冷却水塔排放热量，系统的补水通过增压泵32补充；

2、当风能与发电机负载接近时(一般风能略大于发电机负载)，释放行星架的电磁制动器I2，利用控制调速电机17a转速，利用托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的制动方式制动太阳轮，达到限制太阳轮的转动的目的，释放齿圈的电磁制动器III19，本工作程序中风力机仅驱动发电机以获得电能；

3、当风力的速度低于启动风速，且大于运转风速时，释放行星架的电磁制动器I2-首次启动风力机时制动齿圈的电磁制动器III19，利用压缩-发动复合机进入发动机模式克服风力机的启动扭矩辅助启动风力机，启动风力机后释放齿圈的电磁制动器III19，利用调速电机17a控制发电机的转速，启动循环泵、气-水管循环泵和空气冷却水塔，打开空 气冷却水塔的进水阀，当蓄水罐水位低于限位运行补水泵，风力机与压缩-发动复合机联合驱动发电机进行发电，在本工作程序中通过流量阀控制恒定发电机随机转速，所述的压缩-发动复合机联合驱动发电机是指压缩-发动复合机以发动机工作模式为发电机发电提供助力，所谓助力是指：压缩-发动复合机的出力大小为发电机满足负载发电中风力机的出力不足的部分；此外利用压缩-膨胀空气冷却-加热系统获得冷量；

4、在无风时，制动行星架的电磁制动器I2和释放齿圈的电磁制动器III19，启动循环泵、气-水管循环泵和空气冷却水塔，打开空气冷却水塔的进水阀，当蓄水罐水位低于限位运行补水泵，压缩-发动复合机利用储存的压缩空气驱动发电机进行发电，即压缩-发动复合机以发动机工作模式运行，在本工作程序中通过流量阀控制恒定发电机随机转速；此外利用压缩-膨胀空气冷却-加热系统获得冷量。

本综合系统运行的基本原则是在满足技术要求下追求最大的经济效益：

1、优先满足发电；

2、发电时，发电机尽量保持恒定在额定转速；

3、实现风力机最大消纳的原则，发电富裕的能量以压缩空气的形式储存下来。

例如，本综合系统在以上四种工作程序之一运行时，第1中工作程序为优先级，不具备第1中工作程序时依次执行以下级别的程序，当恢复高一级的条件时，优先执行高一级的工作程序。当然如果另有技术要求则另当别论，不必执行上述三个基本原则。

参考图5至6，显示了本综合系统的实施例2。

本实施例2与实施例1的区别在于以下几点，其余与实施例1基本相同：

一种风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统，包括风力机1、行星齿轮机构、功能机和控制系统，功能机为发电-电动复合机11a、设有串联托盘活塞式摇摆执行装置的多级压缩-发动的托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机43a，托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机为多级串联的托盘活塞式摇摆执行装置、驱动流体控制系统和气动换位/气流换向阀，行星齿轮机构包括行星齿轮5、行星架4、太阳轮8和齿圈6；风力机和两个功能机在行星齿轮机构上采用机械耦合式相连，风力机通过电磁制动器I2与行星齿轮机构的行星架4的轴相连，所述行星齿轮机构的太阳轮8的轴通过传动机构18与托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机21a相连，所述太阳轮的轴上设有调速电机17a，托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机通过气体通路与储气装置相连；在托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机通过的气体通路上并联设有流量控制阀25和止回阀24；所述行星齿轮机构的齿圈6的轴通过同步传动机构9与发电-电动复合机11a相连，发电-电动复合机与变流器12相连，变流器与其它负载15相连；所述的储气装置为密闭的储气容器35，在该储气容器上设有排气阀45；在发电-电动复合机11a的轴上设有电磁制动器III19，控制电磁制动器III还与上位机相连。

所述的托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机为多级压缩-发动系统，多级压缩-发动系统是指包括气路串联的数个托盘活塞式摇摆执行装置22。

每个相邻的两级托盘活塞式摇摆执行装置之间还设有用于将传输的压缩空气热交换的第二交换器42，第二交换器42设置在第一交换器23的出口连接气-水管蓄水罐之间。

在气-水管换热系统中设有的冷-热交换器为水-水热泵44和空冷管翅片换热器28；冷-热交换器串联在在气-水管循环泵和第一交换器23之间的水通路中。

在压缩-膨胀空气冷却-加热系统中设有的冷-热交换器为水-水热泵44和空冷管翅片换热器28，水-水热泵的输入端换热器串联在循环泵33与冷-热交换器之间、气-水管循 环泵与第一交换器23的水通路中；增压泵32与水通路中的出口连接，增压泵为压缩-膨胀空气冷却-加热系统补水。

参考图6，本实施例2的系统控制流程是通过设置行星齿轮机构的3个电磁制动器中限制其中一个传动元件行星架或太阳轮可以构成三种基本组合的综合系统；本综合系统采用风力机、发电-电动复合机和多级压缩-发动的托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的组合，可以构成以下6种相互切换的工作程序以便根据风能资源、负载等条件确定最佳的选择；

