风力提水蓄能发电装置

1.本发明属于一种新能源发电装置，尤其是风力提水蓄能发电领域。


背景技术：

2.目前，公知的风力发电、水力发电装置都无法很好的解决新能源发电的波动性、随机性的影响，其作为后备容量并入电网风险大。
3.现存的风力提水蓄能发电装置大多存在投资建设费用高，占地面积大、水资源利用浪费严重、适用场合较单一等问题。
4.为了解决新能源发电的波动性和随机性造成的并网困难以及风力提水蓄能发电装置适用场合单一的问题。


技术实现要素：

5.本发明采用耦合发电方式，弥补了风力单独发电带来的随机性、不稳定性影响；采用储水蓄能方式，使不连续的能量变得可控，使能量最终可以连续、均匀地释放，解决了新能源发电技术成熟但受自然资源影响较大的问题。
6.本发明适用于海岛、峡谷等风、水资源丰富地区，同样可用于风能大的农田等地区，可根据当地实际需求，选择最优设计方法。如若是海岛或峡谷等风水资源丰富的地区，可设计为大容量水箱且该联合系统发电后的水可排入水泵抽水管处，以供重复利用；如若建设在乡村，则可在水轮机组出水管处加装喷头，方便农田灌溉。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该装置由风力提水、蓄水储能、水力发电3部分组成。风轮由与风机轴连接的叶片支架和安装在叶片支架上的叶片构成。当风吹向叶片时，风轮在风的吹动下转动，叶片得到升力，风轮在叶片的升力作用下驱动风轮旋转，将风的流动能转换成旋转的机械能，风轮主轴经齿轮箱调速，曲轴带动水泵作用，在动力的作用下由低处向高处送水。根据当地实际风能及用电高峰期负荷大小、水轮机容量、水箱出水管型号设计、水箱大小等设置上水位传感器与下水位传感器。上水位传感器连接控制器，当水位达到时，上水位传感器发出信号到达控制器，控制器控制水泵停止工作。控制器连接下水位传感器、外界电网以及水箱底部阀门，当水位达到下水位传感器处且外部电网发出缺额信号时，控制器发出信号，控制水箱底部阀门开启。水流通过水箱出水管进入水轮机组，机组进行工作，输出稳定的电能，保证电网稳定运行。
8.风力提水部分主要由风力机风轮、齿轮箱和水泵组成。风轮由风机轴，与风机轴连接的叶片支架和安装在叶片支架上的叶片构成。对于风力机风轮的设计，联合发电系统方案根据结构特征、实际环境等多方面考量，选取垂直轴风力机作为风力抽水系统的主要结构，能很好地适应风力-抽水蓄能发电系统的运行和维护。由于升力型的垂直轴风力发电机叶片在旋转过程中，随着转速的增加阻力急剧减小，升力增大，其效率要比阻力型的高很多，且不受体积限制，所以本方案选用大型升力达里厄型风力提水机。其中，叶片设计为直线翼型，相对于曲线翼型，没有扭曲也没有变截面，形状简单，加工容易，成本低，可以获得
较好的自启动性。水泵则选取技术成熟的离心式水泵，具有高效节能、安装与维修方便、运行平稳和安全可靠等优势。
9.考虑系统建设占地面积以及建设位置处于较高地势，蓄水储能系统选取了较为稳定的柱式储水装置，与上水位传感器连接的控制器负责控制水泵工作，与下水位传感器、外部电网、阀门连接的控制器负责控制水箱出水，以此来保证水轮机发出连续的、高质量的电能。
10.通过测试当地风资源的日平均水平，从而确定最终水轮机的容量及水力发电部分的布局；根据这样容量的水轮机组设计合理的储水蓄能部分的尺寸、形式等，以保证在负荷高峰时能够维持电网稳定的同时，减少其建设投资与工程量，提高该联合系统的经济性。
11.本发明的有益效果：可以解决风力发电、水力发电波动性随机性造成致使其作为后备容量并网困难的问题，解决现有风力提水蓄能发电装置使用场景单一，灵活性小的问题。
附图说明
12.图1是本发明的结构示意图。
13.图中1.叶片﹐2.主轴，3.曲轴﹐4.叶片支架，5.齿轮箱，6.水泵，7.水泵进水管﹐8.水箱进水管﹐9.水箱，10.上水位传感器，11.下水位传感器，12.控制器，13.控制器，14.水箱阀门，15.水箱出水管，16.水箱支架，17.水轮机组
具体实施方式
14.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
15.一种风力提水蓄能发电装置，包括叶片(1)，主轴(2)，曲轴(3)，叶片支架(4)，齿轮箱(5)，水泵(6)，水泵进水管(7)，水箱进水管(8)，水箱(9)，上水位传感器(10)，下水位传感器(11)，控制器(12)，控制器(13)，水箱阀门(14)，水箱出水管(15)，水箱支架(16)，水轮机(17)；其特征是：风轮通过齿轮箱(5)、曲轴(3)与水泵(6)相连，水泵通过水箱进水管(8)与水箱(9)相连。水箱内的上水位传感器(10)通过控制器(12)与水泵相连，控制器(13)连接下水位传感器(11)、外电网，控制水箱阀门(14)。水箱出水管(15)与水轮机组(17)相连。
16.当风吹向叶片(1)时，叶片(1)得到升力，将风的流动能转换成旋转的机械能，风轮主轴(2)经齿轮箱(5)调速，曲轴(3)带动水泵(6)作用，在动力的作用下经由水箱进水管(8)由低处向高处的水箱(9)送水。
17.水箱(9)内部分别装设有上水位传感器(10)与下水位传感器(11)，控制器(13)连接下水位传感器(11)、外界电网以及水箱底部阀门(14)，当水位达到下水位传感器(11)处且外部电网发出缺额信号时，控制器(13)发出信号，控制水箱底部阀门(14)开启。水流通过水箱出水管(15)进入水轮机组(17)，机组进行工作，输出稳定的电能，保证电网稳定运行。当电网缺额信号消失时或者水位降至下水位传感器(11)以下时，水箱底部阀门(14)关闭。
18.上水位传感器连接控制器(12)，当水位达到时，上水位传感器(10)发出信号到达控制器(12)，控制器控制水泵(6)停止工作。


