新型砂石蓄能的风能综合电站的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种新型砂石蓄能的风能综合电站。其技术方案是：包括风力发电场和电网，所述的风力发电场输出电能到电网，所述的风力发电场与电网之间安装砂石蓄能装置，所述的砂石蓄能装置包括储料池、砂轮发电机、主体架、补砂池、补砂轮、上料池和上料轮，主体架的顶部安装储料池，储料池的下方设有出料口，出料口下方设有砂轮发电机，储料池的砂石经过砂轮发电机发电，再通过上料轮上料池中的砂石运送到储料池，使砂石实现循环利用。有益效果：解决了风能的间歇性和不稳定性的缺陷，为风能其他分布式发电的储能方式提供了全新的思路，其节约能源、资源，能够合理分配和利用风能，在运行过程中不会产生污染物，对工程当地的环境影响比较小。
【专利说明】新型砂石蓄能的风能综合电站
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种风能综合电站，特别涉及一种新型砂石蓄能的风能综合电站。
【背景技术】
[0002]目前，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74X10~9MW，其中可利用的风能为2X10~7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。但是风力发电存在一个缺陷就是间歇性，这样，会导致发电也出现间歇性，对电网有冲击性。当风力持续强风时，产生富裕的电能，而当风力较弱时，产生较少的电能，风电就需要一个补充储能装置，风电的储能方式中最有效、最常见的是抽水蓄能，利用水的重力势能来达到随时释放能量的目的。但是，在西北内陆地区却往往多为水资源匮乏的荒漠戈壁，故抽水蓄能方案在这些地区并不经济，也不可行，因此，一定程度上导致了风电的推广应用。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型砂石蓄能的风能综合电站，将砂石作为储能介质，来实现对多余风电的能量储备。
[0004]其技术方案是:包括风力发电场和电网，所述的风力发电场输出电能到电网，所述的风力发电场与电网之间安装砂石蓄能装置，所述的砂石蓄能装置包括储料池、砂轮发电机、主体架、补砂池、补砂轮、上料池和上料轮，所述的主体架的顶部安装储料池，储料池的下方设有出料口，出料口下方设有砂轮发电机，储料池的砂石经过砂轮发电机发电后落入砂石回流板，砂石通过砂石回流板落入主体架底部的补砂池，补砂池的一侧设有上料池，补砂池与上料池之间设有补砂轮，补砂轮将补砂池中的砂石补入上料池中；在主体架一侧安装上料轮，上料轮的轮边缘处间隔排列多组上料铲，通过上料轮的转动带动上料铲做圆周运动，将上料池中的砂石运送到主体架顶部的储料池，使砂石实现循环利用。
[0005]上述的储料池的一侧设有斜坡式自流开关，斜坡式自流开关的一端设置在上料轮顶部的上料铲下侧，另一端设置在储料池中。
[0006]上述的斜坡式自流开关采用多个面板依次连接，组成台阶状结构。
[0007]上述的上料铲由两个月牙形侧板和半圆形铲体组成，月牙形侧板固定在半圆形铲体的两侧，半圆形铲体的外端设有锯齿状边缘，内端固定在上料轮。
[0008]上述的砂石回流板的下部出口伸到补砂池内，上部接纳储料池落下的砂石。
[0009]本实用新型的有益效果如下:
[0010](I)选取砂石作为储能介质
[0011]因地制宜地解决了西北地区风能的间歇性和不稳定性的缺陷，为风能或其他分布式发电的储能方式提供了全新的思路。
