專利名稱：輸出多種能量的風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可再生能源的綜合利用裝置，確切地說(shuō)，涉及一種可輸出多種能量的風(fēng)力發(fā)電裝置。
隨著人類社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的推進(jìn)，人們的物質(zhì)生活水平也以越來(lái)越快的速度不斷提高，而隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，能源的消耗也逐年增長(zhǎng)，使能源資源日趨緊張。通常人們習(xí)慣使用以煤炭、石油、天然氣等燃料作為一次能源，由于大量使用這種燃料，在其為人類作功發(fā)揮效能的同時(shí)，也悄悄帶來(lái)一種嚴(yán)重的自然危機(jī)它把大量廢熱和有害有毒氣體、物質(zhì)向自然環(huán)境中排泄，表現(xiàn)之一是大氣中多少世紀(jì)以來(lái)始終保持平衡的二氧化碳含量在逐年增多。這種平衡是維持自然生存繁榮的必需條件之一，如果任其按目前的趨勢(shì)發(fā)展下去，將在二十一世紀(jì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，其后果將嚴(yán)重危及人類正常生活。為此，聯(lián)合國(guó)在今年6月召集世界各國(guó)首腦舉行“環(huán)境發(fā)展大會(huì)”，呼吁盡快改善人類賴以生存的環(huán)境。況且，上述礦物燃料資源也日趨枯竭，迫使人們孜孜不倦地開(kāi)發(fā)新的能源。太陽(yáng)能、地?zé)帷⑺?、潮汐、風(fēng)力等可以在地球環(huán)境中周而復(fù)始地從自然現(xiàn)象中獲得的可再生能源日益引起人們的重視和開(kāi)發(fā)利用。其中風(fēng)力資源也是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，又沒(méi)有污染。
據(jù)測(cè)算，每使用1千瓦小時(shí)風(fēng)力發(fā)電，就相當(dāng)于向大氣中少排放1公斤二氧化碳。歐共體已要求到2030年，風(fēng)力發(fā)電的能量要占到歐共體國(guó)家總發(fā)電能力的10%，以便使2000年大氣中二氧化碳的含量仍保持在1990年的水平。然而，目前使用的風(fēng)能利用裝置，其功能都是單一的，或者只用于發(fā)電，或者只輸出動(dòng)力，使風(fēng)能的利用率太低。
本發(fā)明的目的是提供一種可以輸出多種能量的風(fēng)力發(fā)電裝置，使風(fēng)能進(jìn)入綜合應(yīng)用而大大提高其利用率。
本發(fā)明是在單一風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上增加一套功率平衡的輔助裝置而實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖如

圖1所示它包括有風(fēng)翼1、可逆透平3、發(fā)電機(jī)5和換熱器6、貯能氣罐7，其特征在于架設(shè)在塔架上的風(fēng)翼1其轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)可逆透平3旋轉(zhuǎn)，并由透平轉(zhuǎn)軸經(jīng)聯(lián)軸器4帶動(dòng)數(shù)控全速稀土同步電機(jī)5的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，該發(fā)電機(jī)的饋電輸出經(jīng)自偶調(diào)壓器9和逆變電源10輸入電網(wǎng)，由微型計(jì)算機(jī)11通過(guò)其接口對(duì)發(fā)電機(jī)5、逆變電源10進(jìn)行數(shù)字控制;可逆透平3的高壓出口順序接有熱交換器6和貯能壓縮氣罐7，壓縮氣罐7的出口接有可逆透平3的渦輪膨脹器和普通蛇形管或翅片換熱器8。
本發(fā)明是數(shù)控風(fēng)力發(fā)電裝置(申請(qǐng)?zhí)朇N92227131.2已審查合格)的專利改進(jìn)裝置。我們知道，風(fēng)力資源的最大特點(diǎn)是輸出功率不恒定，要隨風(fēng)力大小的變化而發(fā)生相應(yīng)的改變。本發(fā)明就是在數(shù)控風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上再增添可逆透平及相應(yīng)設(shè)備作為功率平衡的輔助轉(zhuǎn)換裝置，以使風(fēng)能發(fā)電獲得盡可能均衡的輸出電力，同時(shí)，又提供多種不同能量即生活或工業(yè)應(yīng)用的低品位熱能和冷源，使風(fēng)力資源獲得綜合利用和大大提高其利用率。
