专利名称：一种空气动力长输管道发电系统及其发电方法
技术领域：
本发明涉及一种发电系统，具体是涉及一种空气动力长输管道发电系统及其发电方法。
背景技术：
中国风能资源总体非常丰富，但主要分布在西北、华北、东北等“三北地区”，资源比较集中，经过不长时间的酝酿讨论，中国政府发展风电的思路逐步统一到“融入大电网、建设大基地”的思想上来，要求按照“建设大基地、融入大电网”的方式进行规划和建设。2008年以来，在国家能源局的组织下，以各省风能资源普查及风电建设前期工作为基础，甘肃、新疆、河北、蒙东、蒙西、吉林、江苏沿海千万千瓦级风电基地规划相继完成。根据规划，到2020年，在配套电网建成的前提下，各风电基地具备总装机1.38亿kW的潜力。例如，河北风电基地、内蒙古东部风电基地、内蒙古西部风电基地、吉林风电基地等风力发电基地。
现有技术中，存在如下问题:
问题一:传统的风力发电机大多是采用水平轴发电机或垂直轴发电机进行风力发电，将风力发电机组安装在风能资源比较集中的地点，通过支撑装置将所述风力发电机置于高空中，实现并网发电。剩余的电能通过蓄电池存储电能。但是采用上述风力发电机进行发电时，因为空中的风能不可能实时产生，风速飘忽不定，对风力发电机的发电效率影响较大。问题二:现有的风力发电机自身产生的电能通过高压输送线路输送电能，当所需要电能的地区处于偏远地区，则需要架设成千上万的高压线支架及输送线缆，浪费人力物力。此外，在输送电能的途中，电能损失较大，与此同时电能也无法储存。申请号为200780010447.5的美国发明专利中公开了一种使用管道输送和存储风生成能量的改进方法，该方法是基于风轮机的能量生成和存储系统网络和方法，其中势能存储为压缩空气。使用高压气动管道系统连接偏远风电场。管道设置在沙漠地面上以及邻近铁路路基。压缩空气能通过涡轮膨胀机转换成电能。膨胀压缩空气的解压缩用于冷却设备、调节空气、淡化以及提供制冷。可结合公用事业电网并通过风电场网络对该公用事业电网进行补偿。电能用于在低电需求时期期间生成压缩空气。该方法中，将所述压缩空气通过高压气动管道与偏远风电场连接，但是在输送压缩空气的途中并不能够产生电能、能量损失较大且发电形式单一。
发明内容
为克服上述现有技术中的缺陷与不足，本发明提供一种空气动力长输管道发电系统，该发电系统的主要目的就是在偏远地区利用自然能源发电，在我们所说的系统里:在偏远地区利用自然能发电，供给空压机来压缩空气，可以压缩到最低12MPa，然后通过管道输送到所需要的城市，在所需要的城市会建立大型储气装置，就像加油站一样，这样在需要电的时候可以用我们的空气动力发动机带动发动机发电，发电转换率是50%，比传统电线输送电能更加节约。同时也可以直接供给的空气动力车使用。
为实现上述发明目的:本发明提供一种空气动力长输管道发电系统，包括太阳能利用系统、风能采集系统、磁能利用系统、势能利用系统、长输管道、空气压缩机、储气装置、加气站、空气加压集中站，所述风能采集系统包括风能采集单元和风力发电单元，所述风力发电单元至少分为两个子系统，任一个子系统为地上发电单元，另一个子系统为地下发电单元，所述地下发电单元包括，风力发电机和发电管道，所述发电管道的一端与所述长输管道连接，另一端与所述空气加压集中站连接，所述风力发电机固定安装发电管道中，所述发电管道埋于地下或置于地表上。优选的是，所述地上发电单元为风力发电机。在上述任一方案中优选的是，所述风力发电机为水平轴风力发电机或垂直轴风力发电机。在上述任一方案中优选的是，所述地上发电单元产生的电能分为两路，一路与外围电网连接并通过高压输送线缆传送电能，另一路与所述空气压缩机连接为其供电。在上述任一方案中优选的是，所述风能采集单元通过空气压缩机与所述长输管道连接，将所述风能采集单元采集到的风能通过所述空气压缩机加压、再经过长输管道输送给所述空气加压集中站。在上述任一方案中进一步优选的是，所述空气加压集中站内的压缩空气通过所述长输管道分为两路，一路与自然能源风塔发电站连接，另一路通过液压装置进一步对所述压缩空气加压并通过所述长输管道与至少一个储气罐连接。在上述任一方案中优选的是，所述储气罐通过长输管道与至少一个加气站连接。在上述任一方案中优选的是，所述加气站通过长输管道与空气动力发动机组连接。在上述任一方案中优选的是，所述空气动力发动机组通过长输管道与至少一个发电机连接进行发电。在上述任一方案中优选的是，所述发电机产生的电能通过配电室25与外围电网连接。在上述任一方案中优选的是，所述太阳能采集单元为太阳能电池板。在上述任一方案中优选的是，所述太阳能电池板为组合型太阳能电池板组。