[0012](2)节约保护水资源[0013]以砂代水，在保留抽水蓄能核心思想的基础上，选用更广泛普遍的储能介质——砂石，以实现对现有能源的有效储存。解决了抽水蓄能风电场在西北干旱地区的应用受当地水资源短缺限制的问题。
[0014](3)充分发挥风能的优越性
[0015]该作品最大的优势就在于其节约能源、资源，能够合理分配和利用风能。通过最大限度地利用风力发电时所产生的多余电能发电，达到利用、节约风能的目的。所设计的综合电站，其蓄能装置甚至也为那些原本因为风速变化幅度过大而不适宜开发风电的地区创造了建设风电场的条件，因此，有利于风能的开发和利用。
[0016]⑶保护环境
[0017]砂石蓄能的综合电站在运行过程中不会产生污染物，对工程当地的环境影响比较小。而其他储能方式，如蓄电池、太阳能电池，其生产、更换、报废的过程均会对环境造成一定的危害。尤其是对于那些风力资源丰富，生态环境较为脆弱的西部地区，砂石蓄能的方案是一个既可以完成资源的开发利用，又顾及到环境保护的优化选择，体现出了环保的理念。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]附图1是本实用新型的原理框图；
[0019]附图2是本实用新型的砂石蓄能装置的结构图；
[0020]附图3是本实用新型的储料池的结构图；
[0021]上图中:储料池1、砂轮发电机2、主体架3、补砂池4、补砂轮5、上料池6、上料轮7、上料铲8、斜坡式自流开关9、砂石回流板10。
【具体实施方式】
[0022]结合附图1一图3，对本实用新型作进一步的描述:
[0023]本实用新型包括风力发电场和电网，所述的风力发电场输出电能到电网，所述的风力发电场与电网之间安装砂石蓄能装置，出现持续强风电能的时候，将盈余电能通过砂石蓄能装置转化为势能储备起来，当出现间断弱风电能时，这时候将砂石蓄能装置储备的势能转化为补充电能，与间断弱风电能合并起来进而树洞到电网中。
[0024]其中，砂石蓄能装置包括储料池1、砂轮发电机2、主体架3、补砂池4、补砂轮5、上料池6和上料轮7，所述的主体架3的顶部安装储料池1，储料池I的下方设有出料口，出料口下方设有砂轮发电机2，储料池I的砂石经过砂轮发电机2发电后落入砂石回流板10，砂石通过砂石回流板10落入主体架3底部的补砂池4，补砂池4的一侧设有上料池6，补砂池4与上料池6之间设有补砂轮5，补砂轮5将补砂池4中的砂石补入上料池6中；在主体架3 一侧安装上料轮7，上料轮7的轮边缘处间隔排列多组上料铲8，通过上料轮7的转动带动上料铲8做圆周运动，将上料池6中的砂石运送到主体架3顶部的储料池1，使砂石实现循环利用。
[0025]其中，储料池I的一侧设有斜坡式自流开关9，斜坡式自流开关9的一端设置在上料轮7顶部的上料铲8下侧，另一端设置在储料池I中，上述的斜坡式自流开关9采用多个面板依次连接，组成台阶状结构，便于砂石不会堆积，具体参照附图3。为了更好地利用砂石的流动性，将储料池设计成上宽下窄的四面斜坡形，这样可保证砂石仅在其自身重力的作用下即可顺畅流下。储料池底部设有开口，作为出砂口，在出砂口处可以设置开关，可调节出砂口的大小。当出砂口全开时，出砂量最大，下落砂石带动砂轮机转动也就越快，发电量就越多，反之，发电量就越少。所以，开关也可起到调节出砂量与发电量的效果。出砂口下部还可以连有一段竖直引流导管，可起到集中控制砂流，使其成束流下而不扩散喷洒的作用，增大砂流击打砂轮发电机的叶片时的冲量，提高发电效率。
[0026]另外，上料铲8由两个月牙形侧板和半圆形铲体组成，月牙形侧板固定在半圆形铲体的两侧，半圆形铲体的外端设有锯齿状边缘，内端固定在上料轮7。
