專利名稱：一種蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用風能進行抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電裝置。
背景技術：
隨著世界能源日益緊缺和全球變暖趨勢增強，作為節(jié)能減排的重要手段之一，世 界風力發(fā)電發(fā)展迅速，技術不斷進步，近5年來，世界風電市場每年都以(40%)的速度增 長，我國的風電市場近幾年也在呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢。但是風力發(fā)電受地域環(huán)境影響比較 大，屬于不穩(wěn)定電能，發(fā)電的可靠性差，難于滿足電網(wǎng)對于電能質(zhì)量的要求，那么在現(xiàn)有技 術條件下，就需要建大量的風電機組構(gòu)成的風電場與大電網(wǎng)(至少是風電場容量的十倍以 上)并網(wǎng)運行才能發(fā)揮風電的效能。這在很多場合是受限制的，比如一些風能豐富但僅有 獨立的小電網(wǎng)地區(qū)(如新疆和海島)。所以風能的高效利用以及風力發(fā)電設備供電的可靠 性問題成為關注的重點，而增加蓄能環(huán)節(jié)和改善設備冷卻模式就能有效的解決這一問題。
抽水蓄能機組多是用于調(diào)峰調(diào)頻使用，需要頻繁啟停，采用常規(guī)的空氣冷卻方式， 冷卻效果不佳，溫度分布均勻性差，容易導致線棒熱變形或絕緣易損壞，影響電機運行的可 靠性和壽命。通過改善冷卻方式延長設備壽命并提高其運行可靠性是一個重要突破途徑。
蒸發(fā)冷卻技術利用低沸點介質(zhì)的汽化潛熱實現(xiàn)與被冷卻對象間的熱量交換，其單 位質(zhì)量冷卻介質(zhì)的吸熱能力遠大于傳統(tǒng)的比熱換熱方式。而且其相變換熱的原理決定了溫 度分布只取決于系統(tǒng)壓力，使得這種冷卻方式的發(fā)熱部件溫度分布十分均勻。同時蒸發(fā)冷 卻介質(zhì)具有良好的物理化學穩(wěn)定性和絕緣性能，以及蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)可以實現(xiàn)無泵自循環(huán)并 使冷卻系統(tǒng)始終運行在零表壓附近，并可根據(jù)發(fā)熱體的不同工況實現(xiàn)自適應調(diào)節(jié)，切實保 證冷卻系統(tǒng)的安全可靠運行。 中國專利02122112. X所公開的汽輪及水輪發(fā)電機定子的蒸發(fā)冷卻裝置，提供汽 輪和水輪發(fā)電機定子蒸發(fā)冷卻裝置，包括將電機定子發(fā)熱體浸泡在冷卻介質(zhì)中的蒸發(fā)冷卻 室， 一臺裝在蒸發(fā)冷卻室上方與冷卻介質(zhì)蒸汽進行熱交換的冷凝器。冷凝器的底部與蒸發(fā) 冷卻室上部蒸發(fā)空間之間通過一單向閥組連通。與冷凝器臨近的同一水平位置上有一回液 箱，其底部與冷凝器底部之間有連通管連接，在其設定的儲液高度上通過裝有單向閥和電 磁閥的回液管與蒸發(fā)冷卻室的蒸發(fā)空間相連接。定子部件損耗產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸發(fā)冷卻 介質(zhì)，使其溫度升高，當溫度達到壓力所對應的飽和溫度時，容器中的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)汽化， 產(chǎn)生相變吸熱，經(jīng)空氣冷凝器冷卻后再液化。這種定子利用蒸發(fā)冷卻的相變換熱來實施高 效冷卻，使發(fā)電機定子溫度分布均勻，運行溫度低，沒有局部過熱點，安全可靠，且結(jié)構(gòu)簡單 易行，電機尺寸小，功率密度大。 中國專利01131399. 4公開了一種水輪發(fā)電機定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，該裝置 是內(nèi)部充有冷卻介質(zhì)的全封閉自循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)電機定子繞組由空心導體和實心導體組合 而成，定子繞組的上下兩端分別通過上端和下端電液分離接頭連接上絕緣引管和下絕緣引 管；上絕緣引管通過集氣管和冷凝器的冷凝空間相連，下絕緣引管通過集液管與回液管的 下端相連，通過集液管使多根回液管并連。這種自循環(huán)蒸發(fā)冷卻裝置的特點是利用水輪發(fā)