在上述任一方案中优选的是，所述组合型太阳能电池板组将采集到的电能分为两路，一路通过逆变器与外围电网连接，另一路通过逆变器、配电室与所述空气压缩机连接，为所述空气压缩机提供电能。根据本发明的又一个目的，提供一种空气动力长输管道发电系统的使用方法，其中所述，空气动力长输管道发电系统包括，太阳能利用系统、风能采集系统、磁能利用系统、势能利用系统、长输管道、空气压缩机、储气装置、加气站、空气加压集中站，所述风能采集系统包括风能采集单元和风力发电单元，所述风力发电单元至少分为两个子系统，任一个子系统为地上发电单元，另一个子系统为地下发电单元，所述地下发电单元包括，风力发电机、发电管道，所述发电管道的一端与所述长输管道连接，另一端与所述空气加压集中站连接，所述风力发电机固定安装发电管道中，所述发电管道埋于地下或置于地表。具体的，该空气动力长输管道发 电系统的使用方法包括如下步骤:
1.将所述风能采集系统放置在风能资源较为丰富的地区，通过该系统内的风能采集单兀将风能收集；
2.所述地上发电单元中的风力发电机将采集到电能提供给所述空气压缩机；
3.经过所述空气压缩机压缩后的空气通过所述长输管道传递给所述空气加压集中
站；
4.经过所述空气压缩机压缩后的空气通过所述长输管道与所述地下发电单元中的发电管道连接；
5.所述发电管道中安装有风力发电机；所述发电管道与所述空气加压集中站连接；
6.所述空气加压集中站内的压缩空气通过液压装置继续压缩所述空气并存储在储气te中；
7.所述储气罐中的压缩空气通过长输管道与所述加气站连接；
8.所述加气站内的压缩空气一方面为空气动力汽车提供动力源，另一方面通过长输管道与所述空气动力发动机连接带动所述发电机发电。9.将所述发电管道埋于地下或置于地表。与现有技术相比本发明的优点在于:所述太阳能利用系统中的太阳能电池板讲采集到的电能，一方面为本发明中的空气压缩机提供电能，另一方面为外围电网供电；所述风能采集系统包括风能采集单元与风力发电单元，一方面通过所述风能采集单元将采集到的风能通过长输管道输送、存储、加压、继而发电，另一方面通过所述风力发电单元中的地下发电单元中的管道发电单元，所述空气压缩机为变频式空气压缩机，继而能够提供较为均匀的风能，与现有技术中将风力 发电机置于高空中相比具有突出的实质性特点与显著的进
止/J/ O
图1为本发明中的空气动力长输管道发电系统的一优选实施例的原理 图2为本发明中的空气动力长输管道发电系统中的发电管道的一优选实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明中的空气动力长输管道系统及发电方法作进一步阐述说明。如图1所示，一种空气动力长输管道发电系统，包括太阳能利用系统10、风能采集系统11、磁能利用系统12、势能利用系统13组成的原始能采集单元，所述原始能采集单元因地制宜地设置在合适的区域，例如，所述空气动力长输管道发电系统中的风能采集单元设置在风能资源比较丰富的地区。通过风能采集系统11中的风能采集单元设置在该地区，保证能够较为持久的采集风能。所述风能采集单元可以是大型的机械式集风装置，例如，大型的风扇、带有引风勺的风力发电机。亦或是将墙体建设在大风口处，利用墙体改变空气流动格局，将风能引到所述长输管道18内，通过所述空气压缩机16将长输管道18内的空气进行压缩，再通过所述长输管道18将压缩空气传递到路途遥远的地区进行二次利用。为了避免前期投资较大，可以将长输管道18与现有的天然气运输管道、石油运输管道相结合，或者是在铺设天然气管到和石油运输管道的同时铺设长输管道18。也可以将长输管道设置在现有的公路、铁路的周围，便于传输。虽然本空气动力长输管道发电系统的投资较大，但是，从长远的角度考虑，有利于缓解对传统能源的依赖，且无污染。所述风能采集系统11包括风能采集单元和风力发电单元，所述风力发电单元至少分为两个子系统，任一个子系统为地上发电单元，所述地上发电单元设置在高空中的风力发电机。所述风力发电机将采集到的电能可以一路与外围电网26连接，将所述风力发电机产生的电能并入外围电网26。另一路通过电路与所述空气压缩机连接，为其提供电能。本发电系统的优点就在于:本系统不需要借助外围电网为其提供电能，而是系统本身能够自给自足的同时还能够向外围电网26提供电能。如图1与图2所示，所述风力发电单元的另一个子系统为地下发电单元，所述地下发电单元包括，风力发电机28、发电管道27。所述发电管道27的一端与所述长输管道18连接，另一端通过所述长输管道18与所述空气加压集中站19-2连接。所述风能采集单元中的风能采集装置将采集到的风能通过空气压缩机16加压并通过所述长输管道18与所述发电管道27连接。