專利名稱：一種風(fēng)力提水發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力利用領(lǐng)域，特別涉及風(fēng)力提水和水力發(fā)電。
背景技術(shù)：
對(duì)于風(fēng)能的利用目前主要采取風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電的方式，也有少量用于灌溉和飲水的風(fēng)力提水方式。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電是風(fēng)能驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于風(fēng)能大小的不確定性很大，因此風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度很不穩(wěn)定，發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的電壓、波形、頻率等方面都難以達(dá)到并網(wǎng)的要求。通常采用整流電路對(duì)其進(jìn)行整流，達(dá)到并網(wǎng)的要求后才能輸入電網(wǎng)。對(duì)于發(fā)電機(jī)輸出的電能進(jìn)行整流的裝置不僅價(jià)格昂貴，而且故障率也高，這些都使得風(fēng)力發(fā)電的成本較傳統(tǒng)的發(fā)電方法高很多。另外經(jīng)過整流后的電流波形中存在一些高次諧波，對(duì)電網(wǎng)造成污染。并且風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能大小不定，不能保證穩(wěn)定地輸出電能，對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生不利的影響。
目前用于灌溉和飲水的風(fēng)力提水方式對(duì)風(fēng)能進(jìn)行利用僅僅是對(duì)風(fēng)能利用的很小一部分，不能對(duì)豐富的風(fēng)力資源進(jìn)行充分利用。
對(duì)于水力發(fā)電技術(shù)經(jīng)過多年的積累，在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，水力發(fā)電中能量轉(zhuǎn)化的效率非常高。
風(fēng)力提水發(fā)電的原理在專利01135136.5《風(fēng)水結(jié)合發(fā)電法及裝置》和專利200610026128.0《一種風(fēng)力水力聯(lián)合發(fā)電的方法》中已經(jīng)提到，即利用風(fēng)力提水設(shè)備將水從低處提升到高處，然后使水從高處經(jīng)水力發(fā)電裝置流向低處，推動(dòng)水力發(fā)電裝置發(fā)電。
專利01135136.5《風(fēng)水結(jié)合發(fā)電法及裝置》的實(shí)施例1中，首先通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，再利用電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)抽水機(jī)抽水，這個(gè)過程中仍然需要復(fù)雜的整流設(shè)備將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)抽水機(jī)所需要的電能，投入費(fèi)用高，并且電能質(zhì)量差。在實(shí)施例2中，一個(gè)風(fēng)輪帶一臺(tái)水車或提水機(jī)，適合于小型風(fēng)水發(fā)電站工程，對(duì)于大型的風(fēng)機(jī)利用效率低。
專利200610026128.0《一種風(fēng)力水力聯(lián)合發(fā)電的方法》所描述的通過風(fēng)力提水設(shè)備將水從低處提升到高處，對(duì)于大型的風(fēng)機(jī)距離地面數(shù)十米甚至上百米，這將損失掉風(fēng)機(jī)與高位水面差這部分勢(shì)能，這將使風(fēng)能的轉(zhuǎn)化效率大大降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種高效的風(fēng)力提水發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明可以提高風(fēng)能的利用效率，投資小，成本低，并為電網(wǎng)輸出的高品質(zhì)電能。
本發(fā)明首先充分地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為水的勢(shì)能，再通過水輪發(fā)電機(jī)將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。為了能夠提高風(fēng)能的利用效率，本發(fā)明采用兩極抽水的方式實(shí)現(xiàn)，即從風(fēng)機(jī)高度的水泵流出的水并不直接注入高位水庫，而是經(jīng)過一個(gè)水輪機(jī)將這部分水的勢(shì)能再利用于抽取更多的水到高位水庫中。
本發(fā)明主要包括高位水庫、低位水庫、風(fēng)機(jī)、水泵、水輪機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和管道。高位和低位水庫，以及風(fēng)機(jī)、水泵、水輪機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)布置在不同的水平高度。低位水庫位于最低處，高位水庫高于低位水庫，一臺(tái)水輪機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)在垂直高度上位于高位水庫和低位水庫之間，且這個(gè)水輪機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)同軸相連。一臺(tái)風(fēng)機(jī)和一臺(tái)水泵同軸相連，其位置高于高位水庫。另一臺(tái)水輪機(jī)和另一臺(tái)水泵同軸相連，位于與風(fēng)機(jī)相連的水泵和高位水庫之間。
本發(fā)明工作過程如下風(fēng)機(jī)在風(fēng)力的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)水泵工作，水泵將低位水庫中的水抽到水泵中，在此過程中將風(fēng)機(jī)從風(fēng)中獲得的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為水的勢(shì)能和動(dòng)能。從水泵中流出的水經(jīng)管道進(jìn)入水輪機(jī)，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從水輪機(jī)流出的水注入到高位水庫中，同時(shí)通過水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)另一個(gè)水泵工作，該水泵直接將低位水庫中的水抽到高位水庫中。高位水庫中的蓄水經(jīng)一個(gè)水輪機(jī)流到低位水庫，該水輪機(jī)帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。
風(fēng)機(jī)根據(jù)相應(yīng)的地理位置安裝于機(jī)架上，對(duì)于大型的風(fēng)機(jī)距離地面數(shù)十米至上百米，風(fēng)機(jī)帶動(dòng)水泵將水抽到風(fēng)機(jī)高度，此時(shí)的水具有很大的勢(shì)能，如果將水泵流出的水直接排到高位水庫，將損失掉這部分勢(shì)能。因此為了能夠提高系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化的效率，在高位水庫處設(shè)置了一臺(tái)水輪機(jī)來利用這部分勢(shì)能。通過該水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)，直接將低位水庫中的水抽到高位水庫中。