本發(fā)明的工作原理是風(fēng)翼1的旋轉(zhuǎn)，經(jīng)其轉(zhuǎn)軸2驅(qū)動(dòng)可逆透平3旋轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)力較強(qiáng)勁時(shí)，可逆透平3作為壓縮機(jī)狀態(tài)(貯能狀態(tài))工作，這時(shí)有高速氣流進(jìn)入可逆透平內(nèi)被其壓縮成高壓空氣，透平3轉(zhuǎn)軸經(jīng)聯(lián)軸器4帶動(dòng)數(shù)控全速稀土同步電機(jī)5的轉(zhuǎn)子5A旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子5A的外緣固裝有用稀土永磁體做的多個(gè)磁極，這些磁極的旋轉(zhuǎn)在發(fā)電機(jī)5的定子5C里產(chǎn)生多個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子線圈5B發(fā)生切割磁力線作用，使得定子線圈5B獲得電動(dòng)勢(shì)，這些電動(dòng)勢(shì)被引出成為電流饋入調(diào)壓器9，調(diào)壓器9把輸出電壓升到220伏或380伏后，再經(jīng)由微機(jī)11控制的脈寬調(diào)制型逆變電源10中逆變成交流電后饋入電網(wǎng)或直接輸給負(fù)載眨b是本發(fā)明中電能的產(chǎn)生過(guò)程。調(diào)壓器9的作用是把因風(fēng)力強(qiáng)弱變化而引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化所帶來(lái)的輸出電壓不均衡進(jìn)行自偶調(diào)節(jié)，盡量保持恒定的電壓輸出。與此同時(shí)，被壓縮的高壓空氣從可逆透平3的高壓出口處輸出，經(jīng)換熱器6冷卻后輸入貯能壓縮空氣罐7里。由換熱器6中獲得的熱能可以作為生活用的低品位熱能，例如用作洗滌、洗澡的熱水等。貯能壓縮空氣罐可以采用金屬結(jié)構(gòu)，也可以采用混凝土結(jié)構(gòu)建立在地下。如果能利用封閉的自然洞穴，則可以貯存相當(dāng)大的壓縮空氣能量。
當(dāng)風(fēng)力不足時(shí)，本發(fā)明的可逆透平3作為透平膨脹機(jī)狀態(tài)(補(bǔ)能狀態(tài))工作。這時(shí)，除了風(fēng)力吹動(dòng)透平葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)外，還從貯能氣罐7中輸入具有一定壓力的工作介質(zhì)-壓縮空氣，經(jīng)過(guò)透平3對(duì)膨脹渦輪做功，提高透平軸的轉(zhuǎn)速，從而也提高發(fā)電機(jī)5的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，盡量維持其輸出電壓的均衡。從透平3低壓出口排出的工作介質(zhì)經(jīng)致冷換熱器8后排入大氣或低壓貯槽里。致冷換熱器8可以采用普通蛇形管或翅片換熱器，從致冷換熱器8所獲得的冷量可以作為空調(diào)冷源或工業(yè)用的淺冷冷源。由于本發(fā)明采用風(fēng)力-高速空氣流作為工作介質(zhì)，貯氣罐里是壓縮空氣，把它排入大氣，不用擔(dān)心對(duì)環(huán)境的污染和支付環(huán)境治理的開(kāi)支，也不存在工作介質(zhì)的費(fèi)用開(kāi)銷問(wèn)題，有利于降低風(fēng)力發(fā)電的成本。
本發(fā)明的可逆透平裝有一組可以調(diào)節(jié)的噴嘴，用于對(duì)渦輪膨脹器工作狀態(tài)的控制。該噴嘴也是由對(duì)發(fā)電機(jī)5、可控逆變電源10進(jìn)行數(shù)字控制的微型計(jì)算機(jī)11進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的，它可以調(diào)節(jié)從貯氣罐7噴入渦輪膨脹器的氣流大小和快慢。
本發(fā)明的發(fā)電機(jī)為數(shù)控稀土全速同步電機(jī)(專利申請(qǐng)?zhí)朇N91101413.6)，其定子結(jié)構(gòu)與普通鼠籠異步交流電機(jī)相同，由定子5C和定子線圈5B構(gòu)成，轉(zhuǎn)子5A則用具有良好導(dǎo)磁性能和剛性高的鋼材制成實(shí)心圓柱體，里面封閉裝有多個(gè)填滿稀土永磁體的槽孔-磁極。該電機(jī)可以在從低速到超高速范圍的任何一個(gè)狀態(tài)下平衡轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到全速動(dòng)平衡，這一點(diǎn)尤其適合作風(fēng)力發(fā)電機(jī)配套使用，還可省卻變速器裝置。采用此種機(jī)型為發(fā)電機(jī)可以使整個(gè)裝置的機(jī)電結(jié)構(gòu)達(dá)到最簡(jiǎn)化，又輔以計(jì)算機(jī)的數(shù)控技術(shù)，對(duì)發(fā)電機(jī)、逆變電源、貯能氣罐壓縮空氣的排放和可逆透平中噴嘴工作狀態(tài)的控制及電能的產(chǎn)生、輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)工況優(yōu)化。對(duì)此，“數(shù)控風(fēng)力發(fā)電裝置”專利申請(qǐng)中敘述比較詳盡，此處不再贅述。