经过所述空气压缩机16压缩过的空气能够在所述长输管道18和发电管道27中较为匀速的通过。将所述地下发电单元中的空气动力发动机28安装在发电管道中，压缩空气的流动带动所述风力发电机进行发电，与所述地上发电单元中的风力发电机相比，二者所述的物理环境有所不同。所述地上发电单元中的风力发电机为水平轴风力发电机或垂直轴风力发电机。所述地上发电单元中的风力发电机安装在风能资源比较集中的地点，通过支撑装置将所述风力发电机置于高空中，实现并网发电。但是此种方法所面临的问题就在于:空中的风能不可能实时产生、风速飘忽不定、时快时慢，对风力发电机的发电效率影响较大，且对相关部件的损害也较大；然而与地上发电单元中的风力发电机所处的环境不同，本发明中的发电管道27内的风力发电机28置于所述发电管道27中，通过空气压缩机16或变频式空气压缩机 压缩过空气依次匀速通过所述长输管道18、发电管道27。所述风力发电机28固定安装发电管道27中。因为发电管道27内的风力发电机28处于风速较为均匀的环境当中，自然所述风力发电机28产生的电能就越多。当然，所述发电管道27也可以置于地面，置于地面上的发电管道27内的风力发电机28与埋于地下的发电管道27内的风力发电机28的发电效率相同,不同之处就在于降低噪音,避免产生声音污染。所述太阳能利用系统10为太阳能电池板，所述太阳能电池板为组合型太阳能电池板组。所述组合型太阳能电池板组将采集到的电能分为两路，一路通过逆变器14与外围电网26连接，另一路通过逆变器14、配电室15与所述空气压缩机16连接，为所述空气压缩机16提供电能。作为另一种替代方案，也可以为所述磁能利用系统12，提供源能，利用磁能进行发电。此外，所述势能利用系统13，可以是水轮发电机、或者是利用自然界中的任何可以利用的能源或能量进行发电，所述势能利用系统13产生的电能同样分为两路，一路与外围电网26连接，另一路为所述空气动力长输管道发电系统内的用电设备连接并为其提供电能。在参见所述图1，所述空气动力长输管道发电系统，还包括长输管道18、空气压缩机16、储气装置20、加气站22、空气加压集中站19-2。风能采集单元11通过空气压缩机16与所述长输管道18连接，将所述风能采集单元11采集到的风能通过所述空气压缩机16加压、经过长输管道18输送给所述空气加压集中站19-2。所述空气加压集中站19-2内的压缩空气通过所述长输管道18分为两路，一路与自然能源风塔发电站19-1连接，所述自然能源风塔发电站19-1内设有多组风力发电机，长输管道18通过与自然能源风塔发电站19-1内的强力送风机(图中未示出)连接，长输管道18内的压缩空气带动所述自然能源风塔发电站19-1内的风力发电进行发电并提供给所述外围电源或通过电缆与所述液压装置19-3连接并为其提供足够的电能。另一路通过液压装置19-3进一步对所述压缩空气加压并通过所述长输管道18与至少一个储气罐20或储气罐组连接进行存储。所述储气罐20通过长输管道18与至少一个加气站22连接。加气站22可以为空气动力车21提供压缩空气，所述压缩空气为空气动力车辆提供原始能源。加气站22也可以通过长输管道18与空气发动机组组23连接。空气发动机组23通过长输管道18与至少一个发电机24连接进行二次发电，所述发电机24产生的电能通过配电室25与外围电网26连接。如图1与图2所示，一种空气动力长输管道发电系统的使用方法，其中所述空气动力长输管道发电系统，包括太阳能利用系统10、风能采集系统11、磁能利用系统12、势能利用系统13、长输管道18、空气压缩机16、储气装置20、加气站22、空气加压集中站19_2，所述风能采集系统11包括风能采集单元和风力发电单元，所述风力发电单元至少分为两个子系统，任一个子系统为地上发电单元，另一个子系统为地下发电单元，所述地下发电单元包括，风力发电机28、发电管道27，所述发电管道27的一端与所述长输管道18连接，另一端通过所述长输管道18与所述空气加压集中站19-2连接，所述风力发电机28固定安装发电管道27中，所述发电管道27埋于地下或置于地表，具体的，该空气动力长输管道发电系统的使用方法包括如下步骤:
(1)将所述风能采集系统11放置在风能资源较为丰富的地区，通过该系统内的风能采集单元将风能收集；
(2)所述地上发电单元中的风力发电机将采集到电能提供给所述空气压缩机(16)；
(3)经过所述空气压缩机16压缩后的空气通过所述长输管道18传递给所述空气加压集中站19-2 ；
(4)经过所述空气压 缩机16压缩后的空气通过所述长输管道18与所述地下发电单元中的发电管道27连接；
