[发明专利]机械储能风力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，尤其涉及一种机械储能风力发电系统。

背景技术

在各种分布式发电技术中，风力发电作为一种安全可靠的清洁能源，受到了各国能源界的青睐。20世纪90年代初以来，风力发电的发展十分迅速，世界风电装机容量的年平均增长率超过了30％。据估计，世界风电机组的装机容量到2020年将会达到12.45亿kW，占到世界电力消费量的12％。因此，风能将是21世纪最有发展前景的绿色能源，是人类社会可持续发展的主要新动力源。中国是继美国之后世界第二大能源消费国，而中国的煤炭资源却十分贫乏。发展中国的风力发电事业，对于保持中国经济的发展势头、对于保护环境、减低煤炭资源消耗速度有着十分明显的经济、战略和社会意义。

风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组是将风能转化为电能的机械。风轮是风电机组最主要的部件，由桨叶和轮毂组成。桨叶具有良好的动力外形，在气流的作用下能产生空气动力是风轮旋转，将风能转化为机械能，再通过齿轮箱增速驱动发电机，将机械能转化电能。然后在依据具体要求需要，通过适当的变换将其存储为化学能或者并网或者直接为负载供电。

由此可见，储能技术在风力发电系统中具有重要的作用，表现在：

在独立运行风力发电系统中(风力发电机组独立向负荷供电)，由于风速的变化具有随机性，而风机所捕获的功率与风速的二次方成正比。因此，风速小的变化将引起风电机组输出功率的较大变化，采用风电机组直接向负荷供电时，风电机组的输出电压和频率都将是不稳定的，供电电能质量无法保证。又由于风速的变化具有间歇性的特点，当风速较低时，风电机组根本无法向负荷供电，使得供电的可靠性也难以保证。为此，独立运行风电系统中通常都必须配备一定的储能单元。储能单元能够在风能较充足时，将风电机组盈余的电能储存起来，当风能不足时，将储能装置中储存的能量释放出来给负荷供电，当风速较低导致风电机组不能正常工作时，由储能单元单独向负荷供电。采用这种方法，就可以实现对风电输出功率的有效缓冲，不仅可以提高风能的利用效率，而且提高了风电机组向负荷供电的可靠性。

目前实际运行的风力发电系统中，储能单元通常选择蓄电池储能。在风力发电系统中，蓄电池的投资非常大，根据资料显示，蓄电池储能设备的投资占到了风电系统投资的1／3左右。然而蓄电池体积庞大且昂贵，其寿命又往往较短，通常仅为风机寿命的1／2，同时，蓄电池的充放电对温度比较敏感，频繁充放电时的故障率非常高，因此导致运行维护困难。此外，蓄电池报废后也会对周围环境产生污染。

发明内容

本发明通过机械能储能单元，利用物理方法实现风能储能，突破了化学电池的局限，提供了一种高效、节能、环保的机械储能风力发电系统。并摆脱了传统风力发电输出功率随风力大小变化不稳，输出不能按照电力需求供给的弊端。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种机械储能风力发电系统，包括：风机，所述风机为垂直轴风机，带有叶片和转子；所述的叶片和转子机械连接；空气推力轴承，位于风机下方，连接并支撑风机；发电机，其由该转子进行驱动；电力转换器，其与该发电机电连接，并且控制从所述发电机向电力系统输出的电力；还包括运动机械能储存单元，所述运动机械能储存单元连接风机和发电机，进而通过发电机连接到电力转换器。

针对以上技术方案的进一步改进，所述的运动机械能储存单元，它包括机座、控制器和变速箱，还包括主动轴，主动轴通过第一离合器与变速箱连接，在主动轴上还通过若干个第二离合器并联安装有若干个内设平面蜗卷弹簧的储能装置。

针对以上技术方案的进一步改进，所述储能装置包括从动轴、平面蜗卷弹簧和储能筒，以及由1个太阳轮、3个行星轮、1个齿圈构成的行星齿轮机构；所述太阳轮与从动轴固接；储能筒设置在齿圈外侧并作为行星架支撑3个行星轮；3个行星轮的行星轴在进入储能筒内的位置上各设置一根或并联多根平面蜗卷弹簧；平面蜗卷弹簧一端与行星轴连接，另一端连接储能筒；主动轴从从动轴的内部通过，从动轴的一端和主动轴通过第二离合器连接。

针对以上技术方案的进一步改进，在所述每个储能装置上设置一个在该储能装置储能到一定量后自动连接下一个储能装置使其开始工作的连动控制装置。

针对以上技术方案的进一步改进，所述连动控制装置包括一个连动齿轮，其外齿与齿圈的外齿啮合；还包括与连动齿轮固定的连动轴、限位滑槽、限位螺母，以及在限位滑槽两端各安装一个限位开关；还包括连动控制系统；所述连动轴在位于限位滑槽上方的一段为螺纹，限位螺母拧在该螺纹上，且限位螺母的下部卡在限位滑槽内。