[发明专利]用于电网电能和盐水淡化的液压风电场

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于利用风能的装置、系统和方法，其使用风驱动的液压泵(风力泵)单元来提供受压的液压流用于额定电能的持续生成和/或用于通过反渗透进行的盐水溶液的淡化和/或用于微粒的物质从悬浮液中的膜滤分离和/或用于对供水管加压。

背景技术

风能是一种到处可利用的、时时可利用的、具有可变的风速和密度的可再生干净能量的自然广泛存在的资源。风能的广泛存在以及使用风能作为动力的高效性和经济性对于全球的“绿室效应”的斗争越发重要，“绿室效应”是用于电能生成、用于开动汽车和用于不同的工业应用的化石燃料的大量和过度燃烧的结果。

典型的风驱动的转子的风能可利用率由(1)表示，其中，P_w(kW)表示风能，R(m)表示转子半径，d(g/ml)表示风密度，v(m/sec)表示风速，以及表示功率系数的μ，μ的最大理论值是16/27(0.592)。风能等式由(2)表示，假设风密度为1200g/m³。风驱动的转子的叶尖速比(λ)由(3)表示，其中，N(rpm)表示转子的速度并且高功率系数运转的获得(例如μ是0.40-0.55)由在限定范围(例如5-11)内保持的这样的比率来制约。

(1)P_w＝μ(1/2)d(πR²)V³

(2)P_w＝6.0×10^-4μ(πR²)V³

(3)λ＝[(2πRN)/60]/V

传统技术的从风直接产生电能是通过安装在水平面相当高度之上的高塔顶上的自持单元实现的，每个包括：垂直转子，具有节距受控的叶片；发电机，通过变速箱机构连接到转子的轴；以及风跟踪系统。风驱动的发电机的装机功率在标称风速引起的转子速度处变为额定，并且此后通过节距控制机构保持该速度。用于额定电能产生的先进风轮机可以通过复杂的传输系统在它们的轮毂中包括数个交替和/或同步致动模式的发电机，以及使得在转子经历自己的设计的额定速度之前能够产生改善质量的电能的电整流器和逆变器。

Lawson等在美国专利号4,274,010和4,280,061中、Rushing在美国专利号2,539,862中、Ammons在美国专利号4,792,700中、Perkins在美国专利号4,496,846、4,496,847和4,498,017中、Rembert在美国专利6,8617,66中、Galayda Stephen和Michel在PCT公开WO 2004/079185A2中以及其它等中提出了通过各种配置的复杂的液压传输来间接地产生和/或存储来自风的电能。

本发明描述了用于通过简单的液压装置进行在风电场中持续和高效地使用风能作为动力的装置、系统和方法，其提供额定电能生成或提供通过反渗透进行的盐水淡化或提供膜滤或提供对供水管/传输线加压。

发明内容

本发明描述了在风电场中利用风能作为动力的装置、系统和方法，包括风驱动的加压设备(风力泵)单元，从而通过恒定速度和可变扭矩的液压马达或涡轮机将产生的加压液压流用于额定电能的产生，作为风能可用率的函数，液压马达或涡轮机交替地和/或同步地致动额定发电机。所述风力泵单元的转子具有固定节距的叶片，用于最大地捕捉风能，并且通过使用正排量水泵作为与具有适当固定传输率的转子-泵变速箱机构组合的加压装置，所述转子的速度维持在高功率系数的叶尖速比范围内。使用可变液压流设备实现致动额定发电机的液压马达或涡轮机的恒定转速运动，可变液压流设备是响应于来自发电机的期望额定速度的速度偏离而被致动的。

本发明还描述了使用风驱动的加压设备的风电场的应用，用于通过使用恒定压力和可变流下的反渗透(RO)进行的盐水溶液的淡化。在这种情况下，通过压力受控的可变流设备，风电场的风能被转换为固定压力的可变液压流，从而使得能够通过使用由风能可用率确定的流速在适当的期望的固定压力下进行RO盐水淡化。

本发明覆盖的其它应用包括用于加压供水管/传输线以及用于将悬浮微粒从这样的加压溶液中分离的膜滤分离的风能利用。

附图说明

图1是风驱动的加压泵的机械传输布置的示意图(I)；集成了传输布置的风力泵的侧视图(II)；以及集成了传输布置的风力泵的前视图(III)。