專利名稱：一種基于彈簧儲能和壓縮空氣儲能的風能存儲發(fā)電技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于可再生能源存儲發(fā)電技術，特別涉及風能的存儲與發(fā)電。
背景技術：
:風能是清潔的可再生能源，其發(fā)電成本低。在世界上已經(jīng)廣泛應用，但是，風能發(fā)電也有很大的缺點，就是間歇性，不穩(wěn)定性，常規(guī)的風力發(fā)電不能提供可控的穩(wěn)定的電力。而目前用在風電中的儲能主要是抽水蓄能和壓縮空氣儲能，抽水蓄能除需要大量的水源外還需要合適的地勢，單純的壓縮空氣儲能則需要很大的高密度空氣存儲空間，一般需要大的溶洞或者地下洞穴，也需要合適的地形?？傃灾褪悄芰看鎯γ芏鹊汀Ｔ谀壳暗哪芰看鎯χ羞€有用蓄電池儲能的，但是其儲存能量數(shù)額太小，不能滿足大容量的能量存儲要求。本發(fā)明就是在分析了各種儲能方式的基礎上提出了一種可控高密度儲能的方法:先用風能對彈簧進行壓縮，彈簧對風能進行高密度存儲，然后利用彈簧伸展帶動空氣壓縮裝置對空氣進行壓縮儲能，壓縮空氣推動發(fā)電機葉輪轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)電。這樣壓縮空氣儲存容器就不需要太大的空間也可以保證發(fā)電機得到穩(wěn)定可控的氣流
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的是提供將風能進行存儲并發(fā)出可控穩(wěn)定電力的方法。其特征在于:I):風機將風能轉(zhuǎn)化為機械能帶動轉(zhuǎn)軸I進行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸I通過調(diào)速裝置，將機械能傳輸?shù)搅硗庖桓D(zhuǎn)軸2.調(diào)速是通過不同直徑的齒輪之間耦合實現(xiàn)的。2):轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)收縮繩索從而帶動壓縮板壓縮彈簧進行儲能，將機械能轉(zhuǎn)化為彈簧的勢能。彈簧壓縮是將彈簧放到單向運行導槽上實現(xiàn)的，以防止風力較小時彈簧反彈。單向運行導槽底部由一些可彈起和壓下的帶彈性的倒三角組成，從而防止反向運行。收縮繩帶動固定在彈簧頂部的壓縮板，從而壓縮彈簧。如圖1。3):將壓縮完成的彈簧運輸?shù)綁嚎s空氣儲能地點，在需要時對其勢能進行釋放，在彈簧伸展過程中將彈簧勢能變?yōu)檗D(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn)的機械能。彈簧是放在釋能板上進行反彈，彈簧伸長帶動繩索運動，從而帶動轉(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸3帶有卡槽，在需要暫時中止釋能時，可使轉(zhuǎn)軸3停止轉(zhuǎn)動，釋能暫停。如圖2。4):轉(zhuǎn)軸3帶動空氣壓縮缸壓縮空氣，將空氣壓縮至壓縮空氣儲藏室，從而將彈簧的勢能變?yōu)楦呙芏瓤諝獾膭菽?。形成壓縮空氣儲能CAES。轉(zhuǎn)軸3帶動壓縮缸的傳動方式有很多種，本發(fā)明給出三種，分別是通過轉(zhuǎn)軸3帶動壓力手柄旋轉(zhuǎn)，壓力手柄推動壓力傳動軸，從而推動壓縮缸活塞運動，如圖2 ;第二種方式為通過轉(zhuǎn)軸3帶動轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪帶動硬傳動軸，硬傳動軸帶動活塞壓縮空氣，如圖3 ;第三種方式為通過轉(zhuǎn)輪帶動牽引軟繩，牽引軟繩帶動硬壓縮板，從而帶動活塞壓縮空氣，如圖4.