CN204532702U - 一种利用压缩空气储能的风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种利用压缩空气储能的风力发电装置，包括风机叶片、轮毂、上传动轴、刹车***、上齿轮箱、偏航***、机舱、塔架、竖直传动轴、推力轴承、下齿轮箱、下传动轴、空气压缩机、高压风管、压缩空气储存罐、压缩空气调压阀、压缩空气控制阀、压缩空气动力机、发电机和控制***。本实用新型制造成本低，运行成本低，由于采用压缩空气储能，使发电机的出力变得可控，完全满足电网对风电场的最大出力波动，故障穿越、无功调节能力等的并网条件的要求，对电网是一种友好电源，从而实现发电企业和电网企业的共赢。

Description

一种利用压缩空气储能的风力发电装置

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种利用压缩空气储能的风力发电装置。

背景技术

目前我国大型风力发电的核心技术是引进外国的技术，其技术路径是按外国的技术路径执行的，没有自主知识产权，其缺点如下：

1、由于没有自主知识产权，所以我国目前大型风力发电机的核心技术路径必须依赖外国的技术路径执行，由此付出高昂的代价，导致制造成本高，价格昂贵，运行维护成本高昂的问题，增加了风电产业的投资和运营成本，这正是风电与其它传统发电方式相比，没有市场竞争力的重要原因之一。

2、风电的消纳是目前我国风电发展的瓶颈，众所周知，风能特征是：随机性和间歇性的能源。而目前我国引进外国核心技术制造的风力发电机，其出力是依据国外风场和电网特性设计的，上述发电机的出力的基本特征是：跟随风能的变化而变化，风力发电机的出力不可控，故障穿越和无功调节能力弱。而我国电网运行特征对风力发电场的要求是：上网的风电能可控，故障穿越和无功调节能力强。这正是风电难以消纳的重要原因之一，其缺陷主要表现在：

(1)在我国大规模高集中度的开发模式下，区域风电场分布集中，风速风向特点相近，风电场之间的相关性很强，形成同时出力或不出力的极端现象。因而造成风力电机的出力出现大波动，对电力***的供电充裕性的影响很大，造成电网电力调度的困难，增加了使用成本。

(2)目前大部分的风电机组是通过电力电子接口并网，其动态响应特征与常规同步发电机有很大的差异。其故障穿越、无功调节的能力很弱，无法满足电网的要求。尽管相关方面进行积极的研发，期望破解此难题，然而按目前的技术路径，很难有所突破。

(3)目前风电机组的现有控制策略，是以强电场为假设条件进行设计，没有考虑我国风电场和电网的特征，而在远距离大规模并网的情况下，风电机组与电网之间的连接相对薄弱，从而导致电力***的安全稳定运行和故障保护措施难以应对，严重影响了电力***稳定运行的安全性。

以上背景说明：目前风电对电网***来说，是一种不友好的电源。为了保证电网的安全稳定运行和使用成本可控的需求，电网公司制定了严格的风电并网条件，对风电场的最大出力波动，故障穿越、无功调节能力等方面做出相应的规定。而目前风力发电场因风力发电机的问题，无法满足条件，于是出现了大量“风机空转”的现象，造成极大的资源浪费。

提供一种新的技术方案，来破解以上难题就成为必然。

实用新型内容

本实用新型目的之一在于提供一种利用压缩空气储能的风力发电装置，本实用新型能够解决风力发电机制造成本高昂，运行成本高昂的问题，风力发电机出力不可控制的问题，风力发电机组并网给电网的安全稳定运行造成事故隐患和增加运营成本的问题。

本实用新型提供的一种利用压缩空气储能的风力发电装置，包括风机叶片、轮毂、上传动轴、刹车***、上齿轮箱、偏航***、机舱、塔架、竖直传动轴、推力轴承、下齿轮箱、下传动轴、空气压缩机、高压风管、压缩空气储存罐、压缩空气调压阀、压缩空气控制阀、压缩空气动力机、发电机和控制***；