(5)所述发电管道27中安装有风力发电机28，所述发电管道27与所述空气加压集中站19-2连接；
(6)所述空气加压集中站19-2内的压缩空气通过液压装置19-3继续压缩所述空气并存储在储气罐20中；
(7)所述储气罐20中的压缩空气通过长输管道18与所述加气站22连接；
(8)所述加气站22内的压缩空气一方面为空气动力汽车21提供动力源，另一方面通过长输管道18与所述空气动力发动机23连接带动所述发电机发电。(9)将所述发电管道27埋于地下或置于地表。需要说明的是，本发明所举实施例只是为了更清楚地表达本发明中的空气动力长输管道发电系统及其发电方法，并不用于限制本发明；此外，为了便于理解本发明的技术实质，在本发明中并为一 一示出相关部件。例如，风力发电机数量的多少、。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发发明的保护范围之内。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。
权利要求
1.一种空气动力长输管道发电系统，包括太阳能利用系统(10)、风能采集系统(11)、磁能利用系统(12)、势能利用系统(13)、长输管道(18)、空气压缩机(16)、储气装置(20)、加气站(22)、空气加压集中站(19-2)，所述风能采集系统(11)包括风能采集单元和风力发电单元，所述风力发电单元至少分为两个子系统，任一个子系统为地上发电单元，另一个子系统为地下发电单元，所述地下发电单元包括风力发电机(28)和发电管道(27)，所述发电管道(27)的一端与所述长输管道(18)连接，另一端通过所述长输管道(18)与所述空气加压集中站(19-2)连接，所述风力发电机(28)固定安装发电管道(27)中，所述发电管道(27)埋于地下或置于地表上。
2.如权利要求1所述的空气动力长输管道发电系统，其特征在于:所述地上发电单元为风力发电机。
3.如权利要求1所述的空气动力长输管道发电系统，其特征在于:所述风力发电机(28)为水平轴风力发电机或垂直轴风力发电机。
4.如权利要求1所述的空气动力长输管道发电系统，其特征在于:所述地上发电单元产生的电能分为两路，一路与外围电网(26)连接并通过高压输送线缆传送电能，另一路与所述空气压缩机(16)连接为其供电。
5.如权利要求1所述的空气动力长输管道发电系统，其特征在于:所述风能采集单元(11)通过空气压缩机(16)与所述长输管道(18)连接，将所述风能采集单元(11)采集到的风能通过所述空气压缩机(16)加压，再经过长输管道(18)输送给所述空气加压集中站(19-2)。
6.如权利要求5所述的空气动力长输管道发电系统，其特征在于:所述空气加压集中站(19-2)内的压缩 空气通过所述长输管道(18)分为两路，一路与自然能源风塔发电站(19-1)连接，另一路通过液压装置(19-3)进一步对所述压缩空气加压并通过所述长输管道(18)与至少一个储气罐(20)连接。
7.如权利要求6所述的空气动力长输管道发电系统，其特征在于:所述储气罐(20)通过长输管道(18)与至少一个加气站(22)连接。
8.如权利要求1或7所述的空气动力长输管道发电系统，其特征在于:所述加气站(22)通过长输管道(18)与空气动力发动机组(23)连接。
9.如权利要求8所述的空气动力长输管道发电系统，其特征在于:所述空气动力发动机组(23)通过长输管道(18)与至少一个发电机(24)连接进行发电。
10.如权利要求9所述的空气动力长输管道发电系统,其特征在于:所述发电机(24)产生的电能通过配电室(25)与外围电网(26)连接。
全文摘要
一种空气动力长输管道发电系统其发电方法，包括太阳能利用系统(10)、风能采集系统(11)、磁能利用系统(12)、势能利用系统(13)、长输管道(18)、空气压缩机(16)、储气装置(20)、加气站(22)、空气加压集中站(19-2)，所述风能采集系统(11)包括风能采集单元和风力发电单元，所述风力发电单元中的地下发电单元包括，风力发电机(28)、发电管道(27)，所述风力发电机(28)固定安装发电管道(27)中，所述发电管道(27)埋于地下或置于地表。相对于传统的风力发电机而言，具有发电效率高的优点。
文档编号F03D9/02GK103233864SQ20131016224
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月6日 优先权日2013年5月6日
发明者周登荣, 周剑 申请人:祥天控股(集团)有限公司