3電機的立式結(jié)構(gòu)特點實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的無泵自循環(huán)。 中國專利200610076416. 7公開了一種風力抽水蓄能發(fā)電調(diào)峰裝置，這種裝置是 利用煙囪狀的導風塔來實現(xiàn)對風能的利用，這種方式風力的大小與煙囪的高度和尺寸有很 大的關系，設備占地面積大，效率低。而且其風能獲取環(huán)節(jié)復雜，還需要熱泵膨脹器和熱泵 冷凝器對獲取的風進行額外處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有風力發(fā)電電力上網(wǎng)造成電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的缺點，
將不穩(wěn)定的風能通過蓄能技術轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定電力輸出。即利用可再生的風能轉(zhuǎn)換為電能，驅(qū)
動抽水泵進行抽水蓄能，再根據(jù)電網(wǎng)的需求隨時放水發(fā)電，配合抽水蓄能機組使用，增加儲
能容量和調(diào)節(jié)范圍；也可單純利用抽水泵抽水蓄能驅(qū)動常規(guī)水力發(fā)電機組使用。 本發(fā)明直接利用傳統(tǒng)的槳葉系統(tǒng)來捕捉風能，具有更好的有效性和技術成熟度。
另外使用抽水蓄能機組而不是單一的水輪發(fā)電機，可以配合風能系統(tǒng)，增加儲能容量和調(diào)
節(jié)范圍。對本發(fā)明裝置中的風力發(fā)電設備和抽水蓄能機組使用定子蒸發(fā)冷卻方式，可以突
破發(fā)電設備的容量限制，提高設備的使用壽命和運行可靠性。 本發(fā)明蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)包括一臺風力發(fā)電設備，一臺抽水 泵， 一個下水庫， 一個上水庫和一臺抽水蓄能機組， 一個連接機構(gòu)， 一根抽水管， 一根出水 管，一根發(fā)電引水管和一根尾水管。其特征是系統(tǒng)中的風力發(fā)電設備和抽水蓄能機組都采 用定子蒸發(fā)冷卻方式。 本發(fā)明的風力發(fā)電設備的輸出端通過連接機構(gòu)與抽水泵的輸入端連接，上述抽水
泵的抽水口通過抽水管與下水庫相通，抽水泵的出水口通過出水管與上水庫相通，抽水蓄
能機組的進水口通過發(fā)電引水管與上水庫相連通。抽水蓄能機組的出水口再通過尾水管與
下水庫相通。當外界風力足夠，風力發(fā)電設備向外發(fā)電，其輸出端通過連接機構(gòu)與抽水泵連
接，驅(qū)動抽水泵通過抽水管從下水庫中抽水再通過出水管送到上水庫中。 所述的風力發(fā)電設備采用浸潤式定子蒸發(fā)冷卻裝置；當所述抽水蓄能機組為臥式
結(jié)構(gòu)時，抽水蓄能機組采用浸潤式定子蒸發(fā)冷卻裝置，當所述抽水蓄能機組為立式結(jié)構(gòu)時，
則抽水蓄能機組采用定子繞組自循環(huán)蒸發(fā)冷卻裝置。 本發(fā)明的特征是利用風力發(fā)電的基值電能可直接上網(wǎng)，可以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性， 峰值電能用于抽水蓄能，補充抽水蓄能機組的電力輸出，可使其凈有功輸出為正，充分利用 可再生能源。當電網(wǎng)需要時，抽水蓄能機組切換發(fā)電狀態(tài)從上水庫中放水發(fā)電，當電網(wǎng)用 電負荷處于低谷時，抽水蓄能機組切換至電動狀態(tài)，從下水庫中抽水到上水庫從而實現(xiàn)蓄 能。其中風力發(fā)電設備和抽水蓄能機組都采用冷卻效率高，安全可靠性高的定子蒸發(fā)冷卻 方式。該發(fā)電系統(tǒng)簡單可靠，運行成本低，節(jié)能高效。技術成熟可靠，發(fā)電效率高，電能質(zhì)量 優(yōu)。是一種清潔高效的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。


圖1蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1示意圖；
