一種綠色移動能源系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】一種綠色移動能源系統(tǒng)
[0001]1、發(fā)明的名稱:一種綠色移動能源系統(tǒng)。
[0002]2、所屬技術(shù)領(lǐng)域:風(fēng)力發(fā)電；電力能源；鐵路電氣化；電動汽車。
[0003]3、【背景技術(shù)】:風(fēng)能是一種無污染的可再生能源，它取之不盡、用之不竭，分布廣泛。隨著人類對生態(tài)環(huán)境的要求和能源的需求，風(fēng)能的開發(fā)日益受到重視，風(fēng)力發(fā)電將成為21世紀(jì)大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源。
[0004]我國風(fēng)能資源分布，按最大、次最大、大、較大風(fēng)能資源區(qū)分別為東南沿海及其島嶼，內(nèi)蒙古和甘肅北部，黑龍江和吉林東部以及遼東半島沿海，青藏高原、三北地區(qū)的北部和沿海。由于風(fēng)能無法被控制，風(fēng)力發(fā)電廠幾乎無法時時刻刻都處于滿載發(fā)電狀態(tài)，雖然提高了裝置容量，卻無法使發(fā)電量有效增加，使得風(fēng)力發(fā)電廠幾乎都被當(dāng)成輔助電力來增加供電可靠度，并無法象核能、火力發(fā)電廠來當(dāng)成基載電力使用。目前全球風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀是，裝機(jī)容量大而實(shí)際發(fā)電能力小，電的品質(zhì)差、效率低。特別是風(fēng)電存在的隨機(jī)性、間隙性、波動性，以及不具備調(diào)峰能力等特性，使得風(fēng)電上網(wǎng)和利用等問題迄今未得到有效解決。
[0005]通常人們認(rèn)為，風(fēng)力發(fā)電的功率完全由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率決定，總想選購大一點(diǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，而這是不正確的。目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)只是給電瓶充電，而由電瓶把電能貯存起來，人們最終使用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關(guān)系。功率的大小更主要取決于風(fēng)量的大小，而不僅是機(jī)頭功率的大小。在內(nèi)地，小的風(fēng)力發(fā)電機(jī)會比大的更合適。因?yàn)樗菀妆恍★L(fēng)量帶動而發(fā)電，持續(xù)不斷的小風(fēng)，會比一時狂風(fēng)更能供給較大的能量。有電動機(jī)的用電設(shè)備啟動時，啟動電流很大，會造成蓄電池電壓突然下降，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后則不然。
[0006]對于新研制的風(fēng)輪葉片，需要進(jìn)行氣動性能試驗(yàn)，氣動性能試驗(yàn)需要在風(fēng)洞中進(jìn)行，曾有報道講有業(yè)余愛好者因不具備試驗(yàn)風(fēng)洞條件或因費(fèi)用原因，將風(fēng)力機(jī)設(shè)置在汽車的車廂上測定風(fēng)輪葉片的氣動性能。
[0007]關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，按風(fēng)輪軸向一般分為水平軸式和垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩類，早期水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)占據(jù)了主流位置，隨著電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，H型垂直軸風(fēng)輪功率的計算得以解決，垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)正以勢不可擋的態(tài)勢在迅猛發(fā)展。盡管啟動轉(zhuǎn)矩稍大，但由于葉片在旋轉(zhuǎn)過程中，隨著轉(zhuǎn)速的增加阻力急劇減小，匹配無鐵心盤式稀土永磁發(fā)電機(jī)，其優(yōu)勢凸顯。
[0008]關(guān)于發(fā)電機(jī)，永磁式發(fā)電機(jī)省去了勵磁式發(fā)電機(jī)的勵磁繞組、碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，避免了勵磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)易磨損等故障，可靠性大為提高。
[0009]體積小、重量輕、比功率大。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的采用，使得發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計排列得很緊湊，體積、重量大為減少。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的簡化，還使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量減少，實(shí)用轉(zhuǎn)速增加，比功率(即功率、體積之比例)達(dá)到一個很高的值。
[0010]中、低速發(fā)電性能好。功率等級相同的情況下，怠速時，永磁式發(fā)電機(jī)要比勵磁式發(fā)電機(jī)的輸出功率高一倍，也就是說，永磁式發(fā)電機(jī)比等功率等級的勵磁式發(fā)電機(jī)性能優(yōu)越。
