一种风能存储模式及其装备(论文).pdf

蔽 矸 巍 曼 香 闻 3 1 新 能 源 与 新 材 料 文章编号 1 0 0 l 一 5 5 2 3 2 0 0 4 0 6 0 0 3 1 0 3 一 种风能存储模 式及其装备 侯 长来 辽宁科技学院机械X 程系 辽宁本溪 1 1 7 0 2 2 摘 要 介绍 了适用于江 河 湖 海周边地带 将 自然风能收集 转换并存储 以便积少成 多 集中 大流量连续释放 转化为生产力的一种能量转换模式 详细描述 了实施方案所必备的 装置与设施 并给出实验系统运行结果 关键词 风能转换 水位提升 存储模式 Ab s t r a c t T h e a r t i c l e i n t r o d u c e d a k i n d o f r e s o u r c e c h a n g i n g p a t t e r n wh i c h a p p l i e d t o o c e a n s a n d i t s n e i g h b o r s i t c o l l e c t e d n a t u r e wi n d r e s o u r c e c h a n g e d a n d s t o r e d t h e m S O t h a t ma d e mu c h t h e n i t c a n r a d i a t e d c o n t i n u o u s a n d c h a n g e d i t s e l f i n t o p r o d u c t i v i t y T h e a rti c l e a l s o d e a l t wi t h t h e e q u i p me ri t a n d t h e a c t i o n s wh i c h we r e n e e d e d i n wo r k i n g a n d g i v e n o u t t h e r e s u l t o f t h e e x p e r i me n t s y s t e rn Ke y wo r d s W i n d r e s o u r c e c h a n g e W a t e r l e v e l p r o mo t i n g S t o r i n g p a t t e rn 中图分类号 T K 8 文献标识码 B 1 引 言 自然风能发电是风能利用的主要形式之一 虽 然风能的转换率较高 但是 难 以长期 大容量储 备 应用范围有局限性 本文介绍一种能长期 大容 量储 备 自然风能的模式 以便集 中 大流量连续释 放 充分利用 自然资源 促进生产力发展 风能存储 由风能收集 转换和存储三个环节组 成 在江 河 湖 海的周边地带 以 自然风能为动 力 将多级风力抽水机和蓄水池串联于同一塔架 上 组成多级水位提升塔 再将高度提升后的水体 通过输水管传送到高位水库 中 实现由风能到水位 势能的能量转换并 以高位水势能的形式存储起来 从中获取一种风能存储模式 该存储模式的优点是 能长期 大容量储备 自然风能 且存储过程不用 电 无须人员执守 自动运作 充分 有效地利用了风能 和江 河 湖 海 自然资源 2 系统装备 2 1 风能收集装置 风能收集装置由转动安装于风力抽水机上侧 定轴的风能导流装置 图 1 构成 风能导流装置集风 向跟踪 风能汇聚于一体 可高效接收风能 由对称 喇叭形风简绕定轴转动构成 用薄壁材料制成一中 间细 两侧对称渐粗的导流风筒 过风筒的轴线剖 面为对称喇叭形 曲线 有集能段和扩压段两部分 空气流由集能段流人 经节流孔再从扩压段流出风筒 导流翼板 扩压段 节流孔 图 1 风能导流装置轴剖面图 由于节流孔处 的孔径尺寸最小 流体的流速 高 压强小 而在两端喇叭 口端 流体流速低 压强 大 导人风筒的气流在气压差的作用下 将空气流 吸入风筒并流 向节流孔方 向 维持气流在筒内流 通 风筒起到增加风速 汇聚风能的导流作用 设节 流孔的直径为 d 则两端喇叭 