[发明专利]一种蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用风能进行抽水蓄能联合发电装置。

背景技术

随着世界能源日益紧缺和全球变暖趋势增强，作为节能减排的重要手段之一，世界风力发电发展迅速，技术不断进步，近5年来，世界风电市场每年都以(40％)的速度增长，我国的风电市场近几年也在呈现良好的发展态势。但是风力发电受地域环境影响比较大，属于不稳定电能，发电的可靠性差，难于满足电网对于电能质量的要求，那么在现有技术条件下，就需要建大量的风电机组构成的风电场与大电网(至少是风电场容量的十倍以上)并网运行才能发挥风电的效能。这在很多场合是受限制的，比如一些风能丰富但仅有独立的小电网地区(如新疆和海岛)。所以风能的高效利用以及风力发电设备供电的可靠性问题成为关注的重点，而增加蓄能环节和改善设备冷却模式就能有效的解决这一问题。

抽水蓄能机组多是用于调峰调频使用，需要频繁启停，采用常规的空气冷却方式，冷却效果不佳，温度分布均匀性差，容易导致线棒热变形或绝缘易损坏，影响电机运行的可靠性和寿命。通过改善冷却方式延长设备寿命并提高其运行可靠性是一个重要突破途径。

蒸发冷却技术利用低沸点介质的汽化潜热实现与被冷却对象间的热量交换，其单位质量冷却介质的吸热能力远大于传统的比热换热方式。而且其相变换热的原理决定了温度分布只取决于系统压力，使得这种冷却方式的发热部件温度分布十分均匀。同时蒸发冷却介质具有良好的物理化学稳定性和绝缘性能，以及蒸发冷却系统可以实现无泵自循环并使冷却系统始终运行在零表压附近，并可根据发热体的不同工况实现自适应调节，切实保证冷却系统的安全可靠运行。

中国专利02122112.X所公开的汽轮及水轮发电机定子的蒸发冷却装置，提供汽轮和水轮发电机定子蒸发冷却装置，包括将电机定子发热体浸泡在冷却介质中的蒸发冷却室，一台装在蒸发冷却室上方与冷却介质蒸汽进行热交换的冷凝器。冷凝器的底部与蒸发冷却室上部蒸发空间之间通过一单向阀组连通。与冷凝器临近的同一水平位置上有一回液箱，其底部与冷凝器底部之间有连通管连接，在其设定的储液高度上通过装有单向阀和电磁阀的回液管与蒸发冷却室的蒸发空间相连接。定子部件损耗产生的热量传递给蒸发冷却介质，使其温度升高，当温度达到压力所对应的饱和温度时，容器中的蒸发冷却介质汽化，产生相变吸热，经空气冷凝器冷却后再液化。这种定子利用蒸发冷却的相变换热来实施高效冷却，使发电机定子温度分布均匀，运行温度低，没有局部过热点，安全可靠，且结构简单易行，电机尺寸小，功率密度大。

中国专利01131399.4公开了一种水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，该装置是内部充有冷却介质的全封闭自循环系统，发电机定子绕组由空心导体和实心导体组合而成，定子绕组的上下两端分别通过上端和下端电液分离接头连接上绝缘引管和下绝缘引管；上绝缘引管通过集气管和冷凝器的冷凝空间相连，下绝缘引管通过集液管与回液管的下端相连，通过集液管使多根回液管并连。这种自循环蒸发冷却装置的特点是利用水轮发电机的立式结构特点实现冷却系统的无泵自循环。

中国专利200610076416.7公开了一种风力抽水蓄能发电调峰装置，这种装置是利用烟囱状的导风塔来实现对风能的利用，这种方式风力的大小与烟囱的高度和尺寸有很大的关系，设备占地面积大，效率低。而且其风能获取环节复杂，还需要热泵膨胀器和热泵冷凝器对获取的风进行额外处理。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有风力发电电力上网造成电网电能质量下降的缺点，将不稳定的风能通过蓄能技术转化成稳定电力输出。即利用可再生的风能转换为电能，驱动抽水泵进行抽水蓄能，再根据电网的需求随时放水发电，配合抽水蓄能机组使用，增加储能容量和调节范围；也可单纯利用抽水泵抽水蓄能驱动常规水力发电机组使用。

本发明直接利用传统的桨叶系统来捕捉风能，具有更好的有效性和技术成熟度。另外使用抽水蓄能机组而不是单一的水轮发电机，可以配合风能系统，增加储能容量和调节范围。对本发明装置中的风力发电设备和抽水蓄能机组使用定子蒸发冷却方式，可以突破发电设备的容量限制，提高设备的使用寿命和运行可靠性。

本发明蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电系统包括一台风力发电设备，一台抽水泵，一个下水库，一个上水库和一台抽水蓄能机组，一个连接机构，一根抽水管，一根出水管，一根发电引水管和一根尾水管。其特征是系统中的风力发电设备和抽水蓄能机组都采用定子蒸发冷却方式。