一种利用分子能技术提高发电效率的风力发电系统技术方案

本发明专利技术公开了利用分子能技术提高发电效率的风力发电系统。包括一个风车和一个水力发电机组，其显著的进步在于风车旋转通过力矩与水泵连接，水泵分两路一路与压力储水容器和水力发电机组连接，另一路与常压储水容器连接，常压储水容器又与水力发电机组连接，水力发电机组一路从水泵或压力储水容器中取得高水头水，另一路将低势能的水输入常压储水容器。用水力发电机组将分散风能集中起来形成大功率水力发电系统，使总投资下降，用分子能技术使风能的利用率处于相对稳定的高水平上，对系统控制要求下降，可靠性提高；由于系统中采用水泵的方式将风车收集的风能转换成具有高势能的水力，风车塔架结构简化，抗风能力增加，可广泛用于风力发电场所。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发电系统，特别涉及一种利用分子能技术提高发电效率的风力发电系统。
技术介绍
为了产生电力(动力)，人们使用了热能、水能或原子能，这涉及到诸如燃料短缺、水坝带来的对自然环境的破坏、空气污染、环境污染及放射性伤害等缺点。风力发电作为一种清洁自然能源有很多的优点，受到各国的广泛重视，并已形成一定的产业规模。风车的风能回收率(风能利用率)对水平轴型是45％，垂直轴型是35％，但因为风力发电对风力条件的要求很高，致使风力发电的效率很低，特别是当风速波动及在风速超过额定风速的情况下，对风力发电系统的控制要求很高，风力在超过额定风速后，风力的利用效率通常低于25％，甚至更低，比如，定桨距风力发电机组在风速为每秒20米的情况下工作，其风能利用率仅为10％左右，同样，对于目前广泛应用的变桨距风力发电机组来说，当风速高于额定风速时，是通过调节桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使发电机组的功率输出保持稳定，也就是说风能的利用率是随着风速的增加而降低。根据风能利用公式，其有用功率是风速的三次方的指数增长关系，目前的风力发电系统将大量的优质风能白白地浪费掉了。与此同时，为了防止风车发生飞车事故或由于风速过高引起的风力发电机组退出电网，通常在以下三种情况下执行安全停机操作一是风速大于25m/s，持续10min；二是风速大于33m/s，持续2s；三是风速大于50m/s，持续1s，这就相应增大了对系统控制质量的要求，致使风力发电系统存在投资成本过高，经济效益低下，投资回收周期较长，所有这些都制约了人们对风力发电的需求的缺陷。
技术实现思路
本专利技术目的是采用结构简单，使用方便的水力发电机组和分子能技术相结合的一种利用分子能技术提高发电效率的风力发电系统。为了解决风力发电机组的上述缺陷，本专利技术的技术方案是这样解决的包括一个风车和一个水力发电机组，其显著的进步在于风车通过力矩与水泵连接，水泵分两路分别通过输水管与压力储水容器和常压储水容器连接，常压储水容器又与水力发电机组连接，水力发电机组的水再通过输水管输入到水泵或压力储水容器中，压力储水容器通过输水及输气管连接到压缩气体储存容器上。分子能技术用来构成抑制和补偿因风速短时间内较大幅度波动对风力发电系统的冲击，及吸收因风速超过额定风速时的风能。上述所说分子能的作用原理，是指压缩气体储存容器中的气体，因改变气体分子的势能空间的空间尺度而吸收或释放的一种能量，这种势能空间是由原子核自身运动及核外电子高速运动所产生，其特点是，对气体分子施加压力时，气体分子的势能空间缩小，或者说气体分子的体积缩小，气体分子吸收并储存外界所施予的能量同时放出热量；当撤除施加给气体分子的加力时，气体分子的势能空间膨胀，或者说气体分子的体积增大，气体分子释放出所存储的能量，同时吸收外界的热量。本专利技术提供(1)所述风力发电系统，包括水力发电机组和水泵，所述水力发电机组是一种小流量、高水头机组；所述水泵是一种高扬程水泵，其流量与输入功率成正比。(2)所述风力发电系统，包括一组密闭的压力容器，所述压力容器，其中的一个或几个用于储存压缩气体，一个或几个用于储存液体，所述液体可以是水或其它液体，以下以水为叙述液体。(3)采用分子能技术和水力发电机组的风力发电系统，可以是单台风车组成的小功率风力发电系统，也可以是多台风车和多台水力发电机组及多个储存液体和压缩气体的容器组成的大型风力发电系统，在这个大型风力发电系统中，为了提高水力发电机组的效率，降低发电设备的成本，最好选用单台高水头、大流量的大功率水力发电机组。