圖2蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2示意圖； 圖1中，1風力發(fā)電設備，2抽水泵，3下水庫，4上水庫，5抽水蓄能機組，10連接機構(gòu)，11抽水管，12出水管，13尾水管，14是電引水管。 圖2中，1風輪葉片，2抽水泵，3下水庫，4上水庫，5抽水蓄能機組，10連接機構(gòu)， 11抽水管，12出水管，13尾水管，14是電引水管。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明所述蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括風力發(fā)電 設備l，抽水泵2，風力發(fā)電設備1的輸出端通過連接機構(gòu)10與抽水泵2的輸入端連接，該 抽水泵2是電驅(qū)動的泵。所述抽水泵2的抽水口通過抽水管11與下水庫3相通，抽水泵2 的出水口通過出水管12與上水庫4相通，抽水蓄能機組5的進水口通過發(fā)電引水管14與 上水庫4相連通。抽水蓄能機組5的出水口通過尾水管13與下水庫3相通。當外界風力 足夠，風力發(fā)電設備l向外發(fā)電，其輸出端通過電連接機構(gòu)10與抽水泵2連接，驅(qū)動抽水泵 2通過抽水管從下水庫3抽水再通過出水管12送到上水庫4。當電網(wǎng)需要時，抽水蓄能機 組5切換發(fā)電狀態(tài)從上水庫4放水發(fā)電，當電網(wǎng)用電負荷處于低谷時，抽水蓄能機組5切換 至電動狀態(tài)，從下水庫3抽水到上水庫4從而蓄能。
具體實施方式
2: 如圖2所示，本發(fā)明所述蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括風輪葉片 l，抽水泵2，風輪葉片1的輸出端通過連接機構(gòu)10與抽水泵2的輸入端連接，該抽水泵2是 機械驅(qū)動的泵。上述抽水泵2的抽水口通過抽水管11與下水庫3相通，抽水泵2的出水口 通過出水管12與上水庫4相通，抽水蓄能機組5的進水口通過發(fā)電引水管14與上水庫4 相連通。抽水蓄能機組5的出水口通過尾水管13與下水庫3相通。 本發(fā)明的風力發(fā)電設備1采用浸潤式定子蒸發(fā)冷卻裝置；當所述抽水蓄能機組5 為臥式結(jié)構(gòu)時，抽水蓄能機組5采用浸潤式定子蒸發(fā)冷卻裝置，當抽水蓄能機組5為立式結(jié) 構(gòu)時，則抽水蓄能機組5采用定子繞組自循環(huán)蒸發(fā)冷卻裝置。
權(quán)利要求
一種蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括風力發(fā)電設備[1]，抽水泵[2]，風力發(fā)電設備[1]的輸出端通過連接機構(gòu)[10]與抽水泵[2]的輸入端連接；所述抽水泵[2]的抽水口通過抽水管[11]與下水庫[3]相通，抽水泵[2]的出水口通過出水管[12]與上水庫[4]相通，抽水蓄能機組[5]的進水口通過發(fā)電引水管[14]與上水庫[4]相連通；抽水蓄能機組[5]的出水口通過尾水管[13]與下水庫[3]相通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的 風力發(fā)電設備[1]采用浸潤式定子蒸發(fā)冷卻裝置；當上述抽水蓄能機組[5]為臥式結(jié)構(gòu)時， 抽水蓄能機組[5]采用浸潤式定子蒸發(fā)冷卻裝置，當上述抽水蓄能機組[5]為立式結(jié)構(gòu)時， 則抽水蓄能機組[5]采用定子繞組自循環(huán)蒸發(fā)冷卻裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于上述 風力發(fā)電設備[1]或者由風力驅(qū)動的風輪葉片替代；風輪葉片[1]的輸出端通過連接機構(gòu) [10]與抽水泵[2]的輸入端連接。
全文摘要
一種蒸發(fā)冷卻的風能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其風力發(fā)電設備[1]的輸出端通過連接機構(gòu)[10]與抽水泵[2]的輸入端連接，抽水泵[2]的抽水口通過抽水管[11]與下水庫[3]相通，抽水泵[2]的出水口通過出水管[12]與上水庫[4]相通，抽水蓄能機組[5]的進水口通過發(fā)電引水管[14]與上水庫[4]相連通。抽水蓄能機組[5]的出水口通過尾水管[13]與下水庫[3]相通。所述的風力發(fā)電設備[1]和抽水蓄能機組[5]都采用定子蒸發(fā)冷卻方式。
文檔編號F03B13/06GK101787950SQ201010109959
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者錢光岳, 阮琳, 顧國彪 申請人:中國科學院電工研究所