[发明专利]一种全新型风力发电系统及兆瓦级大功率储能方法和装置

说明书

技术领域：

本创新技术属再生能源技术领域。

背景技术：

再生能源风能的利用，已有几百年的历史了，早期的风能利用是局限小功率的风力机，如中国的多叶片风车、荷兰风车、美国的农场风车，其应用多半应用于提水。20世纪70年代美国投入80亿美元进行风力发电的大规模研究，其他发达国家也相继投入了研究，先后出现了阻力型平板风车、S叶轮风车、升力型螺旋桨风车、搅蛋器风车及D叶轮风车，其中以水平轴三叶片螺旋桨风车风力发电得到了广泛的应用，这是有魅力的20世纪80年代世界上一大发明，近二十多年来有了长足发展，兆瓦级大功率风力机得到了广泛的应用。我们国家近些年无论在风能开发，还是在风力发电设备制造方面都给予相当重视，但是我国起步较晚，这一领域还是很落后的，特别是风力发电设备、设计制造方面更落后。近些年，法国、荷兰、美国等风力发电商业巨头相继步入中国。瞄准了中国这个大市场，办了一些合资企业，总的看，目前中国没有国家规模的研究机构，没有独立知识产权的产品。发改委提出2020年要实现风力发电设备国产化，这是在这一领域发展民族工业有尊严的规划。本人涉足风能研究20余年，从零开始对风力发电的核心部件，风力机叶轮进行多方面的试验研究，是在对现在一统天下世界上非常成熟的螺旋桨叶轮，提出的技术评价前提下进行的，即目前广泛应用的螺旋桨叶轮有三方面不足：1、叶轮制造工艺复杂；2、功能容量受到限定高于5兆瓦大功率机在结构强度上难于处理，目前得以应用的最大功率为4.5兆瓦，美国通用公司在研制7兆瓦大功率机，但还未见问世；3、造价昂贵(美国的3兆瓦风力发电机组售价1400多万美元)。为解决这三大弊端本人研制了新型升力型风力机叶轮，它即可做为水平轴风机也可做垂直轴风机接收风能，目前世界上尚无这样的风车叶轮，我把它命名为“L型龙腾万向叶轮”。

另外，目前螺旋桨风车发电控制环节它是以不稳定的随机变动的自然风速的条件为前提，将风车带动发电机生成的不规则的交流电先整流然后再将其逆变成三相合格的交流电，变压后馈送给电网，还有一种方式，即所谓变桨矩的方式，它是以伺服液压机构及计算机对风车叶轮转矩进行调控，使之转速恒定再带动发电机从而得到合格的交流电馈送电网。这一方法自然是以一部分自然风能不予接收为代价的，当然整体发电系统风能接收效率也要下降。上述的控制环节的技术难度较大而且造价昂贵。本发明为解决这一课题，研制一种储能式中间能量传递的调控环节。

能量储存是持续能源方面的大课题，如果能得以突破将大大的对提高风电的使用价值其意义是非常重要。当然其他方面也会有更多的应用，如核电的调峰，氢载体能源的制备，波浪能量的收集就更有实用价值。目前世界上关于储能技术方面的研究曾做了大量多方面的工作，设计研究出好多储能方法和装置，如早期的电化学方法蓄电池，近些年的燃料电池，机电方法即高速飞轮储能，热储存，载体能源氢气储存，超导磁能量储存，还有提高水位储能等等。这些方法除提高水位方法，都存在一个共同的局限即功率都不是很大的，有的是技术很复杂的，另外其经济指标也不是很理想，离实际应用还要走很长的路。本发明人研制出兆瓦级的大功率存能装置。它的技术经济条件都很好，有坚实的实施的可用性。

发明内容：

本发明包括三方面内容：1、新型的风车叶轮，目前应用的各类风车及资料上所能见到的试验型风车未见有这种类型叶轮我把它命名为：“龙腾万向叶轮”。它是风力发电系统核心部件。其特征是叶轮是由三个叶片组成，叶片叶尖部是弧线型L断面风叶(它不像螺旋叶片表面那种复杂曲面构成)其后半部是支撑风叶的臂是强度构件。性态上它是升力型风车叶轮，它可用做水平轴风车接收风能也可用作垂直轴风车接收风能，它的优越性制造工艺简单，接收风能效率高，造价低。

2、风力发电调控环节，本发明特征是用一种研制的“气液浮力重锤”储能中间能量传递的方法：即风车叶轮在风的驱动下转动，它带动液压泵把能量储存在“气液重锤储能装置”内，再由此装置输出带动液压马达其转速可很容易的得到控制，使其恒速。它带动发电机，从而得到合格交流电，变压后馈递给电网。它的优越在于它用目前工程技术无难度的装置，很简单的达到稳速的技术要求。收到了提高系统的风能接收效率并大幅度降低了发电设备制造成本。