[發明專利]風能儲存動力發電方法和設備

無效

• 申請號: 01115973.1
• 申請日: 2001-06-15
• 公開（公告）號: CN1392341A
• 公開（公告）日: 2003-01-22
• 發明（設計）人: 于靜前;陳明;陳洪斌;袁欣;馬力軍
• 申請（專利權）人: 北京歐泰克斯科技發展有限公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D9/02;F03D3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 張占榜,朱黎光

本發明涉及一種發電方法和設備，特別是一種風能儲存動力發電方法和設備。

風能是世界上最廉價、最清潔的一種能源。現有的使用最廣泛的利用風能的設備是三葉輪風力發電機，它采用三葉輪傳動機構，自然風作用在葉片上，使傳動機構產生轉矩，帶動發電機發電，這實際上是風能---機械能---電能的轉換方式。但從現有的三種主要的風力發電機的各項主要性能指標中可以看出，啟動風速V_q較大，最低為3m/s，即V_q≤3m/s時發電功率W為零。另外現有的三葉輪風力發電機產生最大發電功率時的風速V_m均過大，均超過13m/s，而根據哈爾濱、沈陽、龍口、錫蘭浩特等幾個城市五年的逐日風速記錄，沒有一天達到該風速值。另外，當風速超過V_m時，發電機的功率并沒有增加，而風速達到臨界風速V_L時必須將葉輪轉軸與發電機轉子斷開，以保護發電機不受損壞。這充分說明，當風速超過V_m之后產生了“風屏效應”。使得豐富的風力資源得不到利用。另外在通常的三葉輪發電機中，都將葉輪的葉片端部設計成尖角形，其目的是在葉片轉動時產生類似“劈”的作用，盡可能減少旋轉阻力。但是葉輪的葉片遠離轉動軸的迎風面積則減少了，這對于要求產生大的力矩是極為不利的。例如德國與我國河南省一個單位研制成的峰值500KW(即風速為最大風速V_m時的發電功率)安設在錫蘭浩特的三葉輪風力發電機，為了取得大轉矩，其葉輪直徑竟達49m，葉輪端部仍為尖角形，最寬處仍在中間部位。現有的三葉輪傳動機構之所以產生“風屏效應”以及采取“犧牲轉矩”的措施將葉片端部設計成尖角形，是為了換取葉輪良好的旋轉效果。這種以失換得的做法并不能獲得大轉矩的極高的傳動效率。另外，現行的三葉輪傳動機構，不論它的“風屏效應”或是葉片端部設計成尖角形狀，都與空氣動力學緊密相關。這使得其動態過程的形態十分復雜，甚至無法借助理論分析準確描述其動態過程的形態。

在日本任松海濱公園的三葉輪風力發電機的裝機容量為100kw，在無風時發電功率為零，風速大則發電功率大，最大風速15m/s時發電功率達最大值100kw。發電功率最高的12月份為20913kw·h相當于28kw的發電機滿負荷運行31天的發電量；發電量最少的8月份，發電量為2761kw·h只相當于3.7kw的發電機滿負荷運行31天的發電量。所述日本的風力發電機，其年發電量為109183kw·h相當于12.5kw的發電機滿負荷運行一年的發電量，這表明發電量裝機容量的年平均利用率僅為12.5％，這實在是太低了。而且這樣一臺三葉輪風力發電機的造價平均最低1.5億日元，因此浪費是巨大的。

在公開號為CN1171490.A的發明申請中公開了一種風力儲能發電機，其目的是在任何風力情況下都能充分利用風能進行發電，其中風輪和發電機不是直接連接，是在風輪和發電機之間加一儲能環節。其設計思想優于前述的三葉輪風力發電機，但其儲能環節是由風輪經齒輪直接帶動一臺空壓機向儲氣缸輸送壓縮空氣。不論儲能氣輪機或發電氣輪機工作壓強是否相同，但在其工作時都產生容積損失，由于空壓機的額定排氣壓強和排氣氣量的設定值取決于空壓機的軸轉矩和轉速，這樣就很難保證保持對儲氣缸提供儲氣壓強和補充容積損失，也就是說，在容積損失的過程中不能保證工作氣缸中的工作壓強始終為恒定。

在公開號為CN1061262.A的發明專利中公開了另一種豎式風槳筒利用自然風力儲存壓縮空氣發電的方法和設備。其優點是無風向問題，但體積過于龐大，而且風速是與諸多因素有關的無規律的隨機變量，如今還找不到具備能隨風速大小改變自身參數的豎式風槳筒。另外，空壓機的軸功率和轉速根據某一風速一經確定，就無法與變化了的風速相匹配。例如根據某一風速下確定了豎式風槳筒的尺寸和空壓機的軸功率及轉速，則在低于這一風速的風速下空壓機就不能工作，高于這一風速許多時，空壓機就很難安全運轉。所以上述技術只能覆蓋很小的風速域。此外，一個工作良好的風力發電機系統除去發電機維修以外，應當不停止地正常運行，這就要求保證帶動發電機運轉的氣輪機始終在恒定壓強下工作，而在上述申請中氣輪機的容積損失實際上是由儲氣缸來補充的，這勢必要在儲氣缸和氣輪機之間設置一個“具有減壓功能的、又有極高隨機響應的、確保能滿足氣輪機的容積損失的高精度的電液伺服閥”和與之不可少的“電液伺服隨動控制系統”。但目前還沒有大流量的特別是控制氣體流量的還具備減壓功能的伺服閥，“電液伺服隨動控制系統”的造價又極其昂貴。因此很難確保發電機不間斷地正常運行。