1、当风力较大时，在满足发电机基本在恒速下运行的前提下，利用行星齿轮运动分解特性，释放行星架的电磁制动器I2，利用太阳轮的调速电机17a控制发电机的转速，释放齿圈的电磁制动器III19，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和空冷管翅片换热器，当蓄水罐的水位低于限位运行补水泵，风力机驱动发电-电动复合机进行发电，风力机还同时驱动压缩-发动复合机进行压缩，发电-电动复合机处于发电机工作模式，压缩-发动复合机处于压缩机工作模式，以实现热电联产和储存空气，本工作程序同时获得电能和储存经过循环水降温的压缩空气及热水或热能，在本工作程序中利用第一交换器23和对压缩空气和托盘活塞式摇摆执行装置的活塞缸体外壳进行冷却；

2、当风能与发电-电动复合机的发电机状态的负载接近时(一般风能略大于发电机状态的负载)，释放行星架的电磁制动器I2，利用控制调速电机17a转速和托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的制动方式，达到限制太阳轮的转动的目的，释放齿圈的电磁制动器III19，风力机驱动发电-电动复合机进行发电；

3、当风力的速度低于启动风速，且大于运转风速时，释放行星架的电磁制动器I2-首次启动风力机时制动齿圈的电磁制动器III19，利用压缩-发动复合机进入发动机模式启动风力机，启动风力机后释放齿圈的电磁制动器III19，利用调速电机17a控制发电-电动复合机的转速，启动循环泵、气-水管循环泵和空气冷却水塔，打开空气冷却水塔的进水阀，当蓄水罐水位低于限位运行补水泵，风力机与压缩-发动复合机联合驱动发电-电动复合机进行发电，在工作程序中压缩-发动复合机仅起助力作用，本工作程序通过流量阀控制恒定发电机随机转速，此外利用压缩-膨胀空气冷却-加热系统获得冷量；

4、在无风时，制动行星架的电磁制动器I2，释放齿圈的电磁制动器III19，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和空冷管翅片换热器，当蓄水罐的水位低于限位运行补水泵，压缩-发动复合机利用储存的压缩空气驱动发电-电动复合机进行发电，压缩-发动复合机以发动机模式运行，发电-电动复合机以发电机模式运行，本工作程序通过流量阀控制恒定发电-电动复合机的发电状态的随机转速，在转化成电能中兼得冷水及制冷量。

5、在无风时，制动行星架的电磁制动器I2，释放齿圈的电磁制动器III19，输入外网电力的发电-电动复合机驱动压缩-发动复合机进行压缩，实现储存空气并获得热水或热能，发电-电动复合机以电动机模式运行，压缩-发动复合机以压缩机模式运行，储存空气通过排气阀45供给其它负载，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和/或空冷管翅片换热器，当蓄水罐的水位低于限位运行补水泵。

6、当有风而无电力消纳负载时，释放行星架的电磁制动器I2，制动齿圈的电磁制动器III19，风力机驱动压缩-发动复合机进行压缩，以实现储存空气并获得热水或热能，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和/或空冷管翅片换热器，当蓄水罐的水位低于限位运行补水泵。

在图7至9中，显示了本综合系统的实施例3。

本实施例3与实施例1的区别在于：

一种风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统，包括风力机1、行星齿轮机构、功能机和控制系统，功能机为电动机1a、托盘活塞摇摆式压缩机21，托盘活塞摇摆式压缩机为单级托盘活塞式摇摆执行装置；行星齿轮机构包括行星齿轮5、行星架4、太阳轮8和齿圈6；风力机和两个功能机在行星齿轮机构上采用机械耦合式相连，风力机通过电磁制动器I2与行星齿轮机构的行星架4的轴相连，所述行星齿轮机构的太阳轮8的轴通过传动机构18与托盘活塞摇摆式压缩机21相连，托盘活塞摇摆式压缩机通过气体通路与储气装置相连；所述行星齿轮机构的齿圈6的轴通过同步传动机构9与电动机11相连；所述的储气装置为密闭的储气容器35，在该储气容器上设有排气阀45；在电动机的轴上设有电磁制动器III19，控制电磁制动器III还与上位机相连。

参考图8，本实施例2的系统控制流程是通过设置行星齿轮机构的2个电磁制动器中限制其中一个传动元件行星架或太阳轮可以构成两种基本组合的综合系统；本综合系统采用风力机、电动机和托盘活塞摇摆式压缩机的组合，电动机为变频调速电动机，可以构成以下3种相互切换的工作程序以便根据风能资源、负载等条件确定最佳的选择；

1、当风力较大时，在满足托盘活塞摇摆式压缩机的最大压缩空气产出量的转速下运行的前提下，利用行星齿轮运动分解特性，释放行星架的电磁制动器I2，制动齿圈的电磁制动器III19，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和空冷管翅片换热器，当蓄水罐的水位低于限位运行补水泵，风力机驱动托盘活塞摇摆式压缩机进行压缩，以实现储存空气和蓄热，本工作程序获得热能，并储存经过循环水降温的压缩空气，在本工作程序中利用第一交换器23对压缩空气和托盘活塞式摇摆执行装置的活塞缸体外壳进行冷却；

