[發明專利]利用風力發電的系統及方法

無效

• 申請號: 200810135337.8
• 申請日: 2008-07-31
• 公開（公告）號: CN101639049A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 趙研峰;吳學智;姚吉隆;克晶
• 申請（專利權）人: 西門子（中國）有限公司
• 主分類號: F03D9/02
• 分類號: F03D9/02;F03B13/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及風力發電領域，特別是涉及一種利用風力發電的系統以及一種利用風力發電的方法。

背景技術

風力是一種清潔的、永不枯竭的能源，利用風力來發電是世界上快速發展的一種發電方式。圖1是一種風力發電系統的框圖。如圖1所示，該風力發電系統包括風車系統、齒輪箱以及異步發電機，其中，風車系統包括多個風車，每個風車將風能轉化為機械能后，通過一個齒輪箱傳動至一個異步發電機，由異步發電機將機械能轉化為電能。異步發電機所產生的電聯入電網，再輸送至各個用戶家中。如果是家庭用的小型風力發電系統，異步發電機所產生的電可以直接連接至家庭的供電系統。

發電機是風力發電系統的核心部分。風力發電系統所用的發電機通常包括恒速恒頻發電機和變速恒頻發電機。恒速恒頻發電機的定槳距控制系統通過失速控制來保持發電機的速度恒定，進而保證輸出電壓的頻率和幅值恒定。但是，定槳距控制系統所能適用的風速范圍相對較小，因此對風能的利用率相對較低。

變速恒頻發電機能夠適用的風速范圍較大，可以最大限度地捕捉風能，提高風能的利用效率。變速恒頻發電機所使用的永磁同步電機或雙饋電機是風力發電的發展趨勢。但是，變速恒頻發電機的費用遠比恒速恒頻發電機昂貴。

另外，恒速恒頻發電機和變速恒頻發電機都需要使用價格昂貴的逆變器，并且逆變器在上述風力發電的應用中容易損壞。因此，上述風力發電系統不僅需要很高的設備成本，而且也需要很高的后期維護成本。

中國專利申請200610026128.0公開了一種風力水力聯合發電的方法。該專利申請將風力提水與水力發電相結合，利用現有的小型水電站，在其大壩附近安裝一臺或多臺中揚程灌溉型變扭矩泵滾子泵風力提水機，將水從下游提升到上游(包括多級提升)，再同正常發電的水一起推動水輪機發電。由于水輪機、發電機以及輸變電設備都是水電站已有的設備，所需增加的投入只有風力提水機及相應的提水管線，因此可以降低設備成本。并且，該方案不需要上述恒速恒頻發電機和變速恒頻發電機所用的逆變器，所以還降低了后期維護成本。

上述專利申請200610026128.0要求所使用的滾子泵的速度隨著風速的變化而變化。一般而言，風速的變化范圍大約在6米/秒到18米/秒，所以滾子泵的速度也需要具有較大的變化范圍。當滾子泵的速度變化較大時，對滾子泵提水的穩定性具有很大的不利影響。例如，由于滾子泵在低速時無法提水，那么在風速較低并導致滾子泵的轉速相應也較低時，滾子泵無法提水，從而導致該風力水力聯合發電方法在低風速時無法發電。為了應對風速的變化，需要給滾子泵配備齒輪箱，并且要求所用齒輪箱能夠適應較大的風速范圍。而這種齒輪箱的設備成本和后期維護成本也非常高。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種利用風力發電的系統，用以在任意風速時都能發電。本發明還提出了一種利用風力發電的方法，用以在任意風速時都能發電。

為了實現上述目的，本發明提供了一種利用風力發電的系統，包括：

至少一個風車；

至少一個活塞泵，每個活塞泵通過一傳動機構與一個所述風車相連接，所述活塞泵受所述風車驅動而將水從低處提升至一高位水池；

至少一個水力發電設備，所述水力發電設備由從所述高位水池流下的水帶動從而發電。

優選地，所述活塞泵包括一個泵筒、一個底閥和一個活塞，所述活塞具有一個止回閥，且所述活塞與所述傳動機構相連接。

優選地，所述活塞泵包括一個泵缸和一個活塞，所述活塞與所述傳動機構相連接；在所述活塞行程的一端，所述泵缸在所述活塞泵的入口方向和出口方向分別連接有一個單向閥；在所述活塞行程的另一端，所述泵缸在所述活塞泵的入口方向和出口方向分別連接有一個單向閥。

優選地，所述傳動機構包括一根杠桿和一個凸輪或偏心輪；所述凸輪或偏心輪由風車驅動，并帶動所述杠桿運動；所述杠桿的一端與所述活塞泵的活塞相連接。

在上述技術方案中，所述風車通過傳動帶或齒輪驅動所述凸輪或偏心輪。

優選地，所述活塞泵的活塞通過一活塞桿或者一軟繩與所述傳動機構相連接。

所述利用風力發電的系統還包括一個方向調節裝置，用來調節所述活塞桿或軟繩的方向。

所述利用風力發電的系統包括多于一個的活塞泵，并且每個活塞泵的提水時間與其它活塞泵錯開。

本發明還提供了一種利用風力發電的方法，包括以下步驟：

利用風力驅動至少一個活塞泵，將水從低處提升至一高位水池；

使水從所述高位水池流下，并帶動至少一個水力發電設備發電。