口直径可选 2 d 3 d 节 流孔到喇叭口之间的轴向长度可选为 2 d 则在 节流孔处获得的风速可为喇叭 口处风速的 2 3倍 风能接收率可增加 3 5 倍 通过集能段喇叭口的圆 心并铅垂于水平地面方向与风筒转动联接一定轴 收稿 日期 2 0 0 4 0 9 0 6 作者简介 侯长来 1 9 5 9 一 男 辽宁科技学院机械工程系副教授 大连理工大学工学硕士 已发表论文 2 O 篇 维普资讯 定轴的下端与主支架固定联接 为保证风筒的强度 刚度和稳定性 过风筒轴线且在风筒表面外的铅垂 平面内还设置了一对上 下拉杆 拉杆的一端与风筒 固联 另一端均与各 自轴承的外缘固联 定轴与风筒 相互配合除了起支承风筒的作用外 还兼有风向自 动跟踪的功能 保证集能段的喇叭 口实时对准来风 方向 使风筒实时处于最佳工作方位 为使风筒可靠 地跟踪风向 在风筒扩压段的外表面且过风筒轴线 的铅垂平面内还上 下对称设置了一对导流翼板 将 风能接收设备的风轮安装于靠近扩压段一侧的节流 孔附近 不仅可减小风轮转动部分的径向尺寸 降低 风能机械的制造成本 而且兼有 自动风向跟踪和风 能汇聚功能 使风力接收机总是处于最佳接受风能 的方位上 高效汇聚 接收风能 2 2 风能转换装置 使用多级风力抽水机 蓄水池上下串联构成高 水位提升塔 实现由风能到高位水势能的转换 风力 抽水机借助风能导流装置 以自然风为动力 由风轮 和机械传动组件带动往复式抽水机构成风力抽水 机 可将其分为风能接收装置 传动机构 往复式抽 水机三部分 风能接收装置 借助风能导流装置 将三翼风 轮安装于风能导流装置的节流孔靠近扩压段一侧 风轮通过水平传动轴与风筒转动联接 风筒与风轮 相组合构成风能接收装置 可高效接收风能并将其 转换成风轮的转动机械能 传动机构 水平传动轴的输出端通过一组锥 齿轮动联到空套于定轴上的垂直传动轴上 垂直传 动轴与风筒的下端及 固联于主支架 的定轴转动联 接 垂直传动轴的输出端再通过另一锥齿轮与轴线 水平转动安装于主支架上且设置于铅垂平面上的驱 动锥齿轮啮合传动 驱动锥齿轮上有一偏心安装的 铰链轴 连杆的一端通过铰链轴与驱动锥齿轮转动 联接 连杆的另一端与往复式抽水机中的可铅垂方 向往复运动的活塞转动联接 定轴与垂直传动轴同 轴转动联接 与固联于大地的主支架固定联接 往复式抽水机 安装在水面下 由缸体 沿铅 垂方 向往复运动的活塞以及设置于缸体底部并与缸 体下腔连通的进 出水单向流道组成 往复式抽水机 通过连杆与传动机构转动联接 依靠并接收来 自连 杆的驱动力 在活塞下部的密闭盛水腔体中产生水 压变化推动水流运动 提升水位作功 完成抽水运 作 新 能 源 与 新 材 料 由于风力抽水机与风能导流装置的组合 因此 风轮实时处于最佳风能接收方位 可高效接收和利 用风力资源 2 3 蓄水池水位 自动控制装置 图 2 轮 凤罩 图 2 风 电抽水机和蓄水池水位自动控制装置工作原理图 水位 自动控制装置是用空心箱体在蓄水池中产 生的浮力来驱动工作负载或锁定执行部件的一种信 号反馈装置 由支架 蓄水池 浮箱 传动组件 波纹 管风罩等五部分组成 支架的最上端安装有蓄水池 中部安装有风力抽水机 最下端是供水水源 支架是 在垂直于水平地面外缘上对称均布有四个立柱的圆 柱形建筑物体 蓄水池中的水位 由蓄水池内的来水 口及出水口中的水流量决定 本装置通过控制来水 口的流量大小来限定 丁作水位的高度 蓄水池内来 水口的水流量取决于蓄水池下方风力抽水机的工作 状态 风力抽水机的工作状态与风能导流装置当前 吸人的空气流量有关 吸人的空气流量小 则往复式 抽水机的排水量就小 吸人的空气流量大 则往复式 抽水机的排水量就大 即抽水机的排水量与风能导 流装置吸人空气流量成正比 据此 蓄水池 中水位高 度的控制可以通过控制流过风能导流装置的空气流 量来实现 并将当前蓄水池的水位高度作为反馈信 号实时传送给执行部件 组成闭式信号反馈系统 具 体方案是 在蓄水池内放置一周边安装有滚轮被限 定在只能铅垂方向直线运动的空心环形密闭浮箱 在浮箱 的顶部对称 固联有 四组铅垂方 向设置 的齿 条 齿条与水平径 