2、当风力的速度低于启动风速，且大于运转风速时，释放行星架的电磁制动器I2-启动风力机时制动齿圈的电磁制动器III19，启动风力机后释放齿圈的电磁制动器III19，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和空冷管翅片换热器，当水位低于蓄水罐的限位运行补水泵，风力机与电动机联合驱动托盘活塞摇摆式压缩机进行压缩，以实现储存空气和蓄热，本工作模式根据负载(压缩空气的需求)通过调速电机17a控制恒定托盘活塞摇摆式压缩机的随机转速；

3、在无风时，制动行星架的电磁制动器I2，释放齿圈的电磁制动器III19，利用输入外网电力的电动机驱动托盘活塞摇摆式压缩机进行压缩，实现储存空气和蓄热，储存空气通过排气阀45供给其它负载，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和/或空冷管翅片换热器，当水位低于蓄水罐的限位运行补水泵。

在图10至11中，显示了本综合系统的实施例4。

本实施例4与实施例1的区别在于：

一种风力发电和/或压缩-压缩空气储存或发电综合系统，包括风力机1、行星齿轮机构、功能机和控制系统，功能机为发电-电动复合机11a、托盘活塞摇摆式压缩机21，托盘活塞摇摆式压缩机为单级托盘活塞式摇摆执行装置；行星齿轮机构包括行星齿轮5、行星架4、太阳轮8和齿圈6；风力机和两个功能机在行星齿轮机构上采用机械耦合式相连，风力机通过电磁制动器I2与行星齿轮机构的行星架4的轴相连，所述行星齿轮机构的太阳轮8的轴通过传动机构18与托盘活塞摇摆式压缩机21相连，所述太阳轮的轴上设有调速电机17a，托盘活塞摇摆式压缩机通过气体通路与储气装置相连；所述行星齿轮机构 的齿圈6的轴通过同步传动机构9与电动机11相连，发电-电动复合机与变流器12相连，变流器与其它负载15相连；所述的储气装置为密闭的储气容器35，在该储气容器上设有排气阀45。

在电动机的轴上增设电磁制动器III19，控制电磁制动器III还与上位机相连.

参考图11，本实施例4的系统控制流程是通过设置行星齿轮机构的2个电磁制动器中限制其中一个传动元件行星架或太阳轮可以构成三种基本组合的综合系统；本综合系统采用风力机、发电-电动复合机和托盘活塞摇摆式压缩机21，可以构成以下4种相互切换的工作程序以便根据风能资源、负载等条件确定最佳的选择；

1、当风力较大时，在满足托盘活塞摇摆式压缩机的最大压缩空气产出量的转速下运行的前提下，利用行星齿轮运动分解特性，释放行星架的电磁制动器I2，释放齿圈的电磁制动器III19，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和空冷管翅片换热器，当蓄水罐的水位低于限位运行补水泵，风力机驱动发电-电动复合机进行发电，风力机还驱动托盘活塞摇摆式压缩机进行压缩，以实现储存热电联产和储存空气，在本工作程序中利用第一交换器23对压缩空气和托盘活塞式摇摆执行装置的活塞缸体外壳进行冷却；

2、当风力的速度低于启动风速，且大于运转风速时，释放行星架的电磁制动器I2-启动风力机时制动齿圈的电磁制动器III19，启动风力机后释放齿圈的电磁制动器III19，托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机采取制动方式，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和空冷管翅片换热器，当水位低于蓄水罐的限位运行补水泵，风力机驱动发电-电动复合机进行发电，本工作程序根据负载和风力强度通过控制调速电机17a达到恒定发电-电动复合机的转速；

3、当风力的速度低于启动风速，且大于运转风速时，释放行星架的电磁制动器I2-启动风力机时制动齿圈的电磁制动器III19，启动风力机后释放齿圈的电磁制动器III19，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和空冷管翅片换热器，当水位低于蓄水罐的限位运行补水泵，风力机和发电-电动复合机联合驱动托盘活塞摇摆式压缩机进行压缩，本工作程序根据负载(压缩空气的需求)通过调速电机17a控制恒定托盘活塞摇摆式压缩机的转速，以实现储存稳定输出的空气流量和热量；

4、在无风时，制动行星架的电磁制动器I2，释放齿圈的电磁制动器III19，利用输入外网电力的电动机驱动托盘活塞摇摆式压缩机进行压缩，实现储存空气，储存空气通过排气阀45供给其它负载，启动循环泵和气-水管循环泵，启动水-水热泵和/或空冷管翅片换热器，当水位低于蓄水罐的限位运行补水泵。

显而易见，各种实施例中的有关技术特征在权利保护范围内可以合理的互换，组合和省略。