[发明专利]一种提高储能密度的方法以及风力发电机组的储能装置

说明书

技术领域

本发明涉及发电系统的储能技术，特别是涉及一种提高储能密度的方法以及风力发电机组的储能装置。

背景技术

安全、优质、经济是对电力系统的基本要求，如何对电力系统进行良好的调节，使电力系统根据电网负荷或者根据发电能力进行经济、有效的调节，一直是业内所专注的问题。

对于大型电网来说，输电网相当于一个电能集中容器，系统中所有发电厂向该容器注入电能，用户通过配电网络从该容器中取用电能，其一般采用发电机容量备用的方式进行调解，紧急情况下采用切负荷或者切除发电机来维持系统的稳定。

对于电网中的各发电机组来说，在电网需要提高功率或降低功率的时候，发电机组要根据电网调度进行相应调解，对于火电机组来说，可以通过燃料锅炉的控制来调节，对于风电机组来说，因为风力资源的实时性和多变性，在风力充足的时候降低机组功率无疑是资源的浪费，而在风力资源不足的时候，如何提升机组功率也是一个问题，因此，对于风电机组等不稳定的发电机组来说，需要快速地吸收“剩余能量”或补充“功率缺额”，实现较大的功率调节，从而提高电力系统的运行稳定性，因此，电力储能技术对于风电机组等不稳定的发电机组来说是具有重大意义的。

当前通常采用的电力储能技术，有电化学储能、电磁储能、物理储能等等。其中，电化学储能最大的缺点就是对环境有污染，并且初次投资较高，电池寿命也有限；电磁储能需要非常复杂的系统，成本太高，还会导致维修频率升高，目前仍处在研究阶段。物理储能主要有飞轮储能和抽水蓄能两种方式。飞轮储能需要运行在真空环境或磁悬浮状态，其能量密度较低，所需的费用较高；抽水蓄能工程受地理位置和自然条件的严格限制，且能量损失高达25％，影响了其在更大范围使用。可见，现有的常规储能方法虽然很多，但有的技术不成熟，损耗较高，有的依赖地理位置和自然条件，有的成本太高，有的对环境污染严重，这些都限制了它们在电力系统中的推广应用。

此外，现有技术还出现了采用涡簧的机械式储能方式，图1是涡簧储能结构的示意图，如图1所显示，涡簧储能结构由箱体13、涡簧(涡卷弹簧)14和主轴10构成，主轴10贯穿箱体13且转动支撑在箱体13上，涡簧14位于箱体13内部，涡簧14的固定端固定在箱体13上，涡簧14的自由端和主轴10连接。其储能过程如下：外部动力传递到主轴10，主轴10旋转带动涡簧14的自由端转动，从而旋紧涡簧14，使涡簧14储存能量。其释能过程如下：旋紧的涡簧14在弹簧力的作用下放松，自由端带动主轴10转动，从而主轴10将能量输送到外部装置。可见，涡簧储能结构是采用平面涡卷弹簧的弹性势能达到存储和释放能量的目的，相比其他储能方式，具有很大的优势和发展潜力。但是，现有涡簧储能结构仍然存在以下缺点：

1)基于结构上的原因，涡簧储存的能量有限，如果要作为发电机的储能装置，需要大幅增加涡簧的尺寸和强度，就是在增大涡簧能量的存储量同时，涡簧的质量也在大幅增加，这需要使用大量的储能材料，成本高昂。

2)增大涡簧的能量存储能力后，涡簧的尺寸过大，不利于对大型涡簧的工作情况进行实时控制。

因此，如何在增大涡簧的能量存储能力的同时，控制涡簧的质量，是有待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种提高储能密度的方法以及风力发电机组的储能装置，能够在增大涡簧的能量存储能力的同时，控制涡簧的质量，大幅度的提高大型平面涡卷弹簧的储能密度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种提高储能密度的方法，包括：

确定涡簧片弯曲工作时扭矩的中性面；

在所述涡簧片的左右两侧加工半圆形凹槽，所述半圆形凹槽的圆心位于所述中性面上，获得左右对称的开槽涡簧片；

将多根所述开槽涡簧片沿左右方向并排排列，构成具有长条形截面的大型涡卷弹簧；

将所述大型涡卷弹簧的一端固定在储能装置的主轴上，另一端固定在所述储能装置的箱体上。

优选地，上述的方法中，所述开槽涡簧片具有矩形截面，所述半圆形凹槽开在所述矩形截面的左右两侧。

优选地，上述的方法中，通过在钢材成型时直接拉压成型的方式获得所述开槽涡簧片。

优选地，上述的方法中，通过冷加工的方式获得所述开槽涡簧片。

优选地，上述的方法中，所述大型涡卷弹簧的所述长条形截面上形成多个圆形槽。

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种风力发电机组的储能装置，包括：箱体、大型涡卷弹簧和主轴；所述主轴贯穿所述箱体，所述大型涡卷弹簧位于所述箱体内部，所述大型涡卷弹簧的一端固定在所述箱体上，另一端固定在所述主轴上；