專利名稱：一種風力提水發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力利用領域，特別涉及風力提水和水力發(fā)電。
背景技術：
對于風能的利用目前主要采取風力發(fā)電機發(fā)電的方式，也有少量用于灌溉和飲水的風力提水方式。
風力發(fā)電機發(fā)電是風能驅動風機的旋轉，帶動發(fā)電機發(fā)電。由于風能大小的不確定性很大，因此風機的運行速度很不穩(wěn)定，發(fā)電機發(fā)出電能的電壓、波形、頻率等方面都難以達到并網的要求。通常采用整流電路對其進行整流，達到并網的要求后才能輸入電網。對于發(fā)電機輸出的電能進行整流的裝置不僅價格昂貴，而且故障率也高，這些都使得風力發(fā)電的成本較傳統(tǒng)的發(fā)電方法高很多。另外經過整流后的電流波形中存在一些高次諧波，對電網造成污染。并且風力發(fā)電機輸出的電能大小不定，不能保證穩(wěn)定地輸出電能，對于電網的穩(wěn)定運行會產生不利的影響。
目前用于灌溉和飲水的風力提水方式對風能進行利用僅僅是對風能利用的很小一部分，不能對豐富的風力資源進行充分利用。
對于水力發(fā)電技術經過多年的積累，在技術上已經非常成熟，水力發(fā)電中能量轉化的效率非常高。
風力提水發(fā)電的原理在專利01135136.5《風水結合發(fā)電法及裝置》和專利200610026128.0《一種風力水力聯合發(fā)電的方法》中已經提到，即利用風力提水設備將水從低處提升到高處，然后使水從高處經水力發(fā)電裝置流向低處，推動水力發(fā)電裝置發(fā)電。
專利01135136.5《風水結合發(fā)電法及裝置》的實施例1中，首先通過風力發(fā)電機將風能轉化為電能，再利用電能驅動電動抽水機抽水，這個過程中仍然需要復雜的整流設備將風力發(fā)電機輸出的電能轉化為電動抽水機所需要的電能，投入費用高，并且電能質量差。在實施例2中，一個風輪帶一臺水車或提水機，適合于小型風水發(fā)電站工程，對于大型的風機利用效率低。
專利200610026128.0《一種風力水力聯合發(fā)電的方法》所描述的通過風力提水設備將水從低處提升到高處，對于大型的風機距離地面數十米甚至上百米，這將損失掉風機與高位水面差這部分勢能，這將使風能的轉化效率大大降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的缺點，提出一種高效的風力提水發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明可以提高風能的利用效率，投資小，成本低，并為電網輸出的高品質電能。
本發(fā)明首先充分地將風能轉化為水的勢能，再通過水輪發(fā)電機將水的勢能轉化為電能。為了能夠提高風能的利用效率，本發(fā)明采用兩極抽水的方式實現，即從風機高度的水泵流出的水并不直接注入高位水庫，而是經過一個水輪機將這部分水的勢能再利用于抽取更多的水到高位水庫中。
本發(fā)明主要包括高位水庫、低位水庫、風機、水泵、水輪機、水輪發(fā)電機和管道。高位和低位水庫，以及風機、水泵、水輪機和水輪發(fā)電機布置在不同的水平高度。低位水庫位于最低處，高位水庫高于低位水庫，一臺水輪機和水輪發(fā)電機在垂直高度上位于高位水庫和低位水庫之間，且這個水輪機和水輪發(fā)電機同軸相連。一臺風機和一臺水泵同軸相連，其位置高于高位水庫。另一臺水輪機和另一臺水泵同軸相連，位于與風機相連的水泵和高位水庫之間。
本發(fā)明工作過程如下風機在風力的驅動下旋轉，帶動水泵工作，水泵將低位水庫中的水抽到水泵中，在此過程中將風機從風中獲得的機械能轉化為水的勢能和動能。從水泵中流出的水經管道進入水輪機，驅動水輪機的轉動，從水輪機流出的水注入到高位水庫中，同時通過水輪機的轉動帶動另一個水泵工作，該水泵直接將低位水庫中的水抽到高位水庫中。高位水庫中的蓄水經一個水輪機流到低位水庫，該水輪機帶動水輪發(fā)電機發(fā)電。
風機根據相應的地理位置安裝于機架上，對于大型的風機距離地面數十米至上百米，風機帶動水泵將水抽到風機高度，此時的水具有很大的勢能，如果將水泵流出的水直接排到高位水庫，將損失掉這部分勢能。因此為了能夠提高系統(tǒng)中能量轉化的效率，在高位水庫處設置了一臺水輪機來利用這部分勢能。通過該水輪機的旋轉帶動水泵旋轉，直接將低位水庫中的水抽到高位水庫中。
