本发明专利技术公开了一种在用电低谷时利用压缩气体进行储能，在用电高峰时再将压缩气体通过一个密闭的管道，在密封的管道中按照风速递减设置多级风力发电机，将压缩空气动能再还原成电能的一个装置。本发明专利技术装置是在一个密闭的管道中设置N+1级具有相同风轮直径，但额定功率和额定转速都不同的风力发电机，压缩气体流过该管道时产生高速气流，通过多级风力发电机逐级降低风速，最后把风能转换成电能的一种装置，并在压缩气体流经风力发电机时混合雾化水，以便提高发电效率，该装置称为管道发电装置，该管道发电装置可以由多个装置相互并联使用，增加调峰电力的总功率，本发明专利技术的特点是低调峰电力成本。调峰电力成本。调峰电力成本。
【技术实现步骤摘要】
一种压缩气体管道发电装置
[0001]本专利技术涉及储能和风力发电领域。
技术介绍
[0002]随着碳减排的深入发展，人类越来越需要清洁电力，如风能、太阳能电力，但风能、太阳能等清洁电力具有不确定性和功率波动大的特点，而电网确需要相对稳定的电力供应，这就产生了供需矛盾，从而造成一定的弃电现象，因此清洁电力一般会需要按清洁电力的一定比例配置调峰电力，比如采用火力发电、抽水蓄能、电池阵列蓄能，还有采用压缩气体蓄能，需要电力时再通过汽轮机发电，把压缩气体的动能转化成电力等各种方式进行调峰，即使具备一定容量的调峰电力，因为调峰电力的成本因素，仍旧会产生一定的弃电现象。电力是一种特殊的商品，不具有一般商品的品牌属性，用户需要的是度电成本，如何获得更低的调峰电力成本是本专利技术的核心。
[0003]现有采用压缩气体储能，在通过汽轮机还原电力的系统，调峰电力成本高昂，主要的成本在于汽轮机的成本，并且汽轮机需要高温、高压的气体推动汽轮机运转发电，这就需要额外的燃料产生高温气体推动气轮机运转发电，造成调峰电力成本高昂，推高了电力成本。而本专利技术的发电装置不需要汽轮机发电，而是通过在一个圆形管道内设置多级尺寸相同，但额定功率、额定转速都不同的多级风力发电机进行发电，将压缩气体从管道的一端输入，从管道的另一端流出，高速气流经过多级风力发电机发电。风力发电机的级数为N+1级，N是大于1，小于或等于8的自然数，每个风力发电机可独立接入电网，这个发电装置称为管道发电装置。这个管道发电装置不仅不需要额外的燃料产生高温气体，而且发电装置本身成本低廉，产生的调峰电力成本也相对低廉的多，值得大规模推广应用。
[0004]图一是本专利技术的具体实施例，也是摘要图
具体实施方式
[0005]蓄能调峰的本质是储存波谷电力，在用电高峰(波峰)时将储存的能量(动能、势能等)还原成电力的过程。在现有采用压缩气体储能的发电装置一般都采用汽轮机进行发电，汽轮机本身的发电效率较高，但汽轮机不仅造价昂贵，而且需要高温、高压气体推动汽轮机发电，这就需要额外的燃料产生高温气体，因此蓄能调峰发电成本相对较高。为了替代汽轮机发电，本专利技术采用一个一端接压缩气体的圆形管道1，在圆形管道接压缩气体的入口处设置一个阀门2，用于控制压缩气体的输入或关闭；在阀门后设置多个雾化水的喷嘴装置9。因为风能转换电能的基本原理和公式如下：P＝(1/2)＊1.225＊ρ＊S＊V3，其中P是电功率，1.225是标准条件下每立方米空气的质量(公斤)，ρ是一台风力发电机平均风能/电能的转换效率，S是风力发电机的有效扫风面积，V是输入的压缩气体的气流速度，从上式可知，提高空气密度、或分别提高ρ、S和V都可以提高发电量，而提高气流速度V，发电量增加速度最快，设置雾化水喷嘴的目的就是提高空气单位体积的质量，提高发电量。
[0006]整个调峰发电系统由气罐11，管道发电装置组成。在压缩气体进入管道1后，首先
和雾化水混合，然后通过导流片3，将处于螺旋状态的压缩气体调整成平滑的气流，以提高风力发电机的效率。在导流片后设置N+1级扫风面积都相同，但额定功率、额定转速都不同的多级风力发电机4，在前一级风力发电机和后一级风力发电机之间也设置若干导流片3，以平滑流经前一级风机后造成的气流紊乱。
[0007]因为一个风力发电机风轮的效率是各叶片效率的之和，虽然在一个叶片的风力发电机中，单个叶片效率最高，但一个叶片的效率就是风机的效率；虽然在二个叶片的风机中，因前一个叶片产生扰流后略微影响第二个叶片的效率，导致叶片效率有所降低，但风轮的总效率是二个叶片之和，要高于采用一个叶片的风机效率，同样三个叶片的风机效率也要略高于2个叶片的风机效率，由于小型风力发电机叶片成本低廉，增加叶片数量造成风力发电机成本的增加非常有限，因此该管道发电装置中的每个风力发电机均至少由3个或三个以上相同的叶片组成。风力发电机由叶片5，发电机6，风力发电机的支撑体7、导流罩8组成。其中发电机可以是永磁同步发电机或双馈型异步发电机中的一种。由于各级风力发电机对应的风速不同，转速也不同，因此各发电机的额定功率、额定转速都不同。如果采用永磁同步发电机，发电机输出经整流后输入并网逆变器并入电网；如果采用双馈型异步发电机，则发电机通过控制装置接入电网。每个风力发电机分别独立接入电网。
