[发明专利]垂直轴风力发电机储能发电系统及方法

摘要

一种垂直轴风力发电机储能发电系统及方法，包括储能系统和发电系统，储能系统包括高压气体发生装置、蓄水装置和水轮机，高压气体发生装置包括至少一个密闭的高压储气罐和与其配合的空气压缩机，蓄水装置包括至少一个密闭的水箱；空气压缩机通过进气管道与高压储气罐连通，高压储气罐通过出气管道与水箱连通；水箱通过出水管道与水轮机进水口连接，水轮机的叶轮通过主齿轮与发电机连接；所述发电系统通过电缆向所述空气压缩机供电。系统并网发电时，使其发电功率对电网不会造成冲击；能够将电能转化其他形式的能量进行储存，然后再转换为电能，一定程度上解决了电能浪费的问题，同时也决绝了大型垂直轴风力发电机离网发电的问题。

主权项

一种垂直轴风力发电机储能发电系统，其特征在于：包括储能系统和发电系统，所述发电系统包括中心塔柱、设置在中心塔柱上一个以上的发电单元，所述发电单元包括与所述中心塔柱枢接的Φ形的风轮、套在中心塔柱上的主齿轮、两个以上的发电机、用于安装发电机的安装平台；所述主齿轮设置在所述风轮下方且与所述风轮连接；所述主齿轮分别通过一套齿轮传动系统与所述发电机的转轴联接；所述储能系统包括高压气体发生装置、蓄水装置和水轮机，所述高压气体发生装置包括至少一个高压储气罐和与其配合的空气压缩机，所述蓄水装置包括至少一个水箱；所述空气压缩机通过进气管道与所述高压储气罐连通，所述高压储气罐通过出气管道与所述水箱连通；所述水轮机设置在靠近地面的发电单元下方，水轮机包括环抱所述中心塔柱的叶轮和包裹叶轮的壳体，所述壳体上设有进水口和出水口，所述水箱通过出水管道与所述水轮机进水口连接，所述水轮机的叶轮与靠近地面的发电单元的主齿轮连接；所述发电系统通过电缆向所述空气压缩机供电。2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机储能发电系统，其特征在于：所述风轮上端设有第一轴承，所述第一轴承的内圈固定套在所述中心塔柱上，所述第一轴承的外圈与所述风轮上端固定连接；所述风轮下端设有第二轴承，所述第二轴承的内圈固定套在所述中心塔柱上，所述第二轴承的外圈与所述风轮下端和主齿轮固定连接，所述风轮通过第一轴承和第二轴承与所述中心塔柱枢接。3.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机储能发电系统，其特征在于：所述主齿轮与所述风轮之间设有联轴器和刹车装置，所述联轴器上端与所述风轮下端连接，联轴器下端与主齿轮连接；所述刹车装置包括设于所述联轴器上的环形刹车盘和固定在所述塔柱上的一个以上的制动装置，所述制动装置包括制动器和驱动制动器的动力源，所述制动器与所述刹车盘配合。4.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机储能发电系统，其特征在于：所述中心塔柱为钢筋混凝土结构，所述中心塔柱的中心设有从底部直通顶部的通道，所述安装平台环抱所述中心塔柱，所述安装平台与所述中心塔柱一体灌浆成型，所述安装平台上设有安装螺孔，所述内转子发电机通过螺栓固定在所述安装平台上。5.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机储能发电系统，其特征在于：所述蓄水装置包括两个水箱，所述水轮机出水口通过回水管道与所述水箱连通。6.根据权利要求1或5所述的垂直轴风力发电机储能发电系统，其特征在于：所述高压气体发生装置包括两个高压储气罐和两个空气压缩机，两个所述高压储气罐分别为第一高压储气罐、第二高压储气罐，两个所述空气压缩机分别为第一空气压缩机、第二空气压缩机，所述第二空气压缩机通过第一气管与所述第一高压储气罐连通；所述第一空气压缩机通过第二气管与所述出气管道连通。7.根据权利要求6所述的垂直轴风力发电机储能发电系统，其特征在于：所述进气管道、出气管道、第一气管、第二气管、出水管道及回水管道上均设有阀门，所述出水管道上设有增压设备。8.一种垂直轴风力发电机储能发电方法，其特征在于：其中包括储能系统和发电系统，所述发电系统包括设置在中心塔柱上的一个以上的发电单元，所述发电单元包括与所述中心塔柱枢接的Φ形的风轮、套在中心塔柱上的主齿轮、两个以上的发电机、用于安装发电机的安装平台；所述储能系统包括高压气体发生装置、蓄水装置和水轮机，所述高压气体发生装置包括至少一个密闭的高压储气罐和与其配合的空气压缩机，所述蓄水装置包括至少一个密闭的水箱；具体发电方法包括以下步骤：（1）发电系统将富余的电量通过电缆向储能系统的空气压缩机输送；（2）空气压缩机得电工作，通过进气管道将空气压缩进高压储气罐中，使高压储气罐中的空气分子势能增加，完成电能到空气的分子势能的转换；（3）水箱内装有水，需要启动储能系统发电时，高压储气罐中的高压气体通过出气管道释放到水箱中，水箱内气压增加，当气压达到指定值时，将水箱内的水通过出水管道释放至水轮机，出水管道内的水在气压作用下产生一定的动能，从而完成空气分子势能到水的动能的转换；（4）具有动能的水沿着出水管道达到水轮机并推动水轮机的叶轮转动，从而完成水的动能到机械能的转换；水轮机的叶轮带动靠近地面的发电单元的主齿轮旋转，主齿轮通过齿轮传动系统将动力传递至两个以上的发电机，最后完成机械能到电能的转换。9.根据权利要求8所述的一种垂直轴风力发电机储能发电方法，其特征在于：所述高压气体发生装置包括两个高压储气罐和两个空气压缩机，两个所述高压储气罐分别为第一高压储气罐、第二高压储气罐，两个所述空气压缩机分别为第一空气压缩机、第二空气压缩机，所述第二空气压缩机通过第一气管与所述第一高压储气罐连通；所述第一空气压缩机通过第二气管与所述出气管道连通；所述步骤（2）具体为：第一空气压缩机通过进气管道将空气压缩进第一高压储气罐中，使第一高压储气罐中的空气分子势能增加；第二空气压缩机通过进气管道将空气压缩进第二高压储气罐中，使第二高压储气罐中的空气分子势能增加。10.根据权利要求8所述的一种垂直轴风力发电机储能发电方法，其特征在于：所述蓄水装置包括两个水箱，分别为第一水箱和第二水箱，所述水轮机出水口通过回水管道与所述第一水箱和第二水箱连通；所述步骤（3）具体为：第一水箱或第二水箱内装有水，装有水的水箱为工作水箱，没有水的水箱为备用水箱，需要启动储能系统进行发电时，高压储气罐中的高压气体通过出气管道释放到工作水箱中，工作水箱内气压增加，当气压达到指定值时，将工作水箱内的水通过出水管道释放至水轮机；对水轮机做功后通过回水管道进入到备用水箱中，直到工作水箱中的水全部转移到备用水箱中后，备用水箱成为新的工作水箱，原工作水箱成为新的备用水箱，如此循环进行发电。