[0011]能顯著地延長蓄電池壽命，減少蓄電池維護(hù)工作。主要原因是永磁式發(fā)電機(jī)采用的是開關(guān)式的整流穩(wěn)壓方式，穩(wěn)壓精度高，充電效果好。避免了過電流充電造成的蓄電池壽命縮短。永磁式發(fā)電機(jī)的開關(guān)式整流輸出對蓄電池采用小電流脈沖充電，相同的充電電流充電效果更好，從而延長蓄電池的使用壽命。
[0012]效率高。永磁式發(fā)電機(jī)是一種節(jié)能產(chǎn)品。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)免去了產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場所需的勵磁功率和碳刷、滑環(huán)之間磨擦的機(jī)械損耗，使得永磁式發(fā)電機(jī)效率大為提高。普通勵磁式發(fā)電機(jī)在1500轉(zhuǎn)/分至6000轉(zhuǎn)/分之間的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平均效率只有45%至55%，而永磁式發(fā)電機(jī)則可高達(dá)75 %至80 %。
[0013]采用自啟動式穩(wěn)壓器無需外加勵磁電源。發(fā)電機(jī)只要一旋轉(zhuǎn)就能發(fā)電。當(dāng)蓄電池?fù)p壞時，只要發(fā)動機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，汽車充電系統(tǒng)仍可工常工作。如汽車沒有蓄電池，只要搖轉(zhuǎn)手把或溜車，也可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火運(yùn)行。
[0014]特別適合于在潮濕或灰塵多的惡劣環(huán)境下工作。
[0015]無無線電干擾。永磁發(fā)電機(jī)無碳刷、無滑環(huán)的結(jié)構(gòu)，消除了碳刷與滑環(huán)磨擦產(chǎn)生的無線電干擾；消除了電火花，特別適合于爆炸性危險程度較大的環(huán)境下工作，也降低了發(fā)電機(jī)對環(huán)境溫度的要求。
[0016]火車的提速得益于動力分散理論，按動力來源分又分為電力機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車等。電力機(jī)車的缺點(diǎn)在于其本身沒有動力源，電能來自外部的電纜，如遇自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭等不可抗力狀況引發(fā)斷電就無法運(yùn)行，甚至可能引發(fā)事故。故而電力機(jī)車雖有許多優(yōu)點(diǎn)，仍然無法全面取代傳統(tǒng)的柴油(內(nèi)燃)機(jī)車?；旌蟿恿κ且环N折中方案，即在電力機(jī)車上額外配備有應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，以應(yīng)付突發(fā)的斷電狀況。
[0017]在追求低碳生活的今天,汽車的發(fā)展方向注定是走向節(jié)能減排直至零排放。在這樣的一個大形勢下，純電動汽車被眾專家看好，并建議將大力發(fā)展電動車產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略，但是，電池的續(xù)航里程及充電問題始終是制約其發(fā)展的瓶頸。電動車的發(fā)展有很高的技術(shù)含量，其中最重要的部件就是動力電池、電動機(jī)和能量轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，而動力電池要實(shí)現(xiàn)快速充電、安全等高性能，是技術(shù)門檻最高、也是利潤最集中的部分。隨著電動車的火熱研發(fā)，電動車的充電設(shè)施建設(shè)也在火熱進(jìn)行中。根據(jù)國家電網(wǎng)的估算，每個充電站平均投資300萬元。若興建100座充電站，需花費(fèi)3億元。另外，根據(jù)估算，充滿一輛車快充需要半小時時間。一座有12個充電樁的充電站，一天24小時僅能為不到600輛電動車充電，而一座同等規(guī)模的加油站的加油能力則是其數(shù)十倍以上。如果采用家庭普通充電辦法，一輛電動車充滿電需要近10個小時，對一些老舊小區(qū)而言，很多電動車同時充電也是一種考驗(yàn)，拋開沒有現(xiàn)成的充電配套設(shè)施不說，就是上百輛電動車同時充電對區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)的負(fù)荷恐怕也會造成極大的負(fù)擔(dān)。
[0018]4、
【發(fā)明內(nèi)容】
:本發(fā)明是基于風(fēng)力發(fā)電原理，將有限的風(fēng)能資源分布區(qū)擴(kuò)展為全區(qū)域覆蓋。亦即改變風(fēng)隨機(jī)性、間隙性、波動性的缺陷，制造一個恒穩(wěn)的高風(fēng)速的風(fēng)場，在高速運(yùn)動著的載體上安置減去調(diào)速調(diào)向及塔架裝置的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電或發(fā)電為該載體提供電力。
