[发明专利]基于风力动能的空气储能发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及储风发电技术领域，具体的说是一种基于风力动能的空气储能发电系统。

背景技术

风力发电机是将风的动能转换为电能的电力设备。风能属于清洁能源，在将风能转换为电能的过程中对自然环境没有污染，因此，随着我国节能环保要求的逐步提高，风力发电得到了越来越广泛的应用，尤其在我国的北方和高海拔地区，风力资源较为丰富，风力发电在这些地区得到了大力的推广和应用。

可是风力发电也存在着明显的缺点，其中，最为突出的是风速不稳定，在进行发电过程中，发出的电量不稳定，需要先对未知电量的交流电先转换成直流，再将直流电转换成交流电后并入电网，要对未知交流电的处理，需要快速地对整流器中的电子开关进行快速的开通和关断，要想得到稳定的直流电，则对整流器的要求极高，价格昂贵，快速的切换开关，容易造成整流器的损坏。并且不能得到标准的直流电还会对后续的逆变、并网等过程产生影响。

众所周知的，晚上的平均风量大于白天的风量，而晚上的用电量小于白天的用电量。故在夜晚，风力发电处于峰值，用电量处于谷值；在白天，风力发电处于谷值，而用电却处于峰值。因此，对于现有的风力发电现象，有必要提出一种协调装置，以同电网用电需求相匹配，在用电峰值时，输出风力发电电能，以消除现有颠倒的供电现象。

对于风力发电时间颠倒的问题，有的风力发电系统采用蓄电池储电。但是，蓄电池通常充放电效率低下，衰减快，使用寿命短，储存电量小，而且对蓄电池的存放和调节要求极为严苛，导致成本高昂。并且，废旧蓄电池的处理对环境污染较大。

除此之外，在风力发电机发电的过程中会产生一些能源，例如热量或者冷量，但是这些能源目前并未被回收利用，造成了资源浪费。

故有必要提出一种技术来解决上述提出的所有问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于风力动能的空气储能发电系统，对风力进行储存，在需要用电时，释放风能进行发电。还能对发电量进行控制，并且对发电过程中产生的热量和冷量进行实时收集，节约能源

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于风力动能的空气储能发电系统，包括塔架和设置在塔架顶部的风轮，其关键在于：在所述塔架顶部还设置有风机舱，在该风机舱内部设置有螺杆压缩机，所述风轮的风轮轴穿入风机舱的内部并驱动所述螺杆压缩机，所述螺杆压缩机向高压储气装置输送压缩空气，所述高压储气装置输出的压缩空气驱动透平膨胀机，所述透平膨胀机带动转子发电机发电，所述转子发电机的电能输出端与AC-DC转换模块的交流输入端连接，所述AC-DC转换模块的直流输出端与DC-AC转换模块的直流输入端连接，所述DC-AC转换模块的交流输出端与电网输电线路连接；

还包括热能回收机构，所述热能回收机构用于收集和储存螺杆压缩机工作时产生的热能；

还包括冷量回收机构，所述冷量回收机构用于收集和储存透平膨胀机工作时产生的冷量，该冷量回收机构设置有蓄冷箱，该蓄冷箱经冷量收集管路收集透平膨胀机气体膨胀产生的冷量；

还包括控制器，所述控制器分别与所述螺杆压缩机、高压储气装置、转子发电机、透平膨胀机、热能回收机构、冷量回收机构、AC-DC转换模块和所述DC-AC转换模块连接。

通过风轮的风轮轴带动螺杆压缩机工作，将螺杆压缩机压缩的压缩空气储放于高压储气装置中，在需要发电时，控制器控制高压储气装置向透平膨胀机输出压缩空气，进而透平膨胀机带动转子发电机实现发电；由于是对高压储气装置储存的压缩气体进行释放，释放出的气体平稳非常，则转子发电机发出的电能也非常稳定，避免的风速大小造成发电不稳定的缺陷。转子发电机发出稳定的交流电能，经整流器、逆变器处理后，并入电网。由于高压储气装置输出的空气较为稳定，并网系统中降低了对整流器和逆变器的要求，整体结构简单、紧凑，易于维护，使用寿命长，成本低廉，环保无污染。

由于高压储气装置输出的压缩空气可大可小，则发电电压可根据需要对压缩气体输出量进行控制，为了实现高压输出，还可在所述DC-AC转换模块的交流输出端与电网输电线路之间设置变压器，以满足人们的需求。

螺杆压缩机压缩空气时，由于螺杆压缩机做功会释放出较多的热能，通过热能回收机构能够收集和储存热能，环保节能。

高压储气装置的大小和数量能够根据实际需求灵活地增加或减少，其储能量巨大，需要进行发电时，随时可控制高压储气装置进行压缩气体输出，使用方便。