[0008]如果气体采用特种气体，管道1的出口后可接气/水分离装置，然后通过压缩机重新输入气罐循环利用。
[0009]由于风力发电机的发电效率受《叶素动量理论》的约束，叶片前段的发电效率较高，越靠叶片根部(回转中心)位置效率越低，风轮回转中心的效率为零，因此导流罩不仅可以把气流约束在风力发电机叶片的前段，提高发电效率，进一步还可以将管道内流经风力发电机的风速提高，风速提高的值是导流罩最大截面积和管道截面积的比值，如当导流罩直径为管道直径的1/2时，因流量不变，流经风力发电机的有效风速可以提高25％，由于风能的能量和风速是立方关系，风速增加一倍，则风能增加8倍，当风速提高到原来的1.25倍时，则风能增加了1.95倍，所以和在敞开的自然环境中不同，在一个密闭的管道中，因气流被强迫压入叶片前端部分的通道，使流经风轮叶片的风速按比例提高，导流罩就可以大幅度提高密闭管道中风力发电机的发电量，而在密闭管道中导流罩提升发电量的效果和在敞开的自然环境中有极大差异，在敞开的自然环境中，一部分气流因导流罩和风轮的阻碍作用，大部分气流将绕过风轮而使导流罩的效果大为降低。为了降低制造成本，叶片也可以直接固定在导流罩上，此时风力发电机中的发电机为内转子发电机。如果风力发电机都采用外转子发电机，则各级风力发电机的轴可以相互连接为同一个轴，此时各风力发电机的支撑7连接到轴上。
[0010]以下将结合具体实施例，对本专利技术的具体实施方式做进一步详细的说明，具体说明风力发电机级数的设置、各级风力发电机额定功率、额定转速设置的方式、导流罩大小的设置依据，雾化水喷淋量的设置方式，但不应以此限制本专利技术的保护范围，应当理解，本领域技术人员可以在不背离权利要求限定范围的前提下，对这些实施例中管道尺寸的变化，风力发电机级数的增加或减少，导流罩尺寸的改变，增加或减少水雾化装置的数量或位置，进一步细化实施方案，从而产生新的实施方法，也都应包括在本专利技术的保护范围之内。
[0011]在下列实施例中，压缩气体由储气罐无限量供应，压缩气体的气压20兆帕或20兆帕以上。
[0012]实施例1
[0013]在实施例一中，设定管道内壁截面积1平方米，长度若干米，在管道入口处设置阀门，可根据需要自动控制压缩气体流量，在阀门后端设置多个水的雾化喷嘴，当压缩气体阀门打开，压缩气体流入管道后，雾化水喷嘴自动打开形成喷雾。压缩气体经过导流片整流后产生平滑的气流，假设压缩气体流量为每秒50立方米，则整流后平滑的气流速度为50米/秒，选择导流罩的直径为管道直径的1/2，则导流罩的最大面积为管道截面积的1/4，在导流罩最大直径处，管道的有效截面积可视为缩小为0.75平方米，在此处，由于管道有效面积减少25％，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用压缩气体作为动力源进行储能发电的装置，其特征在于，发电的动力来源于压缩气体，并通过在一个圆形管道中设置N+1级的多级水平轴风力发电机进行发电，N是大于1、小于或等于8的自然数，管道内的发电机组称为管道发电装置。2.根据权利要求1所述的内容，其特征在于，管道是圆形等截面管道，各风力发电机由风轮直径相同的水平轴风力发电机组成，每个风力发电机的叶片数量至少3片或3片以上，各风力发电机相互独立发电。3.根据权利要求1所述的内容，其特征在于，管道是圆形可变截面管道，管道从第一级风机后依次逐步缩小管道直径，但管道出后处的直径，大于等于最后一级导流罩直径的10％，每个风力发电机的叶片数量至少3片或3片以上，各风力发电机相互独立发电。4.根据权利要求2和3所述的内容，其特征在于，次级风力发电机的额定转速和上一级风机额定转速的比值选择在0.6
‑
0.9之间(即，本级风机额定转速/前一级风机额定转速)。5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：严强，
申请(专利权)人：严强，
类型：发明
国别省市：
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