所述风机叶片安装在所述轮毂上，所述轮毂依次通过所述上传动轴和刹车***连接所述上齿轮箱，所述上传动轴、刹车***、上齿轮箱和偏航***安装在所述机舱的托盘上，所述塔架位于所述机舱的托盘下面，所述竖直传动轴安装在所述推力轴承位上，所述竖直传动轴、推力轴承和下齿轮箱安装在所述塔架内，所述上齿轮箱通过所述竖直传动轴连接所述下齿轮箱，所述下齿轮箱通过所述下传动轴连接所述空气压缩机，由所述风机叶片、轮毂、上传动轴、刹车***、上齿轮箱、偏航***、机舱、塔架、竖直传动轴、推力轴承、下齿轮箱和下传动轴形成将风能传输至空气压缩机的动力传动***；所述空气压缩机通过所述高压风管连接所述压缩空气储气罐，所述压缩空气储气罐通过所述压缩空气调压阀和压缩空气控制阀连接所述压缩空气动力机，所述压缩空气储气罐、压缩空气调压阀、压缩空气控制阀和压缩空气动力机之间通过所述高压风管相连接，所述空气压缩机、高压风管、压缩空气储存罐、压缩空气调压阀、压缩空气控制阀和压缩空气动力机组成机械能转化***；所述压缩空气动力机通过传动轴和连轴器连接所述发电机，所述控制***连接所述压缩空气调压阀、压缩空气控制阀和发电机。

进一步的，所述下齿轮箱、下传动轴、空气压缩机、压缩空气储存罐、压缩空气调压阀、压缩空气控制阀、压缩空气动力机、发电机和控制***都安装在地面上。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型制造成本低，运行成本低，由于采用压缩空气储能，使发电机的出力变得可控，完全满足电网对风电场的最大出力波动，故障穿越、无功调节能力等的并网条件的要求，对电网是一种友好电源，从而实现发电企业和电网企业的共赢。

附图说明

图1所示为本实用新型利用压缩空气储能的风力发电装置结构示意图。

具体实施方式

下文将结合具体实施例详细描述本实用新型。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

图1所示为本实用新型利用压缩空气储能的风力发电装置结构示意图。

如图1所示，本实用新型提供的一种利用压缩空气储能的风力发电装置，包括风机叶片1、轮毂2、上传动轴3、刹车***4、上齿轮箱5、偏航***6、机舱7、塔架8、竖直传动轴9、推力轴承20、下齿轮箱10、下传动轴11、空气压缩机12、高压风管13、压缩空气储存罐14、压缩空气调压阀15、压缩空气控制阀16、压缩空气动力机17、发电机18和控制***19；

风机叶片1安装在轮毂2上，轮毂2依次通过上传动轴3和刹车***4连接上齿轮箱5，上传动轴3、刹车***4、上齿轮箱5和偏航***6安装在机舱7的托盘上，塔架8位于机舱7的托盘下面，竖直传动轴9安装在推力轴承20上，竖直传动轴9、推力轴承20和下齿轮箱10安装在塔架8内，上齿轮箱5通过竖直传动轴9连接下齿轮箱10，下齿轮箱10通过下传动轴11连接空气压缩机12，以上各部件形成将风能传输至空气压缩机的动力传动***，所述动力传动***推动空气压缩机工作，产生压缩空气。

空气压缩机12通过高压风管13连接压缩空气储气罐14，压缩空气储存于压缩空气储气罐14组内备用，完成能量的储存备用作业。压缩空气储气罐14通过压缩空气调压阀15和压缩空气控制阀16连接压缩空气动力机17，压缩空气储气罐14、压缩空气调压阀15、压缩空气控制阀16和压缩空气动力机17通过高压风管13相连接，空气压缩机12、高压风管13、压缩空气储存罐14、压缩空气调压阀15、压缩空气控制阀16和压缩空气动力机17组成将压缩空气能转化机械能的机械能转化***；压缩空气动力机17通过传动轴和连轴器连接发电机18，拖动发电机发电。控制***19连接压缩空气调压阀15、压缩空气控制阀16和发电机18，实现对发电机18出力的控制。

下齿轮箱10、下传动轴11、空气压缩机12、压缩空气储存罐14、压缩空气调压阀15、压缩空气控制阀16、压缩空气动力机17、发电机18和控制***19都安装在地面上。

所述刹车***4用于当风力发电装置需要检修或不需要运行时，使该装置保持静止状态。偏航***6能够使风机叶片1正对风向以获取最大的风能。推力轴承20用于承担竖直传动轴9的重量并对其进行定位。