[0019]5、【具體實(shí)施方式】:據(jù)現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電理論，輸出功率隨風(fēng)力機(jī)的掃掠面積及風(fēng)速的增加而增加，具體到與風(fēng)輪直徑的平方及風(fēng)速的立方成正比。葉片的成本隨其長度增加而逐步上升，垂直軸H型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在徑高比β = R/H = 0.994?I時，性價比最高?；疖嚇?biāo)準(zhǔn)軌距1435mm，車廂寬度3000?3200mm，目前運(yùn)營時速可達(dá)200km/h，設(shè)計時速更高。機(jī)車牽引功率5000kw上下。家用轎車、客運(yùn)大巴、卡車車寬有一定的設(shè)計范圍，高速限速120km/h。查表格風(fēng)力機(jī)的平均輸出功率，垂直軸轉(zhuǎn)子直徑2m時，風(fēng)速為lOm/s時平均輸出功率為1.17kw，風(fēng)速為30m/s時平均輸出功率為31.59kw，風(fēng)速為50m/s時平均輸出功率為146.25kw。當(dāng)轉(zhuǎn)子直徑為3.2m時，風(fēng)速為10m/s時平均輸出功率為2.92kw,風(fēng)速為30m/s時平均輸出功率為78.84kw，風(fēng)速為50m/s時平均輸出功率為365kw。以上數(shù)據(jù)是現(xiàn)有H型風(fēng)輪在自然風(fēng)場中一側(cè)葉片受到推力而另一側(cè)同時受到阻力的情況下得到。青島某廠家現(xiàn)售產(chǎn)品，額定風(fēng)速12m/s，葉片長高為1.6m時額定功率500w，2m時額定功率1000w，2.6m時額定功率2000w，3m時額定功率3000w，是基于自然條件下設(shè)計，塔架高需6_8m，按本發(fā)明設(shè)計，只要將匹配的發(fā)電機(jī)按額定的高風(fēng)速配置，根本不需要塔架，即可發(fā)出高品質(zhì)電，因風(fēng)速為人為創(chuàng)造，范圍穩(wěn)定可靠，所發(fā)電穩(wěn)定，控制系統(tǒng)設(shè)計相對更簡單。本發(fā)明將風(fēng)輪葉片設(shè)計在潤輪軸流集風(fēng)罩內(nèi)，in方嘲機(jī)口形罩口，逐步將風(fēng)引向一側(cè)，葉片在類似潤殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，不受反向風(fēng)阻，單向風(fēng)流。是單葉片還是多葉片，葉片的橫截面是翼型還是V型，是否能得到更高的功率輸出還待研究。
[0020](I)并網(wǎng)發(fā)電現(xiàn)有電氣化鐵路改進(jìn)或重建封閉式環(huán)形軌道，供牽引機(jī)頭牽引N節(jié)平板車，每節(jié)上可安裝兩至叁臺徑高比為I的直徑3米的H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)因?yàn)轱L(fēng)速穩(wěn)定，發(fā)電品質(zhì)高，經(jīng)過控制系統(tǒng)調(diào)壓調(diào)頻后，不一定需要蓄電池，可通過滑環(huán)接觸網(wǎng)輸出直接并網(wǎng)。是否可在高鐵或動車上按功率需要安裝幾臺，發(fā)電供自身動力需求用，有待相關(guān)部門做可行性研究。
[0021](2)用于電動汽車上，油電混合動力汽車或純電動汽車，混合動力汽車上可摒棄高成本動力電池，靠汽(柴)油發(fā)動機(jī)提供初始動力，純電動汽車初始動力由電池提供，速度上來后，帶動風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，其電能直接驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，為汽車提供動力。
[0022](3)能否應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域？也并非可能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一款安裝在運(yùn)動載體上的綠色移動能源系統(tǒng)，通過該運(yùn)動載體的運(yùn)動產(chǎn)生高速風(fēng)能，帶動風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，為該運(yùn)動載體提供能源或輸出并網(wǎng)發(fā)電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色移動能源系統(tǒng)，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在高速移動著的運(yùn)動載體上，以增加風(fēng)能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色移動能源系統(tǒng)，為風(fēng)輪安裝渦輪軸流導(dǎo)風(fēng)罩。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色移動能源系統(tǒng)，利用H型垂直軸風(fēng)輪捕獲風(fēng)能，不僅可垂直安裝，也可水平安裝，其風(fēng)輪葉片的截面可為翼型、V形，葉片數(shù)量可為單葉片、雙葉片或多葉片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色移動能源系統(tǒng)，在用于大型風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電或油電混合動力汽車上時可以不用蓄電池儲能，用于電動汽車上直接用車上原有電池儲能。
【專利摘要】一種綠色移動能源系統(tǒng)，是基于風(fēng)力發(fā)電原理，由于風(fēng)能無法被控制，特別是風(fēng)電存在的隨機(jī)性、間隙性、波動性，以及不具備調(diào)峰能力等缺陷，人為制造穩(wěn)定的強(qiáng)風(fēng)風(fēng)場，極大地降低風(fēng)機(jī)成本及提高風(fēng)能利用率，設(shè)計出一種不受地域限制的新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電、高鐵動車、電動汽車乃至于航天航空領(lǐng)域，能緩解全球能源危機(jī)及減少霧霾。
【IPC分類】F03D9/00
【公開號】CN105201744
【申請?zhí)枴緾N201410294730
【發(fā)明人】張文祥
【申請人】張文祥
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年6月21日