[发明专利]一种含飞轮和无极传动的电转气装置及其运行方法

权利要求书

1.一种含飞轮和无极传动的电转气装置的运行方法，所述电转气装置包括光伏电池板及其配套设备和风力发电机组及其配套设备，光伏发电和风力发电的输出的一部分均通过直流母线送入直流电动机，直流电动机的输出通过飞轮储能装置和无极变速装置连接直流发电机，直流发电机接电解水制氢装置为其供电，电解水制氢装置接储氢罐和甲烷化反应装置，甲烷化反应装置接天然气管道或天然气储存罐，在飞轮储能装置的飞轮上安装有转速监测传感器，在无极变速装置上安装有变速比调节装置；其特征在于，电解水制氢装置进入稳定运行状态之后，当日照条件或风力条件产生波动时，通过转速传感器监测到飞轮转速产生的波动性变化，并根据瞬时角加速度计算出所需无级变速系统变比的变化量，传输给无极变速装置，无极变速装置根据此变化量，计算出下一时刻的变比，从而完成变速过程，维持直流发电机的转速恒定，使电解水制氢装置以额定功率运行。

2.根据权利要求1所述含飞轮和无极传动的电转气装置的运行方法，其特征在于，所述变速比调节装置由主动轮、从动轮和传动带组成，主动轮以过圆心的直径为对称轴，分成两个外侧大，内侧小的圆台结构，根据计算出的实时变比，调整两个圆台之间的距离，使得传动带在主动轮上缠绕的直径发生变化，形成不同的变比。

3.根据权利要求2所述含飞轮和无极传动的电转气装置的运行方法，其特征在于，所述变速 比调节装置的主动轮由上圆台(5)和下圆台(6)在小尺径一端对称相对组成，上圆台(5)和下圆台(6)均绕转轴一(1)旋转，从动轮为一个围绕转轴二(2)旋转的圆柱轮(3)，所述传动带为传动皮带或传动钢带(4)，所述上圆台(5)和下圆台(6)的斜面上为一系列绵密的齿轮，不同位置的齿轮即不同的挡位。

4.根据权利要求2所述含飞轮和无极传动的电转气装置的运行方法，其特征在于，所述飞轮储能装置、无极变速装置和直流发电机的连接中，飞轮储能装置带动无极变速装置的主动轮转动，主动轮带动从动轮转动，从动轮与直流发电机为刚性连接，从而带动直流发电机运转。

5.根据权利要求1所述含飞轮和无极传动的电转气装置的运行方法，其特征在于，所述变化量的计算方法为：

在t₁时刻，主动轮的角速度为ω₁，从动轮的角速度为ω，此时的变比n₁:n＝ω:ω₁，在t₂时刻，主动轮的角速度变为ω₂，则瞬时角加速度无级变速系统变比的变化量下一时刻的变比为Δt为t₁和t₂的间隔，为一极小值，n₁为t₁时刻主动轮的转速，n₂为t₂时刻主动轮的转速，n为从动轮的额定转速，三者单位均为rpm。

6.根据权利要求1所述含飞轮和无极传动的电转气装置的运行方法，其特征在于，当飞轮储能装置所储能量不足以继续维持由电解水制氢装置和甲烷化装置构成的电解水系统以额定功率运行时，甲烷化反应装置和电解水制氢装置依次进入停止运行状态。

7.根据权利要求1所述含飞轮和无极传动的电转气装置的运行方法，其特征在于，在任意一个启动-运行-停止过程中，除启停本身的变化外，由电解水制氢装置和甲烷化装置构成的电解水系统基本维持在额定功率运行。

8.根据权利要求1所述含飞轮和无极传动的电转气装置的运行方法，其特征在于，当日照条件或风力条件充足时，光伏电池板和风力发电机组以所能达到的最大出力发电，此时发电量除供应微电网或配电网中的电力用户之外，其盈余发电量通过直流母线进入直流电动机，此时输入直流电动机的电功率P_in,t＝P_PV,t+P_Wind,t-P_Load,t，飞轮储能装置的储能量变化为ΔE＝∫P_Wheel,tdt，其中P_PV,t为光伏电池板发电量，P_Wind,t为风力发电机组发电量，P_Load,t为电力用户总负载，P_Wheel,t为输入飞轮储能装置的能量，P_Wheel,t＝P_in,t-P_f，P_f为损耗的功率；

当日照条件或风力条件不足时，光伏电池板和风力发电机组以所能达到的最大出力发电，此时发电量不足以带动所有电力负载，因此不向直流电动机供电，飞轮储能装置储能量的变化ΔE＝∫-P_fdt；

当飞轮储能装置的总储能量超过某一预设的供气阈值时，飞轮作为主动轮带动无极变速装置，从动轮以预设的提速方式提升至额定转速，进而带动直流发电机运转，直流发电机电势E_a与转速的关系为E_a＝C_enΦ，当从动轮到达额定转速n_N时，直流发电机达到额定电压U_N，此时电解水制氢装置的电极电压U_cell与电解电流I_cell呈正相关关系，电解水制氢装置以额定功率运行，C_e为直流发电机的电势常数，n为电机的转速，Φ为电机中每极的主磁通。