本实用新型利用压缩空气储能的风力发电***的工作原理如下：

(1)风机叶片1接受风能，经由动力传动***带动空气压缩机12工作，空气压缩机12产生压缩气体；

(2)空气压缩机12产生的压缩气体由高压风管13送至压缩空气储存罐14进行储存备用；

(3)当需要发电机18出力时，由控制***19发出指令给压缩空气调压阀15和压缩空气控制阀16，对压缩空气进行调压和控制；

由压缩空气调压阀15调压处理可以保持输出压缩空气恒压，输出的压缩空气经压缩空气控制阀16进行控制可以满足发电机18出力的要求。

(4)经过调压和控制后的压缩空气，再由高压风管13送至压缩空气动力机17，推动压缩空气动力机17工作；

(5)压缩空气动力机17拖动发电机18发电。

压缩空气是储存能量大，长时间低成本的一种储能方式之一，增加储存罐的容量，就能增加能量的储存，以达到削峰填谷，长时间蓄能的目的。储存罐的容量根据风力发电场的风力特性，电网对风力发电场的并网要求来设计，这样就实现了发电机18的出力按时间轴进行平移，输出功率可控，满足并网条件的目的。

发电机18优先采用同步发电机，这样的发电方式与目前的发电方式保持一致，从而一举破解了风电消纳的瓶颈。

也可将风电场生产的压缩空气集中储存备用的方式，采用大型压缩空气动力机，大型发电机的方式发电。

对现有风力电厂的改造，直接应用本实用新型进行改造，或利用风力发电场发出的电能拖动空气压缩机12工作，利用压缩空气储能，以实现发电机18出力的时间平移，达到发电机18出力可控的目的。

效益汇总，本实用新型提供的利用压缩空气储能的风力发电装置使用的零部件、控制***等具有成熟可靠价格低廉的特点，这正是我国机电制造业的特点，因而其制造成本可大大降低，其备品备件的价格也随之降低，自然就降低运营维护成本，充分发挥了我国制造业的优势。

进一步，特别是将空气压缩机12、压缩空气动力机17、发电机18和控制***19等主要部件下置的安装方式，在满足技术要求的同时，大大地降低空气压缩机12、压缩空气动力机17、发电机18和控制***19等主要部件的技术标准，从而使制造成本大大降低，同时使维护更加方便，其运行的成本将随之降低。

同时，由于减轻上部的重量，塔架8基础的强度都将大幅度降低，使本装置安装变得容易，从而节约安装成本。

本文虽然已经给出了本实用新型的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。

Claims (2)

1.一种利用压缩空气储能的风力发电装置，其特征在于，包括风机叶片、轮毂、上传动轴、刹车***、上齿轮箱、偏航***、机舱、塔架、竖直传动轴、推力轴承、下齿轮箱、下传动轴、空气压缩机、高压风管、压缩空气储存罐、压缩空气调压阀、压缩空气控制阀、压缩空气动力机、发电机和控制***；

所述风机叶片安装在所述轮毂上，所述轮毂依次通过所述上传动轴和刹车***连接所述上齿轮箱，所述上传动轴、刹车***、上齿轮箱和偏航***安装在所述机舱的托盘上，所述塔架位于所述机舱的托盘下面，所述竖直传动轴安装在所述推力轴承位上，所述竖直传动轴、推力轴承和下齿轮箱安装在所述塔架内，所述上齿轮箱通过所述竖直传动轴连接所述下齿轮箱，所述下齿轮箱通过所述下传动轴连接所述空气压缩机，由所述风机叶片、轮毂、上传动轴、刹车***、上齿轮箱、偏航***、机舱、塔架、竖直传动轴、推力轴承、下齿轮箱和下传动轴形成将风能传输至空气压缩机的动力传动***；所述空气压缩机通过所述高压风管连接所述压缩空气储气罐，所述压缩空气储气罐通过所述压缩空气调压阀和压缩空气控制阀连接所述压缩空气动力机，所述压缩空气储气罐、压缩空气调压阀、压缩空气控制阀和压缩空气动力机之间通过所述高压风管相连接，所述空气压缩机、高压风管、压缩空气储存罐、压缩空气调压阀、压缩空气控制阀和压缩空气动力机组成机械能转化***；所述压缩空气动力机通过传动轴和连轴器连接所述发电机，所述控制***连接所述压缩空气调压阀、压缩空气控制阀和发电机。

2.如权利要求1所述的一种利用压缩空气储能的风力发电装置，其特征在于，所述下齿轮箱、下传动轴、空气压缩机、压缩空气储存罐、压缩空气调压阀、压缩空气控制阀、压缩空气动力机、发电机和控制***都安装在地面上。