技术特征：
1.一种风力提水蓄能发电装置，由风力提水系统、蓄水储能系统和水力发电系统组成，其特征是:当风吹向叶片(1)时，风轮在风的吹动下转动，将风的流动能转换成旋转的机械能，风轮主轴(2)经齿轮箱(5)调速，曲轴(3)带动水泵(6)作用，将水送至水箱(9)中，水箱(9)内与上水位传感器(10)、下水位传感器(11)连接的控制器(13)、控制器(12)分别控制水泵(6)抽水与水箱(9)出水；当上水位传感器(10)工作时，水泵(6)停止工作，当外部电网功率缺额且下水位传感器(11)工作时，水箱出水阀门(14)打开，水轮机组(17)开始工作，向外电网提供高质量电能。2.根据权利1所述的风力提水蓄能装置，其特征在于上水位传感器(10)连接控制器(12)，当水位达到时，上水位传感器(10)发出信号到达控制器(12)，控制器(12)控制水泵停止工作；控制器(13)连接下水位传感器(11)、外界电网以及水箱底部阀门(14)，当水位达到下水位传感器(11)处且外部电网发出缺额信号时，控制器(13)发出信号，控制水箱底部阀门(14)开启，水流通过水箱出水管(15)进入水轮机(17)，水轮机组(17)进行工作，输出稳定的电能，保证电网稳定运行，而当电网缺额信号消失时或者水位降至下水位传感器(11)以下时，水箱底部阀门(14)关闭。3.根据权利1所述的装置，其特征在于风力提水部分采用升力型垂直轴风机，风轮由风机轴(2)与风机轴连接的叶片支架(4)和安装在叶片支架(4)上的叶片(1)构成，叶片设计为直线翼型，风轮通过齿轮箱(5)、曲轴(3)与水泵(6)相连，水泵(6)通过水箱进水管(8)与水箱(9)相连。

技术总结
本发明提出了一种风力提水蓄能发电装置。该装置包括风力提水系统、蓄水储能系统和水力发电系统3部分，当风吹向叶片时，风轮在风的吹动下转动，将风的流动能转换成旋转的机械能，风轮主轴经齿轮箱调速，曲轴带动水泵作用，将水送至水箱中。当水位到达下水位传感器且外部电网给出缺额信号时，控制器控制水箱阀门打开；水位到达上水位传感器时，控制器控制水泵停止工作。本发明采用耦合发电方式，既弥补了传统风力，水力发电带来的电能质量差，作为后备容量并入电网风险大的问题，又解决了现存风力提水蓄能发电设备受地理环境影响大、一次投入高的问题。入高的问题。入高的问题。


技术研发人员：惠鑫海 朱显浩 刘晞 朱永强
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2022.10.10
技术公布日：2022/12/12