在第一種和第三種壓縮運動中，需要在壓縮缸內(nèi)加反推彈簧，在壓縮完成時，反推彈簧14反彈，推動活塞返回，通過單向閥門15吸收標準空氣進入壓縮缸，等待壓縮。而通過硬傳動軸的方式帶動活塞運動則不需要加反推彈簧，由硬鏈接直接帶動活塞返回并通過單向閥門15吸氣。在第三種方式中牽引軟繩通過定向滑輪保證硬壓縮板的運行軌跡。定向滑輪位置是被固定的。5):壓縮空氣通過可控閥門噴出帶動氣輪機發(fā)電。6):關于轉(zhuǎn)軸3帶動空氣壓縮缸壓縮空氣的具體方法，本發(fā)明提出3種常規(guī)方法。原理如圖2，圖3，圖4。在具體實施例中詳細介紹。本發(fā)明中的風機不帶發(fā)電裝置，直接將風能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸I的機械能，風機根據(jù)風力的大小對轉(zhuǎn)軸I進行變速，當風力較小時，通過變速使轉(zhuǎn)軸2較慢轉(zhuǎn)動,從而產(chǎn)生較大的壓縮力。彈簧能夠繼續(xù)被壓縮。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:風力帶動轉(zhuǎn)軸I轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸I通過耦合變速箱帶動轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)帶動繩索運動壓縮彈簧，彈簧處于單向運行導槽中，只能被壓縮，不能伸展。彈簧壓縮完成后，將彈簧兩端固定，從單向運行導槽中取出待用。當壓縮空氣儲藏容器中空氣壓力減小，需要增加壓力時，此時將彈簧進行伸展釋放勢能，彈簧伸展帶動壓縮缸運動壓縮空氣至一定壓力后進入壓縮空氣儲藏容器，從而使得壓縮空氣儲藏容器內(nèi)的空氣壓力保持在一定范圍內(nèi)。本發(fā)明結合了兩種儲能方式對風能進行存儲，從而可以穩(wěn)定的發(fā)出電力，其特點就是通過彈簧儲能將風能可靠的存儲起來，彈簧便于運輸?？煞奖愕膶δ軓椈蛇\輸至需要地點進行彈簧勢能釋放。也可以將彈簧勢能需要時就地釋放，帶動壓縮缸運動壓縮空氣，壓縮完成的空氣通過管道輸送到壓縮空氣儲藏容器，但這樣在多風機的場合需要多個壓縮缸，不太經(jīng)濟。


:圖1是風機壓縮彈簧儲能原理圖。圖中:1轉(zhuǎn)軸1，2耦合變速箱，3轉(zhuǎn)軸2，4收縮繩，5壓縮板，6彈簧，7單向運行導槽。圖2是彈簧帶動壓力手柄壓縮空氣原理中:8彈簧釋能版，9轉(zhuǎn)軸3，10壓力手柄，11受壓板，12壓力傳動軸，13壓縮缸，14反推彈簧，15單向進氣閥門，16單向進氣閥，17壓縮空氣儲存容器，18活塞，24，固定轉(zhuǎn)軸。圖3是彈簧帶動轉(zhuǎn)輪及硬傳動軸壓縮空氣原理中:9轉(zhuǎn)軸3，19硬傳動軸，20轉(zhuǎn)輪圖4是彈簧帶動轉(zhuǎn)輪及軟傳動壓縮空氣原理中:21硬壓縮板，22牽引軟繩，23定向滑輪。以上

中，圖3及圖4中與圖2重復的部件未做說明，壓縮缸與轉(zhuǎn)軸3以及彈簧伸展推動轉(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn)的過程都完全一致。
