[發明專利]使用液氫浸泡冷卻的超導風力發電機、系統及其應用方法

在審

• 申請號: 202210427774.7
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114915139A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 黃晟;翟雨佳;黃守道;高劍;馮垚徑;張冀
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02K55/00
• 分類號: H02K55/00;H02K9/19;H02K9/197;H01F6/04
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種使用液氫浸泡冷卻的超導風力發電機、系統及其應用方法，本發明的超導風力發電機包括定子單元和轉子單元，所述定子單元中固定布置有密閉的熱輻射屏蔽筒，所述轉子單元插設并可轉動布置在熱輻射屏蔽筒中，所述熱輻射屏蔽筒上設有用于實現液氫循環的液氫輸入口和液氫回流口，所述熱輻射屏蔽筒的內部與轉子單元之間形成液氫容腔。考慮到利用風能產生的電能制氫將是成本極低的解決方案，本發明采用液氫作為超導材料的制冷劑，可省去昂貴的制冷系統，解決海上超導風力發電機轉子超導線圈的冷卻問題。

技術領域

本發明涉及海上超導風力發電技術，具體涉及一種使用液氫浸泡冷卻的超導風力發電機、系統及其應用方法。

背景技術

直驅式風力發電機組成為了世界風電技術的主要發展趨勢，海上風力發電系統由于遠離陸地，維修成本高，齒輪箱作為風電系統故障率最高的部件，極大增加了風機系統的維護成本且減小風機的使用壽命，齒輪箱的故障率還隨著風機容量的增大而成指數倍增長。隨著功率等級的升高，傳統的永磁風機的體積重量將成倍上升，這意味著超大功率等級的傳統風機其運輸成本與吊裝成本極高。而由于超導材料高于傳統銅線100倍的超強載流能力，超導風力發電機的功率密度極高，其體積與重量可降到傳統電機的一半以下。

超導技術一直以來被人們認為是十分昂貴的高科技。由于成本原因，包括超導電機在內的應用超導產品距離市場化的目標還較為遙遠。事實上，隨著超導材料價格的下降與性能的提升，特別是二代高溫超導材料已完全實現國產化。超導應用產品，特別是大功率超導風力發電機產品，除了比起傳統電力產品而言有極大的技術優勢以外，其成本優勢已逐漸顯現了出來。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種使用液氫浸泡冷卻的超導風力發電機、系統及其應用方法，考慮到利用風能產生的電能制氫將是成本極低的解決方案(對于遠海風場而言，海底電纜成本極高，且面臨穩定性與可靠性的諸多問題，用海上風電產生的電能制備液氫并通過船舶運輸的方式將液氫運回岸上可降低成本)，本發明采用液氫作為超導材料的制冷劑，可省去昂貴的制冷系統，解決海上超導風力發電機轉子超導線圈的冷卻問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

本發明提供一種使用液氫浸泡冷卻的超導風力發電機，包括定子單元和轉子單元，所述定子單元中固定布置有密閉的熱輻射屏蔽筒，所述轉子單元插設并可轉動布置在熱輻射屏蔽筒中，所述熱輻射屏蔽筒上設有用于實現液氫循環的液氫輸入口和液氫回流口，所述熱輻射屏蔽筒的內部與轉子單元之間形成液氫容腔。

可選地，所述轉子單元包括轉軸和轉子骨架，所述轉子骨架通過采用保溫隔熱材料制成力矩傳導筒套設安裝在轉軸上，所述轉子骨架的外壁上設有轉子超導繞組，所述轉軸兩端貫穿熱輻射屏蔽筒且與熱輻射屏蔽筒的貫穿孔處設有密封件。

可選地，所述定子單元包括帶有內腔的定子骨架，所述定子骨架的外壁上設有定子繞組。

可選地，所述定子繞組的外側包裹有屏蔽套。

可選地，所述轉子骨架上設有第一溫度傳感器。

可選地，所述轉子骨架上轉子超導繞組中設有液位傳感器。

本發明提供一種使用液氫浸泡冷卻的超導風力發電系統，包括液氫供應裝置和至少一個前述使用液氫浸泡冷卻的超導風力發電機，所述液氫供應裝置分別與所述使用液氫浸泡冷卻的超導風力發電機的液氫輸入口和液氫回流口相連通。

可選地，所述液氫供應裝置包括帶有制冷機的液氫儲罐，所述液氫儲罐分別帶有回流管和輸出管，所述回流管和輸出管上均設有閥門，所述輸出管上設有液氫泵，所述回流管與液氫回流口相連通，所述輸出管與液氫輸入口相連通。

可選地，所述液氫儲罐內設有用于檢測內部存儲液氫的溫度的第二溫度傳感器，所述液氫儲罐的頂部設有氫氣排放口。