[发明专利]一种垂直轴风力发电机储能发电系统及方法

说明书

技术领域

 本发明涉及垂直轴风力发电领域，尤其是具备并/离网发电的大型垂直轴风力发电机。

背景技术

人们的生活和工作离不开电，没有了电的世界是无法想象的，人们的生活没有了电将是无趣乏味的，人们的生产没有了电将会停滞，会直接导致整个社会生产力崩溃。电能如此的重要，目前世界各国都相当的重视电能的开发，比较常用的发电设备有风力发电、水力发电、火力发电以及核能发电，火力发电和核能发电存在重大污染，不符合人类发展的需求，目前正逐渐被人类所放弃；而水力发电的资源小，远远满足不了人类对电量的需求；因此清洁环保、资源丰富的风力发电将成为今后人类主要开发的方向。

目前采用并网发电的大型垂直轴风力发电机还存在很多问题，而这些难题都是由于自然风存在许多的不稳定性所引起的。在低风速时，大型的垂直轴风力发电机难以启动，或者根本无法启动，导致发电机白白浪费了资源；在正常风速时，大型的垂直轴风力发电机虽然能够启动并工作，但是发电机的发电效率不高，往往是没有达到满发的状态；在超大风时，发电机的转速明显加快，甚至超过了发电机本身的额定功率，这时候的发电机处于危险状态，发电机部件有可能会被损坏，而超高的功率输出同时也存在一定的危险。另外，因为自然风会无时无刻的存在小风、低风速或者高风速，导致发电机的发电功率极其不稳定，接入电网时会对电网造成冲击。

我国目前的供电系统是变电站将发电设备发出来的电供应到各个片区的配电站，再由配电站向该区域的居民和工厂供电，对于偏远的地区来说，这种并网供电的方式存在造价成本高，维修难等诸多问题，因此造成偏远地区供电难的问题，目前也是各级政府亟须解决的问题，离网发电无疑是决绝该问题的最好的途径，而如何利用风力发电解决该问题成为了人们研发的方向。

无论是并网还是离网的风力发电，在白天，人们的生产活动用电需求比较大，变电站的供电十分紧张，有时候甚至需要实行区域分开用电来解决用电紧缺的问题；而到了夜晚，人们的生产活动用电需求比较小，此时变电站的供电是富余，这些富余的电能无法投入到人们的生产生活中而最后导致浪费，如何将该部分浪费的电能再利用也是更好解决风力发电机并网或离网发电存在的其他问题。

发明内容

本发明所要解决技术问题之一是提供一种垂直轴风力发电机储能发电系统，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。

本发明所要解决技术问题之二是提供一种垂直轴风力发电机储能发电方法，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。

为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是：一种垂直轴风力发电机储能发电系统，所述发电系统包括中心塔柱、设置在中心塔柱上的一个底层发电单元及一个以上设于底层发电单元上方的高层发电单元，所述底层发电单元包括与中心塔柱枢接的风轮、设置在风轮下方的外转子发电机，所述外转子发电机的定子环抱所述中心塔柱，外转子发电机的转子环绕所述定子旋转，外转子发电机的转子上端与所述风轮连接；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所述外转子发电机的转子下端连接；所述发电系统通过电缆向所述空气压缩机供电。

作为改进，所述高层发电单元包括与所述中心塔柱枢接的Φ形的风轮、限制风轮转速的刹车装置、套在中心塔柱上的主齿轮、两个以上的内转子发电机、用于安装内转子发电机的安装平台；所述主齿轮分别通过一套齿轮传动系统与所述内转子发电机的转轴联接。

作为改进，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。

作为改进，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。