[发明专利]风洞式气压蓄能风力发电系统

说明书

[所属技术领域]

本发明涉及一种利用风能压缩空气储蓄能量的均匀发电系统，尤其是采用哑铃状风洞提高风速增加风能，压缩空气储蓄大规模能量的风洞式气压蓄能风力发电系统。

[背景技术]

能源是人类生存发展的重要基础资料。近百年来，随着人类生活需求的不断提高和生产规模的扩大，对能源的需求也越来越殷切。进入二十一世纪，能源危机正在日益制约社会经济活动，传统使用的化石能源日益匮乏，价格不断攀升，成为引起世界经济动荡和影响和平的重要因素。而且，化石能源的大量使用，Co₂、So₂等温室气体大量排放，导致气候变暖，生态变迁，危及人类生存环境。

为了解决日益严重的能源危机，缓解由于大量使用化石能源带来的环境污染，长期以来，世界各国纷纷投入巨资寻找开发可再生能源。目前列入重点研究开发的清洁能源有水能、风能、太阳能、潮汐能、生物质能等。

风能的开发利用已有很长的历史。近年来，风力发电作为可再生的清洁能源受到世界各国政府、能源界和环保界的高度重视。地球上风力资源蕴藏量大，清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益和社会效益。

我国风能资源丰富。据中国气象科学研究院的初步测算，我国陆地10米高度处实际可开发风能储量为2.53亿千瓦，海上实际可开发风能储量为7.5亿千瓦，总计约10亿千瓦，风能利用潜力巨大。中国风能资源丰富的地区主要在华北、西北和东北的草原、新疆、内蒙和甘肃走廊、青藏高原以及东部、东南部的沿海地带及附近岛屿上。且风能资源丰富区每年风速在3m/s以上的时间近4000小时，一些地区年平均风速可达7m/s以上，具有很大的开发利用价值。风电项目通常要求年利用小时数高过2000小时，目前中国已经建成的风电场平均利用小时约2300小时，主要位于“三北”地区(西北、东北和华北)及东南沿海。我国并网风电建设规模较大的省份为：新疆、内蒙古、河北、广东、辽宁、浙江、江苏、宁夏、甘肃、福建等。

目前风力发电的普遍方式是采用架空式三叶风轮。轮轴通过变速装置驱动发电机。单机发电功率普遍为2MW以下。国际上最大的海上风力发电机为5MW。这种风力发电机需要较高的启动风速，常年发电时间在2000～2500小时之间，设备复杂，投资大，对风场要求高。而且发电量不稳定，发电预见性差，对电网调峰冲击大。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种可以实现均匀发电、持续供电，最大限度地利用风能，设备简单、成本低、安全可靠的风洞式气压蓄能风力发电系统。

本发明采用风洞增压原理，使自然界气流在哑铃状风洞结构装置中快速加压，聚集能量，经适当导流后到达采能叶轮，叶轮水平轴获得大强度的机械扭力，通过动力传动装置驱动压缩机，高压气体储存于气压蓄能储气罐，驱动气压涡轮发电机发电。

本发明内容包括风洞叶轮装置、动力传动装置、空气压缩机、气压蓄能储气罐和气压涡轮发电机。按以下步骤说明：

1.风洞

风洞由洞体、导流装置、风压调节装置、支架、转向装置、安全减灾装置、测量装置等组成。

(1)洞体

①风洞外形：本装置外形为哑铃状对称的喇叭形风洞结构。顺置地面。入风口朝向来风方向。入风口为喇叭大头端(入口端)，出风口为倒置喇叭端(出口端)。风洞总长度约为入风口周长的0.25-5倍。

②风洞分段：全程分为入口段、稳定段、收缩段、采能段、尾流段、出口段。

入口段为圆形、方形或其它依地形而建造的形状，面积按照拟发电规模需求折算而得。长度为总体长度的1/10。轻微收缩；

稳定段的外形为入口段向圆形的过渡。长度为总体长度的1/10。收缩比(入口段与该段出口的面积比)为10∶7，收缩角(入口面垂线与该段联线的外夹角)为15°。此段安装安全防护网、防冻防雪装置；

收缩段的外形为圆锥形。长度为总体长度的3/10。收缩比为5∶1，收缩角为45°。此段安装减压口、导流装置；

采能段的外形为圆筒形。长度为总体长度的1/10。此段安装风轮、轮轴和动能输出装置。

尾流段为和入口段对称的导致喇叭形圆筒，长度为总体的3/10。

出口段的外形为圆筒形。长度为总体长度的1/10。此段不安装器械。

③材质：风洞装置采用钢筋混凝土、钢材或其他材料。可以按照不同分段的风压选取不同材料构建。原则上应采用坚固、耐用、经济的材料。

(2)导流装置：为更好地控制气流，减少湍流紊流，风洞装置内需要安装导流装置。该装置由导流板、导流槽或导流管构成，材质为钢材或其他硬质材料。