具體實施例:現(xiàn)結合附圖給出本發(fā)明的具體實施例。結合附圖1，圖2給出具體實施例1:圖1是風機壓縮彈簧儲能原理圖，當風吹來的時候，風機轉(zhuǎn)動，風機轉(zhuǎn)軸11通過耦合變速箱2帶動轉(zhuǎn)軸23轉(zhuǎn)動，通過耦合變速箱2，轉(zhuǎn)軸11的齒輪可以和耦合變速箱2內(nèi)的幾個齒輪進行分別組合，從而達到調(diào)速目的，在風大時可以讓轉(zhuǎn)軸23快速轉(zhuǎn)動，在風力小時，可以讓轉(zhuǎn)軸23慢轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸23的轉(zhuǎn)動拉動收縮繩4運動，從而壓縮板5也向內(nèi)運動，從而壓縮彈簧6，彈簧6是在單向運行導槽7上被壓縮的，單相運行導槽7底部為可壓縮和彈起的倒三角，從而防止彈簧6的逆運行。當彈簧6被壓縮至目標尺寸，便被取下，達到彈簧儲能的目的。在設計彈簧6時，便將彈簧的最大壓縮反彈力設計為最大風力通過耦合變速箱2所能產(chǎn)生的最大拉力。以上所述為風能轉(zhuǎn)化為彈簧的勢能過程。當壓縮空氣儲存容器內(nèi)的壓力減小到一定數(shù)值，不能滿足輸出端發(fā)電機出力要求時，就要將彈簧儲存的勢能轉(zhuǎn)化為空氣的勢能，具體轉(zhuǎn)化過程如圖2。圖2是彈簧帶動壓力手柄壓縮空氣原理圖，如圖2所示，彈簧6被安裝在彈簧釋能板8上，彈簧伸展，帶動轉(zhuǎn)軸39轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸39帶動壓力手柄10轉(zhuǎn)動，壓力手柄10轉(zhuǎn)動推動受壓板11運動，從而壓迫壓力傳動軸12向壓縮缸13內(nèi)方向運動,壓力傳動軸12推動活塞18壓縮空氣做功，被壓縮的空氣只能通過單向進氣閥16進入壓縮空氣存儲容器17內(nèi)。當活塞18完成壓縮空氣做功后，壓力手柄10離開受壓板11，反推彈簧14推動活塞18向外運動，此時單向閥門15打開，外面大氣進入壓縮缸13內(nèi)，準備下一次的壓力手柄10做功。壓力手柄10是與轉(zhuǎn)軸39成90度固定在一起的。受壓板11是通過固定轉(zhuǎn)軸24固定的。固定轉(zhuǎn)軸24可以使受壓板11自由的轉(zhuǎn)動。壓力傳動軸12也是通過可轉(zhuǎn)動的軸與受壓板11及活塞18連接的。受壓板11與壓力手柄10的接觸面可以做成一系列的小滑輪組合或者涂抹潤滑材料來減少摩擦力。也可以在壓力手柄10的末端安裝一固定滑輪減少摩擦力。轉(zhuǎn)軸39帶有卡槽，在需要暫時中止釋能時，可使轉(zhuǎn)軸39停止轉(zhuǎn)動，釋能暫停結合圖1，圖2，圖3給出具體實施例2:在此實施例中風能轉(zhuǎn)化為彈簧6的勢能過程與具體實施例1完全一樣。彈簧6的伸展帶動轉(zhuǎn)軸39旋轉(zhuǎn)的過程也與實施例1的過程完全一樣。如圖3，本具體實施例與實施例1的不同在于:在本實施例里，采用了轉(zhuǎn)軸3帶動一個大的轉(zhuǎn)輪20轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)輪20帶動一個硬傳動軸19往復運動，從而壓縮空氣做功。具體過程如下:當轉(zhuǎn)軸39轉(zhuǎn)動時，與之固定在一起的轉(zhuǎn)輪20隨之轉(zhuǎn)動，硬傳動軸19與轉(zhuǎn)輪20和活塞18都是通過活動轉(zhuǎn)軸連接,從而在硬傳動軸19的帶動下,活塞18在向壓縮缸13內(nèi)運動過程中壓縮空氣做功，向相反的方向運動時，便通過單向閥門15吸入大氣。從而完成通過壓縮缸13將空氣壓入壓縮空氣儲存容器17內(nèi)。以上所述為具體實施例2.