該系統(tǒng)中所選用的水泵均應(yīng)具有大水量、低水頭的特點(diǎn)，這樣可以充分利用水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化，降低過程中的能量損耗，提高系統(tǒng)的總效率。
根據(jù)風(fēng)場(chǎng)的實(shí)際情況在水庫附近設(shè)計(jì)單臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)機(jī)，各風(fēng)機(jī)間相互獨(dú)立。


附圖是本發(fā)明的原理示意圖。圖中1高位水庫、2低位水庫、3風(fēng)機(jī)、4水泵、5水輪機(jī)、6水泵、7水輪機(jī)、8水輪發(fā)電機(jī)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
如附圖所示，低位水庫2位于最低處，高位水庫1高于低位水庫2。在垂直高度上水輪機(jī)7和水輪發(fā)電機(jī)8位于高位水庫1和低位水庫2之間。水輪機(jī)7和水輪發(fā)電機(jī)8同軸相連。風(fēng)機(jī)3和水泵4同軸相連，且高于高位水庫1。水輪機(jī)5和水泵6同軸相連，且位于水泵4和高位水庫1之間。水庫的高度以水面高度計(jì)算。
風(fēng)機(jī)3在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)水泵4將低位水庫2中的水通過管道抽到水泵4里。水泵4里的水經(jīng)過管道流到水輪機(jī)5，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)5旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)5流出的水經(jīng)管道流入高位水庫1。水輪機(jī)5的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水泵6工作，水泵6將低位水庫2中的水經(jīng)管道抽到高位水庫1中。高位水庫1中的水經(jīng)管道流過水輪機(jī)7，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)7旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)7流出的水經(jīng)管道流入低位水庫2。水輪機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)8旋轉(zhuǎn)發(fā)電，水輪發(fā)電機(jī)8所發(fā)的電輸入電網(wǎng)。
在整個(gè)過程中將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為水的勢(shì)能，再轉(zhuǎn)化為電能，因此為了提高風(fēng)能的利用率，系統(tǒng)必須減少勢(shì)能的損失。對(duì)于大型的風(fēng)機(jī)都位于離地面數(shù)十米至上百米的位置，為了充分利用水泵4和高位水庫1之間的這部分勢(shì)能，在高位水庫1的高度設(shè)置了水輪機(jī)5和水泵6，將這部分勢(shì)能用于抽取更多的水到高位水庫1中。
系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)可以是單臺(tái)，也可以是多臺(tái)，風(fēng)機(jī)的布置根據(jù)風(fēng)場(chǎng)的具體情況而定。高位水庫1和低位水庫2的位置和高度差也根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，高位水庫1和低位水庫2可以是江河湖海、水灣水池，也可以是人工水庫、水井池塘，或者是水箱水塔。
如果系統(tǒng)配合抽水蓄能電站運(yùn)行，將會(huì)在投入上大大減少，降低對(duì)風(fēng)能的利用成本。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力提水發(fā)電系統(tǒng)，包括高位水庫(1)、低位水庫(2)、風(fēng)機(jī)(3)、水泵(4、6)、水輪機(jī)(5、7)及水輪發(fā)電機(jī)(8)，其特征是低位水庫(2)位于最低處，高位水庫(1)高于低位水庫(2)，在垂直高度上水輪機(jī)(7)和水輪發(fā)電機(jī)(8)位于高位水庫(2)和低位水庫(1)之間；水輪機(jī)(7)和水輪發(fā)電機(jī)(8)同軸相連；風(fēng)機(jī)(3)和水泵(4)同軸相連，高于高位水庫(1)；水輪機(jī)(5)和水泵(6)同軸相連，位于水泵(4)和高位水庫(1)之間。
2.按照權(quán)利要求1所述的風(fēng)力提水發(fā)電系統(tǒng)，其特征是風(fēng)機(jī)(3)在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)水泵(4)將低位水庫(2)中的水通過管道抽到水泵(4)里，水泵(4)里的水經(jīng)過管道流到水輪機(jī)(5)，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)(5)旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)(5)流出的水流入高位水庫(1)；水輪機(jī)(5)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水泵(6)工作，水泵(6)將低位水庫(2)中的水經(jīng)管道抽到高位水庫(1)中；高位水庫(1)中的水經(jīng)管道流過水輪機(jī)(7)，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)(7)旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)(7)流出的水經(jīng)管道流入低位水庫(2)；水輪機(jī)(7)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)(8)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
全文摘要
一種風(fēng)力提水發(fā)電系統(tǒng)，包括高位水庫(1)、低位水庫(2)、風(fēng)機(jī)(3)、水泵(4、6)、水輪機(jī)(5、7)及水輪發(fā)電機(jī)(8)。風(fēng)機(jī)(3)在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)水泵(4)將低位水庫(2)中的水抽到水泵(4)里，再經(jīng)過管道流到水輪機(jī)(5)，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)(5)旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)(5)流出的水流入高位水庫(1)。水輪機(jī)(5)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水泵(6)工作，將低位水庫(2)中的水經(jīng)管道抽到高位水庫(1)中。高位水庫(1)中的水流過水輪機(jī)(7)，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)(7)旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)(7)流出的水流入低位水庫(2)。水輪機(jī)(7)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)(8)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。本發(fā)明對(duì)風(fēng)能的利用效率高，投資小，成本低，并且輸出的電能質(zhì)量高。
文檔編號(hào)F03B13/06GK101033731SQ20071006430
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者熊斌, 宋福川, 田新東, 顧國彪, 常振炎 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所