本专利技术与现有技术相比，由于本专利技术采用了分子能技术和水力发电机组，降低了对系统控制精度的要求，特别是对于风车的要求只是以抗风能力为主，只要风车具有足够的抗风能力，就可以使该系统在任何风速下都不需要停车，当然，要达到这种效果就必须对风车进行特殊的抗风设计，使其成为具有足够的抗风能力和可以接受的成本，但有一点是可以肯定的，那就是在这个系统中风车将变得简单和低成本。此外，由于系统中可以将多台风车组成一个大的系统，每辆风车只带动一台水泵进行工作，而水力发电机组则只使用一台或少数几台，同时，因为系统的控制比较简单，这样系统的总投资将会大幅下降。使该系统具有这些明显优势的原因就在于应用了分子能的某些特性，不但可以完全吸收阵风对系统产生的干扰，还会将较长时间内的高风速能量储存起来，用于风速较低时的风能补偿来源，从而使整个系统的风能利用效率基本维持在一个相对稳定的高水平上，而不会因为风速高于额定风速时的风能利用率下降。概括起来讲，本专利技术的效果体现在以下几个方面1.采用水力发电机组，能够将分散的风能集中起来形成大功率的水力发电系统，使系统的总投资下降，风能发电比传统发电项目具有更大的优势；2.采用分子能技术，使风能的利用率处于一个相对稳定的高水平上，系统能够输出更多的电力；3.对系统的控制要求下降，使系统的可靠性提高； 4.由于系统中采用水泵的方式将风车收集的风能转换成具有高势能的水力，使风车塔架的结构简化，抗风能力增加。附图说明图1为本专利技术的单台风力发电系统的结构示意框图；图2为本专利技术的大型风力发电网系统结构构示意框图。具体实施例方式附图为本专利技术的实施例。下面结合附图对本专利技术的内容作进一说明包括一个风车1和一个水力发电机组6，其风车1通过力矩与水泵2连接，水泵2分两路一路通过输水管7与压力储水容器3和水力发电机组6连接，另一路通过输水管7-1与常压储水容器5连接，常压储水容器5又与水力发电机组6连接，水力发电机组6的水一路通过输水管7-2从水泵2或压力储水容器3中取得高水头水，另一路通过输水管7-3将通过水力发电机组6成为常压的水输入常压储水容器5，压力储水容器3通过输水及输气管8连接到压缩气体储存容4上，所述风车与水泵至少是一组或一组以上串(或并)联连接构成单台风车组成的小功率风力发电系统，也可以是至少是一台或一台以上风车和相应的一台或一台以上水力发电机组及相应个储存液体和压缩气体的容器组成的大型风力发电系统。综上所述，本专利技术的目标是利用分子能和水力发电的相关技术，对风力发电系统进行技术创新，提高风力发电系统的风能利用效率，使风能利用效率基本维持在一个相对稳定的高水平上，降低因风速波动及风速超过额定风速的情况下对控制系统的要求，以便于最大限度地利用风能。因此，本专利技术提供一种利用分子能技术和水力发电技术提高发电效率的风力发电系统，其中(1)分子能技术应用到风力发电系统，降低了因风速波动及风速超过额定风速的情况下对控制系统的要求，最大限度地吸收并储存风能，提高风力发电系统的风能利用效率；(2)分子能技术应用到风力发电系统，降低了对风车的技术要求，对风车的要求以强度和抗风能力为主；(3)水力发电技术应用到风力发电系统，提高了系统运行的平稳性和发电效率，降低了风力发电系统的投资强度；(4)水力发电技术应用到风力发电系统，使现有水平轴型风力发电系统中的发电机、变速箱等设备的安装位置调整到地面位置或被取消，降低了风力发电系统中风车塔架的技术要求。系统的静态状况如图1所示，压力储水容器3中储存有一定量的水，压缩气体储存容器4中储存着具有一定压力的压缩空气，常压储水容器5中储存有合适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用分子能技术提高发电效率的风力发电系统，包括一个风车（１）和一个水力发电机组（６），其特征在于风车（１）通过力矩与水泵（２）连接，水泵（２）分两路一路通过输水管（７）与压力储水容器（３）和水力发电机组（６）连接，另一路通过输水管（７－１）与常压储水容器（５）连接，常压储水容器（５）又与水力发电机组（６）连接，水力发电机组（６）的水通过输水管（７－２）从水泵（２）或压力储水容器（３）中取得高水头水，通过输水管（７－３）将通过水力发电机组（６）成为常压的水输入常压储水容器（５），压力储水容器（３）通过输水及输气管（８）连接到压缩气体储存容（４）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振德，
申请(专利权)人：孙振德，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]