結合圖1，圖2，圖4給出具體實施例3:在此實施例中風能轉(zhuǎn)化為彈簧6的勢能過程與具體實施例1，實施例2完全一樣。彈簧6的伸展帶動轉(zhuǎn)軸39旋轉(zhuǎn)的過程也與實施例1，實施例2的過程完全一樣。如圖4，本具體實施例與實施例2的不同在于:轉(zhuǎn)軸39帶動轉(zhuǎn)輪20轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)輪20通過牽引軟繩22帶動硬壓縮板21運動，硬壓縮板21帶動壓縮缸13內(nèi)活塞18壓縮空氣做功。其中牽引軟繩通過定向滑輪23約束其運行軌跡，確保硬壓縮板21的受力方向與活塞18表面垂直。當活塞18壓縮空氣做功完成后，壓縮缸13內(nèi)反推彈簧14反推活塞18向外運動，完成吸氣過程，準備下次活塞18壓縮空氣做功。

以上為具體實施例3.
根據(jù)上述三種具體實施例，可以延伸出其他實施例，如可將具體實施例3中的硬壓縮板改為通過壓縮缸底部穿過，拉動活塞18做功，這種延伸方法都在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種基于壓縮彈簧儲能和壓縮空氣儲能的風能存儲技術:其特征是將壓縮彈簧儲能與壓縮空氣儲能配合使用，來解決壓縮空氣儲能能量密度低的問題。
先通過風機的機械力給彈簧儲能，當壓縮空氣儲存容器的空氣壓力變得較小時，也就是從可控氣門噴出的氣體推力小到一定程度時，再通過彈簧勢能的釋放來壓縮空氣進入壓縮空氣存儲容器，達到給容器內(nèi)的氣體增量增壓的目的。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓縮彈簧儲能，是通過風機的風力轉(zhuǎn)化為機械力來壓縮彈簧實現(xiàn)的。風機將風能轉(zhuǎn)化為機械能帶動轉(zhuǎn)軸I進行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸I通過調(diào)速裝置，將機械能傳輸?shù)搅硗庖桓D(zhuǎn)軸2.調(diào)速是通過不同直徑的齒輪之間耦合實現(xiàn)的。
轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)收縮繩索從而帶動壓縮板壓縮彈簧進行儲能，將機械能轉(zhuǎn)化為彈簧的勢能。彈簧壓縮是將彈簧放到單向運行導槽上實現(xiàn)的，以防止風力較小時彈簧反彈。單向運行導槽底部由一些可彈起和壓下的帶彈性的倒三角組成，從而防止反向運行。收縮繩帶動固定在彈簧頂部的壓縮板，從而壓縮彈簧。
3.根據(jù)權利要求1所述的“通過彈簧勢能的釋放來壓縮空氣進入壓縮空氣存儲容器”是指通過彈簧伸展來帶動另外一根轉(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)來推動或者帶動壓縮缸的活塞運動來壓縮空氣的。
轉(zhuǎn)軸3帶動空氣壓縮缸活塞壓縮空氣，將空氣壓縮至壓縮空氣儲藏室，從而將彈簧的勢能變?yōu)楦呙芏瓤諝獾膭菽堋Ｐ纬蓧嚎s空氣儲能CAES。轉(zhuǎn)軸3帶動壓縮缸活塞的傳動方式有很多具體方式，本發(fā)明具體給出3種。
