[发明专利]基于弹簧储能的微风发电装置

说明书

本发明公开了一种基于弹簧储能的微风发电装置。本装置主要由蜗卷弹簧储能装置、风轮、发电机组成。其中蜗卷弹簧储能装置与发电机放置于轮毂中，蜗卷弹簧储能装置中有增速箱和减速箱，负责蜗卷弹簧与风轮的转矩传递，并通过电磁离合器控制其接入与切出，风轮与发电机通过离合器连接。蜗卷弹簧中的弹力传感器和风轮上的风速传感器将信号输入到处理器，处理器发出信号控制离合器的开闭，从而控制风轮与蜗卷弹簧储能装置及发电机的连接。本装置改进了在低风速时，风能不可以被风力发电机利用的问题，使得低风速下，风能转化为弹簧中的机械能，并在可以运行的风速下将储存的能量释放，转化为电能，提高了风能利用率。

技术领域

本文设计风能发电技术领域，具体为基于弹簧储能的微风发电装置。

背景技术

我国虽然拥有大量的风力能源，但存在不均衡分布的特点。目前在高风速地区投入更多的研究进行风力开发，例如三北地区(西北、华北、东北)以及沿海地区。这些地区的面积仅占我国风能资源可开发区域的约10％，而且虽然该区域风力资源丰富，但是由于三北地区大部分经济欠发达，风力发出的电能不可以在地区内消耗掉，而若将风力发电产生的电能输送给经济较为发达的地区，则需建设配套的传输线路，因而成本会随之增大，风力资源产生的收益也相应变低。而对于低风速地区来说，其面积较大，占全国总面积的68％。同时其风力资源并没有被完全开发，并且这部分地区临近电网负荷的受端地区，所以由风力发电产生的电能可以得到充分的利用。因此对低风速地区风力资源的开发对实现风能的就地转化、提高风能的利用率、调整我国国内的能源结构、弥补因化石能源日益短缺带来的能源问题具有重要意义。

发明内容

针对以上问题，本发明设计了一种基于弹簧储能的微风发电装置，该装置可以将低风速的风能储存到蜗卷弹簧中，等到等速变大时，再将弹簧存储的机械能释放出来，带动风轮转动，进而使得发电机比在相同风速下发出更多的电能，实现将低风速的风能存储为机械能进而转化为电能。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案。

基于弹簧储能的微风发电装置主要由蜗卷弹簧储能装置、风轮、发电机组成。其中蜗卷弹簧储能装置与发电机放置于轮毂中，蜗卷弹簧储能装置中有增速箱和减速箱，负责蜗卷弹簧与风轮的转矩传递，并通过电磁离合器控制其接入与切出，风轮与发电机并通过离合器连接。

蜗卷弹簧中的弹力传感器和风轮上的风速传感器将信号输入到处理器，处理器发出信号控制离合器的开闭，从而控制风轮与蜗卷弹簧储能装置及发电机的连接。

当风速低于发电机启动风速时，发电机和增速箱断开连接，减速箱接入系统，使得风轮与蜗卷弹簧连接，风轮产生的力矩经减速箱放大，将能量存储到蜗卷弹簧中。

当风速到达发电机启动风速或弹簧能量储满时，减速箱断开，增速箱和发电机接入系统，使得弹簧中存储的能量释放出来，其力矩与风轮力矩叠加一起，使发电机发电，实现微风发电的功能。

当风速到达发电机额定风速且弹簧能量完全释放时，不再需要弹簧的储能发电，此时减速箱，增速箱都断开，使得蜗卷弹簧不再连接，风轮只与发电机连接，风轮单独提供转矩，带动发电机发电。

附图说明

图1为本发明提出的基于弹簧储能的微风发电装置结构图。

图中：1风轮；2风速传感器；3皮带传动；4传动轴；5电磁离合器；6处理器；7蜗卷弹簧储能装置；8主轴；9轮毂；10发电机。

图2为滞回控制示意图。

图中：状态一为弹簧储能状态；状态二为弹簧释放能量与风轮一起提供转矩的状态；状态三为弹簧不接入系统，风轮单独带动风机发电的状态。

图3为蜗卷弹簧储能装置具体结构示意图。