[发明专利]储能式风能发电制冷制热系统

说明书

技术领域

本发明系关于一种储能式风能发电制冷制热系统，其主要是以风力作为动力源，将之转换成机械能带动空气压缩系统，将高压气体储存于储能气瓶中，待欲用电时，再将储能气瓶内的气体输出驱动马达带动发电机发电供应所需，并在其压缩气体及气体输出时，可分别产生加压供热降压供冷作用，以提供热水器、电炉、以及冷、暖气系统所需之热能或冷源。

背景技术

相较于核能发电、火力发电及水力发电等方式所存在的安全疑虑及环保问题，风力发电无疑是一种更安全且不破坏环境之虞的较佳选择，尤其是因为核能、火力发电的需求而大量开采石油、燃气、煤矿等自然资源，不仅造成自然环境的破坏与地球的暖化效应，更面临了能源危机问题，是以风能等绿色能源乃逐渐受到重视，成为欧美等先进国家积极开发研究之标的。

以目前风能发电系统的种类区分，大致可分为独立型、混合型、以及并联型三种类型，略加以介绍说明如下：

1.独立型系统(小型风能发电机)，请配合参阅图1所示，其主要是将风能转换成机械能带动风能发电机10运转而输出直流电，经整流器11将直流电转换成稳定的电压供应直流负载12使用，或将直流电再经由逆变器14转换成交流电供应给交流负载15使用，或是将之储存于蓄电池组13备用，使其在无风时，得以将蓄电池组13所储存的直流电经逆变器14转换成交流电，供应交流负载15所需电力，由于其输出功率受到风速强度与环境因素等影响，因此系统必须设置较大容量的蓄电池组13作为辅助电源以调节风力变化所需。

2.混合型系统(中型风能发电机)，请配合参阅图2所示，其基本上仍是利用风能发电机20输出交流电，经整流器21转换成稳定的电压后，直接供应直流负载22使用，或是将之储存于蓄电池组23，或是通过逆变器24将之转换成交流电供应交流负载25所需，而与前述独立型系统不同之处，乃在于其增设有辅助发电机或太阳能发电等辅助发电装置26，利用辅助发电装置26所产生的交、直流电，可透过切换器27的切换而直接供应交流负载25，或者可将辅助发电装置26所产生的交流电经另一整流器28转换成稳定的电压力而储存于蓄电池23备用，在此一系统中，因为有辅助发电装置26，所以蓄电池组容量可以减半设计。

3.并联型系统(大型风能发电机)，请参阅图3所示，是目前风力发电中应用最为广泛的系统，其系统中设有切换器34作为自动转换，在有风的情况下，利用风能发电机30输出交流电，并经整流器31转换成稳定的直流电，再经逆变器32转换成交流电供应交流负载33使用，而在风小或无风时，则以并联之市电网路35供电，藉以使电力供应能持续稳定，也是各系统中唯一可以不使用蓄电池组且能与市电并网的风能发电系统。

由上述说明，可知在现有的各种风能发电系统中，除了并联型风能发电系统以外、独立型风能发电系统与混合型风能发电系统，均需要使用蓄电池组储存电能，以作为辅助电源，以便调节风力变化导致发电不稳定时的供电所需，一般而言，风能发电机的输出效率约在20％～40％之间，而受限于蓄电池组的使用寿命因素，其储能的效率会逐日下降，同时也会造成风力发电效率逐日降低，所以必须在一定限期内汰换蓄电池组，如此一来，势将衍生蓄电池组的汰换成本与费用，相对地将增加风能发电的成本，且废弃蓄电池也会对环境造成二次污染，尚难真正达到绿色能源的目标。

再者，此类风能发电系统因系仰赖风作为动力，故只有在风速到达一定值(约3～4m/s)以上，才能进行发电，而一旦风速高于一定值(20m/s)以上，则可能造成风能发电机烧毁，换言之，即现有的风能发电系统，必须局限在一定范围内的风速下运作，风速过小将无法发电，而风速过大则可能造成设备的毁损，诚为其实际运作上所亟待解决、突破的重要课题。

发明内容

有鉴于现有风能发电系统所存在的风速局限及蓄电池组的汰换问题，本发明提出一种储能式风能发电制冷制热系统，其舍弃习知风能转换成机械能直接掣动发电机进行发电的模式，而改以风能转换为机械能掣控空气压缩系统将高压气体储存于储能气瓶中，再利用储能气瓶输出气体带动发电机进行发电供应交、直流负载的供电模式，以便能免除蓄电池组的使用，有效解决其汰换费用及衍生的环保问题，同时在风速的运用上将可不受最低及最高风速限制，使其能有效地运用风能，达极佳的产业经济效益与实用价值。

本发明的另一目的在于经由其风能转换为机械能传动空气压缩系统压缩空气，再利用气压驱动发电机发电的运作模式，使其在空气压缩机将气体加压储存于储能气瓶时，得以形成加压供热作用，藉以提供电热水器、电炉或室内暖气系统使用，据此得以减省用电量，达极佳的实用经济效益。