4.根據(jù)權利要求3中“本發(fā)明具體給出3種”: 第一種是通過轉(zhuǎn)軸3帶動壓力手柄旋轉(zhuǎn)，壓力手柄推動壓力傳動軸，從而推動壓縮缸活塞運動。彈簧被安裝在彈簧釋能板上，彈簧伸展，帶動轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸3帶動壓力手柄轉(zhuǎn)動，壓力手柄轉(zhuǎn)動推動受壓板運動，從而壓迫壓力傳動軸向壓縮缸內(nèi)方向運動，壓力傳動軸推動活塞壓縮空氣做功，被壓縮的空氣通過單向進氣閥進入壓縮空氣存儲容器內(nèi)， 壓力手柄是與轉(zhuǎn)軸3成90度固定在一起的。受壓板是通過固定轉(zhuǎn)軸固定的。固定轉(zhuǎn)軸可以使受壓板自由的轉(zhuǎn)動。壓力傳動軸也是通過可轉(zhuǎn)動的軸與受壓板及活塞連接的。受壓板與壓力手柄的接觸面可以做成一系列的小滑輪組合或者涂抹潤滑材料來減少摩擦力，也可以將壓力手柄的末端安裝一固定滑輪減少摩擦力。
5.根據(jù)權利要求3中的“本發(fā)明具體給出3種”: 第二種方式為通過轉(zhuǎn)軸3帶動大直徑轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪帶動硬傳動軸，硬傳動軸帶動活塞壓縮空氣。彈簧伸展帶動轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸3帶動一個大的轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)輪帶動一個硬傳動軸往復運動，從而壓縮空氣做功。具體過程如下:當轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動時，與之固定在一起的轉(zhuǎn)輪隨之轉(zhuǎn)動，硬傳動軸與轉(zhuǎn)輪和活塞都是通過活動轉(zhuǎn)軸連接，從而在硬傳動軸的帶動下，活塞在向壓縮缸內(nèi)運動過程中壓縮空氣做功，向相反的方向運動時，便通過單向閥門吸入大氣。從而通過壓縮缸將空氣壓入壓縮空氣儲存容器內(nèi)。
6.根據(jù)權利要求3中的“本發(fā)明具體給出3種”: 第三種方式為通過轉(zhuǎn)輪帶動牽引軟繩，牽引軟繩帶動硬壓縮板，從而帶動活塞壓縮空氣。
轉(zhuǎn)軸3帶動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)輪通過牽引軟繩帶動硬壓縮板運動，硬壓縮板帶動壓縮缸內(nèi)活塞壓縮空氣做功。其中牽引軟繩通過定向滑輪約束其運行軌跡，確保硬壓縮板的受力方向與活塞表面垂直。當活塞壓縮空氣做功完成后，壓縮缸內(nèi)反推彈簧反推活塞向外運動，完成吸氣過程，準備下次活塞壓縮空氣做功。硬壓縮板帶有連接活塞的長柄。定向滑輪的位置是被固定的。
7.根據(jù)權利要求3中的本發(fā)明具體給出3種 在第一種和第三種壓縮運動中，需要在壓縮缸內(nèi)加反推彈簧，在壓縮完成時，反推彈簧反彈，推動活塞返回，通過單向閥門吸收標準空氣進入壓縮缸，等待壓縮。權利要求6中所述的第三種方式也可以變化為硬壓縮板穿過壓縮缸的底部來帶動活塞運動。第一種和第二種方式也可以通過轉(zhuǎn)軸3帶動2個壓縮缸運動。在壓縮缸吸氣過程中帶動另外一個壓縮缸壓縮空 氣。
全文摘要
一種風能存儲發(fā)電技術，通過彈簧儲能和壓縮空氣儲能兩種儲能方法，實現(xiàn)高密度的風能存儲，其特點是通過風機風輪的轉(zhuǎn)動帶動壓縮裝置壓縮彈簧，當彈簧壓縮完成后，固定待用，當高密度空氣存儲容器內(nèi)空氣壓力減少到一定程度，則釋放彈簧儲存的能量，通過彈簧的彈力壓縮空氣，保持空氣存儲容器內(nèi)的壓力在一定的范圍內(nèi)。從而可以通過被壓縮的空氣推動發(fā)電機發(fā)出穩(wěn)定可控的電力。
文檔編號F03D9/02GK103147928SQ20131008105
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權日2013年3月14日
發(fā)明者李大勇 申請人:李大勇