該系統(tǒng)中所選用的水泵均應具有大水量、低水頭的特點，這樣可以充分利用水的勢能轉化，降低過程中的能量損耗，提高系統(tǒng)的總效率。
根據風場的實際情況在水庫附近設計單臺或多臺風機，各風機間相互獨立。


附圖是本發(fā)明的原理示意圖。圖中1高位水庫、2低位水庫、3風機、4水泵、5水輪機、6水泵、7水輪機、8水輪發(fā)電機。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述。
如附圖所示，低位水庫2位于最低處，高位水庫1高于低位水庫2。在垂直高度上水輪機7和水輪發(fā)電機8位于高位水庫1和低位水庫2之間。水輪機7和水輪發(fā)電機8同軸相連。風機3和水泵4同軸相連，且高于高位水庫1。水輪機5和水泵6同軸相連，且位于水泵4和高位水庫1之間。水庫的高度以水面高度計算。
風機3在風力的作用下旋轉，帶動水泵4將低位水庫2中的水通過管道抽到水泵4里。水泵4里的水經過管道流到水輪機5，驅動水輪機5旋轉，水輪機5流出的水經管道流入高位水庫1。水輪機5的旋轉帶動水泵6工作，水泵6將低位水庫2中的水經管道抽到高位水庫1中。高位水庫1中的水經管道流過水輪機7，驅動水輪機7旋轉，水輪機7流出的水經管道流入低位水庫2。水輪機7轉動帶動水輪發(fā)電機8旋轉發(fā)電，水輪發(fā)電機8所發(fā)的電輸入電網。
在整個過程中將風能轉化為水的勢能，再轉化為電能，因此為了提高風能的利用率，系統(tǒng)必須減少勢能的損失。對于大型的風機都位于離地面數十米至上百米的位置，為了充分利用水泵4和高位水庫1之間的這部分勢能，在高位水庫1的高度設置了水輪機5和水泵6，將這部分勢能用于抽取更多的水到高位水庫1中。
系統(tǒng)中的風機可以是單臺，也可以是多臺，風機的布置根據風場的具體情況而定。高位水庫1和低位水庫2的位置和高度差也根據現場的實際情況設計。結合現場的實際情況，高位水庫1和低位水庫2可以是江河湖海、水灣水池，也可以是人工水庫、水井池塘，或者是水箱水塔。
如果系統(tǒng)配合抽水蓄能電站運行，將會在投入上大大減少，降低對風能的利用成本。
權利要求
1.一種風力提水發(fā)電系統(tǒng)，包括高位水庫(1)、低位水庫(2)、風機(3)、水泵(4、6)、水輪機(5、7)及水輪發(fā)電機(8)，其特征是低位水庫(2)位于最低處，高位水庫(1)高于低位水庫(2)，在垂直高度上水輪機(7)和水輪發(fā)電機(8)位于高位水庫(2)和低位水庫(1)之間；水輪機(7)和水輪發(fā)電機(8)同軸相連；風機(3)和水泵(4)同軸相連，高于高位水庫(1)；水輪機(5)和水泵(6)同軸相連，位于水泵(4)和高位水庫(1)之間。
2.按照權利要求1所述的風力提水發(fā)電系統(tǒng)，其特征是風機(3)在風力的作用下旋轉，帶動水泵(4)將低位水庫(2)中的水通過管道抽到水泵(4)里，水泵(4)里的水經過管道流到水輪機(5)，驅動水輪機(5)旋轉，水輪機(5)流出的水流入高位水庫(1)；水輪機(5)的旋轉帶動水泵(6)工作，水泵(6)將低位水庫(2)中的水經管道抽到高位水庫(1)中；高位水庫(1)中的水經管道流過水輪機(7)，驅動水輪機(7)旋轉，水輪機(7)流出的水經管道流入低位水庫(2)；水輪機(7)轉動帶動水輪發(fā)電機(8)旋轉發(fā)電。
全文摘要
一種風力提水發(fā)電系統(tǒng)，包括高位水庫(1)、低位水庫(2)、風機(3)、水泵(4、6)、水輪機(5、7)及水輪發(fā)電機(8)。風機(3)在風力的作用下旋轉，帶動水泵(4)將低位水庫(2)中的水抽到水泵(4)里，再經過管道流到水輪機(5)，驅動水輪機(5)旋轉，水輪機(5)流出的水流入高位水庫(1)。水輪機(5)的旋轉帶動水泵(6)工作，將低位水庫(2)中的水經管道抽到高位水庫(1)中。高位水庫(1)中的水流過水輪機(7)，驅動水輪機(7)旋轉，水輪機(7)流出的水流入低位水庫(2)。水輪機(7)轉動帶動水輪發(fā)電機(8)旋轉發(fā)電。本發(fā)明對風能的利用效率高，投資小，成本低，并且輸出的電能質量高。
文檔編號F03B13/06GK101033731SQ20071006430
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權日2007年3月9日
發(fā)明者熊斌, 宋福川, 田新東, 顧國彪, 常振炎 申請人:中國科學院電工研究所