本發(fā)明的各個(gè)組成部分均有定型商品可供選用?？赡嫱钙娇蛇x用航空航天部609所生產(chǎn)的透平膨脹機(jī)系列定型產(chǎn)品。發(fā)電機(jī)及其配套設(shè)備，可以選用美國(guó)ME公司的系列定型產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)也在研制數(shù)控全速稀土同步電機(jī)，逆變電源則有日本富士公司的G7系列逆變器，本發(fā)明可直接采用之。換熱器可選用空調(diào)用的換熱器等?？傊景l(fā)明不僅較好地解決了風(fēng)力不均衡引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出不穩(wěn)定的矛盾，同時(shí)還能利用可逆透平中渦輪膨脹機(jī)/壓縮機(jī)而取得低品位熱源和淺冷冷源，獲得多種能量的輸出，提高了風(fēng)能綜合利用效率。
利用本發(fā)明的工作機(jī)理，把可逆透平改為可逆泵，工作介質(zhì)由空氣流改為水，貯能器也相應(yīng)改為貯水耐壓容器，再增加兩個(gè)雙向切換的電磁閥，用以控制水的流向以及工作于貯能還是輸出能量的不同狀態(tài)，可以制造一個(gè)其輸出電壓比較穩(wěn)定的水力發(fā)電機(jī)組。這種可逆雙向泵，美國(guó)WIER公司有系列定型產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)研制成功，即將投入試生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種可輸出多種能量的風(fēng)力發(fā)電裝置，包括有風(fēng)翼1、可逆透平3、發(fā)電機(jī)5和換熱器6、貯能氣罐7，其特征在于架設(shè)在塔架上的風(fēng)翼1其轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)可逆透平3旋轉(zhuǎn)，并由透平轉(zhuǎn)軸經(jīng)聯(lián)軸器4帶動(dòng)數(shù)控全速稀土同步電機(jī)5的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，該發(fā)電機(jī)的饋電輸出經(jīng)自偶調(diào)壓器9和逆變電源10輸入電網(wǎng)，由微型計(jì)算機(jī)11通過(guò)其接口對(duì)發(fā)電機(jī)5、逆變電源10進(jìn)行數(shù)字控制；可逆透平3的高壓出口順序接有熱交換器6和貯能壓縮氣罐7，壓縮氣罐7的出口接有可逆透平3的渦輪膨脹器和普通蛇形管或翅片換熱器8。
2.如權(quán)利要求1所述的可輸出多種能量的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于渦輪膨脹器的噴嘴是由微型計(jì)算機(jī)對(duì)其噴出的氣流大小、快慢進(jìn)行數(shù)控的。
全文摘要
一種可以輸出多種能量的風(fēng)力發(fā)電裝置，是在數(shù)控風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，增添可逆透平及其相應(yīng)設(shè)備作為功率平衡的輔助裝置構(gòu)成的?？稍陲L(fēng)力強(qiáng)弱變化時(shí)，利用貯能氣罐和可逆透平的調(diào)節(jié)作用，在微型計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制下，使風(fēng)能發(fā)電獲得盡可能均衡的電力輸出，同時(shí)，又可提供生活或工業(yè)應(yīng)用的低品位熱能和淺冷冷源，使風(fēng)力資源獲得綜合利用和大大提高其利用率。
文檔編號(hào)F03D1/00GK1085989SQ9211131
公開(kāi)日1994年4月27日 申請(qǐng)日期1992年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月19日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開(kāi)通用試驗(yàn)廠