CN101787950A - 一种蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电*** - Google Patents

Abstract

一种蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***，其风力发电设备[1]的输出端通过连接机构[10]与抽水泵[2]的输入端连接，抽水泵[2]的抽水口通过抽水管[11]与下水库[3]相通，抽水泵[2]的出水口通过出水管[12]与上水库[4]相通，抽水蓄能机组[5]的进水口通过发电引水管[14]与上水库[4]相连通。抽水蓄能机组[5]的出水口通过尾水管[13]与下水库[3]相通。所述的风力发电设备[1]和抽水蓄能机组[5]都采用定子蒸发冷却方式。

Description

一种蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***

技术领域

本发明涉及一种利用风能进行抽水蓄能联合发电装置。

背景技术

随着世界能源日益紧缺和全球变暖趋势增强，作为节能减排的重要手段之一，世界风力发电发展迅速，技术不断进步，近5年来，世界风电市场每年都以(40％)的速度增长，我国的风电市场近几年也在呈现良好的发展态势。但是风力发电受地域环境影响比较大，属于不稳定电能，发电的可靠性差，难于满足电网对于电能质量的要求，那么在现有技术条件下，就需要建大量的风电机组构成的风电场与大电网(至少是风电场容量的十倍以上)并网运行才能发挥风电的效能。这在很多场合是受限制的，比如一些风能丰富但仅有独立的小电网地区(如新疆和海岛)。所以风能的高效利用以及风力发电设备供电的可靠性问题成为关注的重点，而增加蓄能环节和改善设备冷却模式就能有效的解决这一问题。

抽水蓄能机组多是用于调峰调频使用，需要频繁启停，采用常规的空气冷却方式，冷却效果不佳，温度分布均匀性差，容易导致线棒热变形或绝缘易损坏，影响电机运行的可靠性和寿命。通过改善冷却方式延长设备寿命并提高其运行可靠性是一个重要突破途径。

蒸发冷却技术利用低沸点介质的汽化潜热实现与被冷却对象间的热量交换，其单位质量冷却介质的吸热能力远大于传统的比热换热方式。而且其相变换热的原理决定了温度分布只取决于***压力，使得这种冷却方式的发热部件温度分布十分均匀。同时蒸发冷却介质具有良好的物理化学稳定性和绝缘性能，以及蒸发冷却***可以实现无泵自循环并使冷却***始终运行在零表压附近，并可根据发热体的不同工况实现自适应调节，切实保证冷却***的安全可靠运行。

中国专利02122112.X所公开的汽轮及水轮发电机定子的蒸发冷却装置，提供汽轮和水轮发电机定子蒸发冷却装置，包括将电机定子发热体浸泡在冷却介质中的蒸发冷却室，一台装在蒸发冷却室上方与冷却介质蒸汽进行热交换的冷凝器。冷凝器的底部与蒸发冷却室上部蒸发空间之间通过一单向阀组连通。与冷凝器临近的同一水平位置上有一回液箱，其底部与冷凝器底部之间有连通管连接，在其设定的储液高度上通过装有单向阀和电磁阀的回液管与蒸发冷却室的蒸发空间相连接。定子部件损耗产生的热量传递给蒸发冷却介质，使其温度升高，当温度达到压力所对应的饱和温度时，容器中的蒸发冷却介质汽化，产生相变吸热，经空气冷凝器冷却后再液化。这种定子利用蒸发冷却的相变换热来实施高效冷却，使发电机定子温度分布均匀，运行温度低，没有局部过热点，安全可靠，且结构简单易行，电机尺寸小，功率密度大。

中国专利01131399.4公开了一种水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，该装置是内部充有冷却介质的全封闭自循环***，发电机定子绕组由空心导体和实心导体组合而成，定子绕组的上下两端分别通过上端和下端电液分离接头连接上绝缘引管和下绝缘引管；上绝缘引管通过集气管和冷凝器的冷凝空间相连，下绝缘引管通过集液管与回液管的下端相连，通过集液管使多根回液管并连。这种自循环蒸发冷却装置的特点是利用水轮发电机的立式结构特点实现冷却***的无泵自循环。

中国专利200610076416.7公开了一种风力抽水蓄能发电调峰装置，这种装置是利用烟囱状的导风塔来实现对风能的利用，这种方式风力的大小与烟囱的高度和尺寸有很大的关系，设备占地面积大，效率低。而且其风能获取环节复杂，还需要热泵膨胀器和热泵冷凝器对获取的风进行额外处理。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有风力发电电力上网造成电网电能质量下降的缺点，将不稳定的风能通过蓄能技术转化成稳定电力输出。即利用可再生的风能转换为电能，驱动抽水泵进行抽水蓄能，再根据电网的需求随时放水发电，配合抽水蓄能机组使用，增加储能容量和调节范围；也可单纯利用抽水泵抽水蓄能驱动常规水力发电机组使用。

本发明直接利用传统的桨叶***来捕捉风能，具有更好的有效性和技术成熟度。另外使用抽水蓄能机组而不是单一的水轮发电机，可以配合风能***，增加储能容量和调节范围。对本发明装置中的风力发电设备和抽水蓄能机组使用定子蒸发冷却方式，可以突破发电设备的容量限制，提高设备的使用寿命和运行可靠性。

