[發(fā)明專利]一種提高儲能密度的方法以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的儲能裝置

有效

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• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN102392794A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯敬秋;王璋奇;米增強(qiáng);余洋
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號: F03D9/02
• 分類號: F03D9/02
• 代理公司: 北京智匯東方知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11391
• 代理人: 郭海彬;范曉斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)電系統(tǒng)的儲能技術(shù)，特別是涉及一種提高儲能密度的方法以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的儲能裝置。

背景技術(shù)

安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)是對電力系統(tǒng)的基本要求，如何對電力系統(tǒng)進(jìn)行良好的調(diào)節(jié)，使電力系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷或者根據(jù)發(fā)電能力進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效的調(diào)節(jié)，一直是業(yè)內(nèi)所專注的問題。

對于大型電網(wǎng)來說，輸電網(wǎng)相當(dāng)于一個電能集中容器，系統(tǒng)中所有發(fā)電廠向該容器注入電能，用戶通過配電網(wǎng)絡(luò)從該容器中取用電能，其一般采用發(fā)電機(jī)容量備用的方式進(jìn)行調(diào)解，緊急情況下采用切負(fù)荷或者切除發(fā)電機(jī)來維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。

對于電網(wǎng)中的各發(fā)電機(jī)組來說，在電網(wǎng)需要提高功率或降低功率的時候，發(fā)電機(jī)組要根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)解，對于火電機(jī)組來說，可以通過燃料鍋爐的控制來調(diào)節(jié)，對于風(fēng)電機(jī)組來說，因為風(fēng)力資源的實時性和多變性，在風(fēng)力充足的時候降低機(jī)組功率無疑是資源的浪費，而在風(fēng)力資源不足的時候，如何提升機(jī)組功率也是一個問題，因此，對于風(fēng)電機(jī)組等不穩(wěn)定的發(fā)電機(jī)組來說，需要快速地吸收“剩余能量”或補(bǔ)充“功率缺額”，實現(xiàn)較大的功率調(diào)節(jié)，從而提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，因此，電力儲能技術(shù)對于風(fēng)電機(jī)組等不穩(wěn)定的發(fā)電機(jī)組來說是具有重大意義的。

當(dāng)前通常采用的電力儲能技術(shù)，有電化學(xué)儲能、電磁儲能、物理儲能等等。其中，電化學(xué)儲能最大的缺點就是對環(huán)境有污染，并且初次投資較高，電池壽命也有限；電磁儲能需要非常復(fù)雜的系統(tǒng)，成本太高，還會導(dǎo)致維修頻率升高，目前仍處在研究階段。物理儲能主要有飛輪儲能和抽水蓄能兩種方式。飛輪儲能需要運(yùn)行在真空環(huán)境或磁懸浮狀態(tài)，其能量密度較低，所需的費用較高；抽水蓄能工程受地理位置和自然條件的嚴(yán)格限制，且能量損失高達(dá)25％，影響了其在更大范圍使用。可見，現(xiàn)有的常規(guī)儲能方法雖然很多，但有的技術(shù)不成熟，損耗較高，有的依賴地理位置和自然條件，有的成本太高，有的對環(huán)境污染嚴(yán)重，這些都限制了它們在電力系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用。

此外，現(xiàn)有技術(shù)還出現(xiàn)了采用渦簧的機(jī)械式儲能方式，圖1是渦簧儲能結(jié)構(gòu)的示意圖，如圖1所顯示，渦簧儲能結(jié)構(gòu)由箱體13、渦簧(渦卷彈簧)14和主軸10構(gòu)成，主軸10貫穿箱體13且轉(zhuǎn)動支撐在箱體13上，渦簧14位于箱體13內(nèi)部，渦簧14的固定端固定在箱體13上，渦簧14的自由端和主軸10連接。其儲能過程如下：外部動力傳遞到主軸10，主軸10旋轉(zhuǎn)帶動渦簧14的自由端轉(zhuǎn)動，從而旋緊渦簧14，使渦簧14儲存能量。其釋能過程如下：旋緊的渦簧14在彈簧力的作用下放松，自由端帶動主軸10轉(zhuǎn)動，從而主軸10將能量輸送到外部裝置。可見，渦簧儲能結(jié)構(gòu)是采用平面渦卷彈簧的彈性勢能達(dá)到存儲和釋放能量的目的，相比其他儲能方式，具有很大的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿Α５牵F(xiàn)有渦簧儲能結(jié)構(gòu)仍然存在以下缺點：

1)基于結(jié)構(gòu)上的原因，渦簧儲存的能量有限，如果要作為發(fā)電機(jī)的儲能裝置，需要大幅增加渦簧的尺寸和強(qiáng)度，就是在增大渦簧能量的存儲量同時，渦簧的質(zhì)量也在大幅增加，這需要使用大量的儲能材料，成本高昂。

2)增大渦簧的能量存儲能力后，渦簧的尺寸過大，不利于對大型渦簧的工作情況進(jìn)行實時控制。

因此，如何在增大渦簧的能量存儲能力的同時，控制渦簧的質(zhì)量，是有待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例的目的是提供一種提高儲能密度的方法以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的儲能裝置，能夠在增大渦簧的能量存儲能力的同時，控制渦簧的質(zhì)量，大幅度的提高大型平面渦卷彈簧的儲能密度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種提高儲能密度的方法，包括：

確定渦簧片彎曲工作時扭矩的中性面；

在所述渦簧片的左右兩側(cè)加工半圓形凹槽，所述半圓形凹槽的圓心位于所述中性面上，獲得左右對稱的開槽渦簧片；

將多根所述開槽渦簧片沿左右方向并排排列，構(gòu)成具有長條形截面的大型渦卷彈簧；

將所述大型渦卷彈簧的一端固定在儲能裝置的主軸上，另一端固定在所述儲能裝置的箱體上。

優(yōu)選地，上述的方法中，所述開槽渦簧片具有矩形截面，所述半圓形凹槽開在所述矩形截面的左右兩側(cè)。

優(yōu)選地，上述的方法中，通過在鋼材成型時直接拉壓成型的方式獲得所述開槽渦簧片。

優(yōu)選地，上述的方法中，通過冷加工的方式獲得所述開槽渦簧片。

優(yōu)選地，上述的方法中，所述大型渦卷彈簧的所述長條形截面上形成多個圓形槽。

為了更好的實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的儲能裝置，包括：箱體、大型渦卷彈簧和主軸；所述主軸貫穿所述箱體，所述大型渦卷彈簧位于所述箱體內(nèi)部，所述大型渦卷彈簧的一端固定在所述箱體上，另一端固定在所述主軸上；