向安装且转动联接于支架立柱上 的同轴固联于滚轮的齿轮啮合传动 滚轮上的拉索 与固联于波纹管风罩上端的配重环固联 与配重环 转动联接有四个定位滚轮 定位滚轮有部分嵌入铅 垂方向设置于支架立柱上的滚道内 滚轮与滚道组 成波纹管风罩的铅垂轨道 蓄水池内的水位被控制 泛 寮 嚣 奇 阅 3 2 维普资讯 新 能 源 与 新 材 料 在安装于支架立柱上的上 下限位块所限定的刻度 之间 当水位上升到下限位块以j 一 时 浮箱通过传动 组件带动波纹管风罩向上运动 从而减小了风能导 流装置的有效空气流通量 即减小了抽水机的排水 流量 当浮箱到达 上限位块决定的水位高度时 波纹 管风罩全部阻断风力抽水机的通风口 风力抽水机 停止运作 蓄水箱内的水位不再升高 蓄水池水位 自 动控制装置南机械联动实现 不用电 结构简单 运 行可靠 且便于安装和维修 2 4 水位势能存储装置 水位势能存储装置由建筑高度与多级水位提升 塔高度相持平或略高的高位水库构成 图 3 1 高位水 库可大容量容纳水体 依据连通器T作原理 水流 自 动地由高水位提升塔流向高位水库中并以高位水势 能的形式存储 以便集 中 大流量连续释放 转化为 生产力 造福社会 从高位水库释放的大流量连续水 流可用于发电供暖 农田灌溉或形成城 乡自来水管 网 高水位提升塔的级数设置南需要提升水位的高 度和单级风力抽水机的最大水位扬程决定 3 结 语 风能导流装置实时 自动地将风筒的进风口对准 来风方向 高效汇聚风能于节流孑 L 节流孑 L 内的风轮 高效接收风能并将其转换为风轮的转动机械能 通 过传动机构带动往复式抽水机运作 机械能转换为 水压能推动水流上升至各级蓄水池 水压能转换为 水位势能寄存于蓄水池中 各级风力抽水机接续输 送将水流提升到最高一级蓄水池暂存后 经连通输 水管传送到高位水库并以高位水势能形式储备起 来 在春季的东港市海滨 将两台风力抽水机串联 组成二级水位提升塔作为实验系统 经连续 3 0日开 机实验运行 在平均风力为 4 级 风力抽水机迎风 口 面积为 3 2 m 水位提升塔高为 3 6 m条件下 实验系 统可将 3 6 0 0 m 的海水提升高度 3 6 m 实验系统 自 动运作 无需人员执守 运行稳定可靠 参考文献 1 盛敬超 液压流体力学 M 北京 机械工业出版 社 1 9 8 0 2 施敏 风能利用发展及其前景 J 环境科技动态 2 0 0 0 5 1 8 2 2 3 刘晓勇 等 矢量喷管数学模型研究 J 航 空动力 学报 1 9 9 8 1 3 1 4 9 5 2 4 杜朝辉 一种水平轴风轮叶片的气动设计方法 J 图3 风能存储模式及其装备工作原理图 太阳能学报 2 0 0 0 2 1 4 3 6 4 3 7 0 鼙肇 鼙 鼙 鼙鼙 鼙坐鼙 鼙坐生坐坐鼙鼙鼙鼙鼙 鼙 鼙 鼙肇 鼙鼙鼙鼙 首届长三角科技论坛在浙江举办 本刊讯 浙江省科学技术学会 上海市科学技术学会 江苏省科学技术学会联 合主办的首届长三角科技论坛于 2 0 o 4年 1 0月在浙江的杭州召开 参加首届长三角科技论坛 的有来 自上海 江苏 浙江以及安徽 江西 福建 山东等省市的专家学者及 科技工作者等 3 0 0 H D 余人 参加单位有浙江 上海 江苏及兄弟省市的科协 学会等 5 5个 收集学术论文 9 0 0多篇 有 8位院士 和 2 0 0多位专家学者和政府官员在论坛上作专题报告 论坛设置主论坛一个 于 2 0 0 4年 1 0月 1 2日在浙江省人民大会堂开幕 啄全国政协副主席钱正英院士在开幕式上作特邀 报告 同时围绕长三角地 区共 同关注的领域 举办生态环境 与可持续发畏 域市发展与建设 数字区域与地理空间技术 科技期 刊发展等 1 3个分论坛 作为首届长三角科技论坛的分论坛之一的能源科技论坛于 2 0 0 4年 1 0月 2 1日 2 2日在浙江萧 山举行 能源科技论坛由浙 江省电力学会 浙江省能源研 究会 江苏省电机工程学会 江苏省能源研究会 上海市电机工程学会 上海市能源研究会共同主 办 江苏省煤炭学会参加 了分论坛的等备工 怍 能源科技分论坛的主要内容是 针对 长三角 地 区