本发明蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***包括一台风力发电设备，一台抽水泵，一个下水库，一个上水库和一台抽水蓄能机组，一个连接机构，一根抽水管，一根出水管，一根发电引水管和一根尾水管。其特征是***中的风力发电设备和抽水蓄能机组都采用定子蒸发冷却方式。

本发明的风力发电设备的输出端通过连接机构与抽水泵的输入端连接，上述抽水泵的抽水口通过抽水管与下水库相通，抽水泵的出水口通过出水管与上水库相通，抽水蓄能机组的进水口通过发电引水管与上水库相连通。抽水蓄能机组的出水口再通过尾水管与下水库相通。当外界风力足够，风力发电设备向外发电，其输出端通过连接机构与抽水泵连接，驱动抽水泵通过抽水管从下水库中抽水再通过出水管送到上水库中。

所述的风力发电设备采用浸润式定子蒸发冷却装置；当所述抽水蓄能机组为卧式结构时，抽水蓄能机组采用浸润式定子蒸发冷却装置，当所述抽水蓄能机组为立式结构时，则抽水蓄能机组采用定子绕组自循环蒸发冷却装置。

本发明的特征是利用风力发电的基值电能可直接上网，可以保证电网的稳定性，峰值电能用于抽水蓄能，补充抽水蓄能机组的电力输出，可使其净有功输出为正，充分利用可再生能源。当电网需要时，抽水蓄能机组切换发电状态从上水库中放水发电，当电网用电负荷处于低谷时，抽水蓄能机组切换至电动状态，从下水库中抽水到上水库从而实现蓄能。其中风力发电设备和抽水蓄能机组都采用冷却效率高，安全可靠性高的定子蒸发冷却方式。该发电***简单可靠，运行成本低，节能高效。技术成熟可靠，发电效率高，电能质量优。是一种清洁高效的联合发电***。

附图说明

图1蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***结构1示意图；

图2蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***结构2示意图；

图1中，1风力发电设备，2抽水泵，3下水库，4上水库，5抽水蓄能机组，10连接机构，11抽水管，12出水管，13尾水管，14是电引水管。

图2中，1风轮叶片，2抽水泵，3下水库，4上水库，5抽水蓄能机组，10连接机构，11抽水管，12出水管，13尾水管，14是电引水管。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***，包括风力发电设备1，抽水泵2，风力发电设备1的输出端通过连接机构10与抽水泵2的输入端连接，该抽水泵2是电驱动的泵。所述抽水泵2的抽水口通过抽水管11与下水库3相通，抽水泵2的出水口通过出水管12与上水库4相通，抽水蓄能机组5的进水口通过发电引水管14与上水库4相连通。抽水蓄能机组5的出水口通过尾水管13与下水库3相通。当外界风力足够，风力发电设备1向外发电，其输出端通过电连接机构10与抽水泵2连接，驱动抽水泵2通过抽水管从下水库3抽水再通过出水管12送到上水库4。当电网需要时，抽水蓄能机组5切换发电状态从上水库4放水发电，当电网用电负荷处于低谷时，抽水蓄能机组5切换至电动状态，从下水库3抽水到上水库4从而蓄能。

具体实施方式2：

如图2所示，本发明所述蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***，包括风轮叶片1，抽水泵2，风轮叶片1的输出端通过连接机构10与抽水泵2的输入端连接，该抽水泵2是机械驱动的泵。上述抽水泵2的抽水口通过抽水管11与下水库3相通，抽水泵2的出水口通过出水管12与上水库4相通，抽水蓄能机组5的进水口通过发电引水管14与上水库4相连通。抽水蓄能机组5的出水口通过尾水管13与下水库3相通。

本发明的风力发电设备1采用浸润式定子蒸发冷却装置；当所述抽水蓄能机组5为卧式结构时，抽水蓄能机组5采用浸润式定子蒸发冷却装置，当抽水蓄能机组5为立式结构时，则抽水蓄能机组5采用定子绕组自循环蒸发冷却装置。

Claims (3)

1.一种蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***，其特征在于包括风力发电设备[1]，抽水泵[2]，风力发电设备[1]的输出端通过连接机构[10]与抽水泵[2]的输入端连接；所述抽水泵[2]的抽水口通过抽水管[11]与下水库[3]相通，抽水泵[2]的出水口通过出水管[12]与上水库[4]相通，抽水蓄能机组[5]的进水口通过发电引水管[14]与上水库[4]相连通；抽水蓄能机组[5]的出水口通过尾水管[13]与下水库[3]相通。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***，其特征在于所述的风力发电设备[1]采用浸润式定子蒸发冷却装置；当上述抽水蓄能机组[5]为卧式结构时，抽水蓄能机组[5]采用浸润式定子蒸发冷却装置，当上述抽水蓄能机组[5]为立式结构时，则抽水蓄能机组[5]采用定子绕组自循环蒸发冷却装置。

3.根据权利要求1所述的蒸发冷却的风能抽水蓄能联合发电***，其特征在于上述风力发电设备[1]或者由风力驱动的风轮叶片替代；风轮叶片[1]的输出端通过连接机构[10]与抽水泵[2]的输入端连接。

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