[發明專利]一種利用飛輪儲能的水平軸潮流渦輪發電裝置

無效

• 申請號: 201210243561.5
• 申請日: 2012-07-16
• 公開（公告）號: CN103541854A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 周軍偉;王大政
• 申請（專利權）人: 周軍偉;王大政
• 主分類號: F03B13/26
• 分類號: F03B13/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用飛輪儲能的水平軸潮流渦輪發電裝置，具體的講是將渦輪吸收的功率通過差速電磁耦合器直接傳輸給飛輪，飛輪與發電機同軸同轉速工作，二者可統一稱為飛輪發電機，由于飛輪發電機轉速較直驅發電機穩定，從而能夠實現較平穩的電力輸出。

背景技術

潮流能是一種清潔的可再生能源，可以通過水平軸潮流渦輪獲取，其發展目前正處于商業化試運營階段。阻礙潮流渦輪發電實現商業化的主要因素在于潮流能隨著潮漲潮落周期性變化，難以提供穩定的電能輸出。采用蓄電池儲能，逆變器調諧是將潮流發電并網利用的一種方案，這種方案成本高、損耗大。采用機械式儲能器，即飛輪儲能，是一種高效的儲能方式，但仍然存在問題，如飛輪高速旋轉時與空氣的磨擦損耗，飛輪與渦輪軸之間的差速傳動等。

發明內容

本發明為一種利用飛輪儲能的水平軸潮流渦輪發電裝置，如圖1所示，其特征為：渦輪2依次接制動器13、變速箱3、離合器4、電磁耦合器外轉子5、電磁耦合器內轉子6、飛輪7與發電機8。渦輪用于將潮流能轉換為軸動力，制動器用于渦輪停轉時的制動作用，變速箱將渦輪軸的低轉速輸出為高轉速，離合器用于渦輪啟動、制動過程中渦輪軸動力與電磁耦合器的接通與斷開，電磁耦合器的外轉子與內轉子通過電磁力傳遞扭矩。電磁耦合器的內轉子、飛輪與發電機放置于密封倉9內，密封艙內抽真空。

設發電裝置的設計要求為：輸出功率P1，單位為千瓦；發電裝置的設計條件為：潮流速度V，單位為米/秒，潮流周期T，單位為小時，潮流速度隨時間的變化規律為V（t）=Vmax×sin（2×π×t÷T），式中Vmax為一個潮流周期內最高潮流速度，單位為米/秒；根據以上條件可知，一個潮流周期內發電機發電量為E1=T×P1，單位為千瓦時；為了保證飛輪不會停轉，飛輪設計儲能E2大于發電量E1，二者滿足關系E2×η2=Ce×E1，E2單位為千瓦時，η2為發電機的效率，Ce為儲能系數，取值范圍2.0~5.0，可保證飛輪發電機轉速波動范圍dN5=±29%~11%；設一個潮流周期內最高潮流速度下渦輪的輸出功率為P2，單位為千瓦，則需滿足P2×η1×η2×Ch=E1，式中η1為電磁耦合器的傳動效率，Ch為等效時間，單位為小時，即渦輪在一個潮流周期內所獲取的總能量相當于渦輪在峰值功率P2下工作Ch小時所獲取的能量，Ch為常量，視不同地區潮流品質可取值為2.0~2.5，則根據上述關系式可得一個潮流周期內最高潮流速度下渦輪的輸出功率P2；渦輪輸出功率P2與渦輪直徑D（單位米）滿足下式關系P2=η×ρ×Vmax³×π×D²÷8，式中η為渦輪的能量轉換效率，為常量，根據設計水平不同可取30%~40%，ρ為海水密度，單位為千克/立方米，當Vmax已知，根據上式可以確定渦輪直徑D；飛輪直徑D5與渦輪直徑D之間滿足關系式D5=Cd×D，Cd取值范圍0.1~0.25；飛輪采用圓環帶腹板型，如圖2所示，飛輪寬度Bf（單位米）與飛輪厚度Tf（單位米）之比取值范圍為1.0~3.0，飛輪腹板厚度tf（單位米）與飛輪厚度Tf之比取值范圍為0.1~0.3，則飛輪儲能可采用下式計算，E2=ρf×π³×D5³×Bf×Tf×N5²?/?7200，ρf為飛輪密度，單位為千克/立方米，N5為飛輪轉速，單位為轉/分，當已知飛輪儲能E2與飛輪材質密度，根據上式可選定合適的飛輪寬度、厚度與腹板厚度。