[实用新型]机械储能风力发电装置

说明书

本实用新型公开了一种机械储能风力发电装置，将间歇的、波动性的、随机的风能耦合为连续的、恒定的、可控的能量输出，并同步实现能量存储及发电的机械装置。公知的自然界能量，例如风能、海浪能、潮汐能等大多数是间歇性能量，难以直接利用，需要通过中间过程将能量转化、存储或采用双馈电机、变流器调节等复杂的控制方法，才能转换为可控的能量，不仅控制系统的复杂性，提高制造成本，而且产生二次化学污染，为克服上述对自然能利用过程中的种种弊端，本实用新型可将间歇性的能量进行力矩耦合、存储，并转化为恒定的力矩输出给发电机，不仅简化控制系统，消除二次化学污染，降低成本，而且提高风能利用率，可以用于风力发电，波浪能发电、潮汐能等能源的开发及应用。

技术领域

本实用新型属于一种机械储能风力发电装置，特别涉及一种将自然界间歇性能量转换为连续性能量，并且同步进行能量存储及发电的机械装置，应用于风力发电以及对自然界间歇性能量的开发。

背景技术

目前，公知的自然界能量，例如风能、海浪能、潮汐能等大多数是间歇性的、波动的、随机的非线性能量，难以直接利用，需要通过中间的能量收集、存储过程，再进行转换为连续的、稳定的、可控的线性能量加以利用，用于自然界能源发电的储能技术分为机械储能(抽水蓄能、筑坝蓄水、压缩空气、飞轮蓄能)、电磁储能(超级电容、超导储能)、化学储能(化学蓄电池、液流储能电池)、热储能，存在着利用率低，成本高，寿命短，二次污染等问题。

小型风力发电机是将风能通过叶轮、变速机构、发电机转变为电能，储存到蓄电池，再通过直流/交流逆变器调制成50Hz的工频电源供给终端用户，其弊端是化学蓄电池不仅成本高、寿命短，而且在生产、使用过程中会产生二次污染。

大中型风力发电机主要有两种形式，其一，风机叶轮是定桨距失速调节型，属于恒速机型，一般使用同步电机或者鼠笼式异步电机作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值，继而使风电机组并网后定子磁场旋转频率等于电网频率，转子、叶轮的变化范围小，捕获风能的效率低。其二，风机叶轮是变速变距型，一般采用双馈电机或者永磁同步电机，通过调速器和变桨距控制相结合的方法使叶轮转速可以跟随风速的改变在较宽的范围内变化，保持最佳叶尖速比运行，从而使能量捕获效率最大。发电机发出的电能通过变流器调节，变成与电网同频、同相、同幅的电能输送到电网。相比之下，变速型风力发电机更具优势，但提高控制系统的复杂性和制造成本。

波浪能发电过程中，需要将收集到的间歇性机械能，通过储能设施转化为压力能或重力势能，再进行发电或海水淡化等有效利用，储能设施投资高，施工难度大。

为克服上述对自然界非线性能量利用过程中的种种不足，本实用新型提出一种将间歇性的、波动的、随机的非线性能量的力矩进行耦合、存储，转化为连续的、稳定的、可控的线性能量的力矩输出的机械装置，以提高能量的利用率。

发明内容

一种机械储能风力发电装置，包括风力叶轮的非线性力矩输入、力矩耦合、机械能储能、线性力矩输出及发电机四个单元组成，其中的力矩耦合单元和储能单元采用行星齿轮机构，风机叶轮将波动的、随机的、间歇性风能转化为非线性力矩作为输入，经过力矩耦合和储能后，输出连续的、稳定的、可控的线性能量的线性力矩，提供给发电机发电，实现对外输出恒定频率的电能。

风力叶轮收集的非线性力矩、发电机所需的线性力矩分别连接行星齿轮机构的齿圈、太阳轮，行星齿轮架与恒力轮固定连接，绕主轴旋转，将输入的非线性力矩通过行星齿轮架及行星轮耦合为线性力矩输出。

与现有技术比较，本实用新型使用的行星齿轮不再是变速传递力矩的机构，而是非线性力矩、线性力矩的耦合与能量存储双重作用的机构。

与现有技术比较，本实用新型的有益效果是：以机械结构实现非线性与线性力矩的耦合，不仅提高非线性能量利用率，而且消除由化学蓄电池作为能量存储带来的二次污染和寿命短的弊端，简化双馈电机的复杂控制系统，降低发电装置的成本。

附图说明