[發明專利]風力發電和/或壓縮-壓縮空氣儲存或發電綜合系統

在審

• 申請號: 201510895005.X
• 申請日: 2015-12-03
• 公開（公告）號: CN106837696A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張民良
• 申請（專利權）人: 天津市石化通用機械研究所;張民良
• 主分類號: F03D9/17
• 分類號: F03D9/17;F03D15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及利用風力發電和/或壓縮-壓縮空氣儲存或發電綜合系統，本發明在利用風能發電，風能壓縮空氣儲存、壓縮空氣發電的同時還具有熱泵功能，特別適用于可再生能源領域的棄風棄電的利用和低速風資源的利用，核電和火電的削峰填谷的能源調節功能，還適用于運輸工具的動力系統。

背景技術

近代經濟的快速發展，得益于如石油、天然氣、煤炭等諸多有形能源的廣泛使用。然而據科學推算，地球上儲存的有形能源將在21世紀迅速接近枯竭。而核能在應對外星空間隕石災難面前具有無法扭轉的毀滅性打擊，雖然是千萬分之一甚至萬萬……萬分之一的可能性但是對人類的生存來說也是不可逆轉的毀滅性災難，至少對于地球上某一區域來說，此外當前對于核廢料儲存任務也是給人類后代的沉重負擔。

為了有效應對化石能源耗盡所帶來的能源危機，許多國家都在尋求化石能源的替代品，如風能、核能、太陽能以及生物燃料等。然而，不論是不可再生的還是可再生的能源，很大一部分都必須轉化為電能加以利用。

然而電能卻有一個非常不利的缺點：不便儲存。在整個電網內，用戶消耗的電能任何時候都等于電網內發電廠在同一時刻生產的電能，發電廠的發電量要隨用戶用電量的變化而變化。由于用戶在用電高峰與用電低谷間的用電需求差別很大，往往會導致發電廠生產的電能，在用電高峰時不能滿足用戶的需求，而在用電低谷時大量的富裕電量又不能得到有效利用。如果能建立起大容量的電力儲能裝置，將對電能的合理利用起到“削峰填谷”的作用。通過儲存電網夜間用電低谷時充足的富余電能，然后到白天用電高峰時反饋輸出進行平抑，這樣可以大大提高發電設備的利用效率，并節約巨額投資。

正是由于電力儲能裝置對提高可再生的能源利用率有著重要的意義，因此發達國家早就開始了針對儲能技術的研究。目前，世界上的儲能技術歸納起來主要有物理儲能如(抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學儲能(如鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鎳鎘電池等)和電磁儲能(如超導儲能、超級電容儲能等)這三大類。由于化學儲能存在成本高、容量小、且對環境有污染等問題，目前尚不適宜開展大規模的工業化應用；而電磁儲能開展研究的時間還不長，技術還不夠成熟。因此，物理儲能作為一種相對成熟也是實際應用較早的儲能方式，在工業應用領域占主導地位。

由于壓縮空氣儲能作為物理儲能具有效率高、壽命長、響應速度快等特點，壓縮空氣儲能是目前最具發展潛力的儲能技術之一。除了適用于解決火電和核電負載的波動性和同步消納性，將富余的電能儲存以便再利用，實現常規的“削峰平谷”之外；壓縮空氣儲能技術還特別適用于解決風力發電和太陽能發電的隨機性、間隙性、波動性和同步消納性等問題，可以實現其發電的平滑輸出。經測算，如果風力發電裝機占電網容量比例達20％以上時，則電網的調峰能力和安全運行將面臨巨大的挑戰，目前現代社會已經計劃在2020年達到40％以上。壓縮空氣儲能尤其適用于大規模風場，因為兩者有著天然的結合優勢：風能產生的機械功可以直接驅動壓縮機旋轉，減少了中間轉換成電的環節，從而提高效率20％以上，而且存儲的能量經過再次發電可以達到穩定的輸出，從而為風能的大規模并網發電找到了另一條途徑。

針對化學儲能中電氣耦合出現的充放電電流電壓沖擊問題、可靠性問題和降低成本的要求，人們提出了在風電系統中采用機械耦合的方法和手段，例如發明專利《機械耦合式壓縮空氣儲能微型混合風力發電系統》專利申請號201110411111.8，由于該專利的技術方案的機械能與氣體內能之間的相互轉換是采用渦旋式復合機，雖然儲存能量規模大于化學儲能規模，優勢諸多，但是其處理規模比較水力儲能差距甚遠，對于處理更小規模仍有局限性，渦旋式復合機由于采用高級材料和高精度的制造而造價較高，設備的壽命難以提高，而且壓縮機和發動機模式的切換時間較長，且存有難以消除上游隨機沖擊的速度調整問題。

作為渦旋式復合機的替代機，筆者已經提出有關托盤活塞搖擺式壓縮-發動復合機的專利申請，在該壓縮-發動復合機上通過瞬間切換控制，使其能夠利用同一現有的零部件技術裝備作為壓縮機或發動機兩種模式運行，而這種機械需要結合各種配套設備、增加能量儲存裝置和對空氣介質的形態進行預處理的自動化系統才能夠作為風力發電和/或壓縮-壓縮空氣儲存或發電綜合系統。

發明內容

針對以上種種缺陷和社會需要，本發明提出了解決存在問題的風力發電和/或壓縮-壓縮空氣儲存或發電綜合系統的技術方案：