[0027]再者，砂石回流板10的下部出口伸到补砂池4内，上部接纳储料池I落下的砂石，由于砂石要在补砂池中较长时间地堆放存储，有可能发生堵塞淤积、不易流动的情况。故为避免此种不利情况出现，本小组在补砂池还增设有补砂轮5，通过补砂轮5轮叶的旋转而将砂石补充至上料池。
[0028]在发电过程中，砂石自由下落所产生的动能和叶片中所携带的砂石的重力势能，转化为砂轮发电机的旋转机械能。同时，砂轮发电机转轴又带动与其相连的发电机的转子转动，转子切割磁感线，就将旋转机械能转化成了电能，完成了发电过程。其中，弧形叶片的弧度、倾角、尺寸等因素直接影响砂轮机的转速，为了尽可能多的提高转轮发电装置的发电效率
[0029]为了保证本实用新型可以快速持续地运转，砂石的选择是一个至关重要的问题。符合要求的砂石必须满足两大基本要求:一是流动性，二是连续性。
[0030](I)流动性
[0031]只有流动性较好的砂石才可以实现其在装置中的顺利循环，避免其在各个部件的进出口处淤积堵塞。本小组经过实物模型试验，选取一种粒径在0.075mm至0.20mm之间的细砂。此种细砂的内摩擦角可低至约30°，其流动性非常好，完全可以实现在蓄能装置内部顺畅运转，此外，还应保持细砂的干燥，含水量应小于5%。这样即使在高库中有大量细砂储存堆放，也不会因砂子本身的固结夯实而造成其大体积粘连堵塞。
[0032](2)连续性
[0033]砂石的连续性则能保证砂石持续均匀地击打砂轮发电装置的叶片，保证系统发电平稳可靠。经过模型试验，可知仍应采用粒径较小，级配较均匀的细砂，并且要求砂粒的浑圆度和近球度要好，尽可能使砂子可以像水流一样连续地流动。而采取其他方案，如粒径较大的砾石，则并不理想。一是因为砾石的摩擦要比细砂大，浑圆度比较差，极易卡在部件的进出口处发生淤塞；二是因为砾石具有较大粒径，无法像水流或“砂流”一样视为连续的质点来研究。更重要的是，砾石在装置中运转时会不均匀地击打砂轮机叶片，甚至会出现偶发性的过大冲量，对砂轮机叶片、转轴以及发电设备造成损害，大大降低系统使用寿命。
[0034]最后,最适合的储能介质应该由实物试验确定,选取级配均勻、粒径较小、磨圆度好的干燥的细砂。
[0035]本实用新型有望解决分布式发电在某些偏远地区无法并网的问题。在偏远的缺电地区，太阳能和风能是最方便的能源，作为以风能为主导，太阳能为辅助的综合电站的储能系统，本套沙石蓄能装置就提供了一种较为理想、经济、环保、实用性强的储能方式，尤其适用于一些偏远村落的生活用电，或气象研究站、边防哨所的小范围用电。
【权利要求】
1.一种新型砂石蓄能的风能综合电站，包括风力发电场和电网，所述的风力发电场输出电能到电网，其特征是:所述的风力发电场与电网之间安装砂石蓄能装置，所述的砂石蓄能装置包括储料池(I)、砂轮发电机(2 )、主体架(3 )、补砂池(4 )、补砂轮(5 )、上料池(6 )和上料轮(7)，所述的主体架(3)的顶部安装储料池(1)，储料池(I)的下方设有出料口，出料口下方设有砂轮发电机(2 )，储料池(I)的砂石经过砂轮发电机(2 )发电后落入砂石回流板(10)，砂石通过砂石回流板(10)落入主体架(3)底部的补砂池(4)，补砂池(4)的一侧设有上料池(6 )，补砂池(4 )与上料池(6 )之间设有补砂轮(5 )，补砂轮(5 )将补砂池(4 )中的砂石补入上料池(6)中；在主体架(3) —侧安装上料轮(7)，上料轮(7)的轮边缘处间隔排列多组上料铲(8 )，通过上料轮(7 )的转动带动上料铲(8 )做圆周运动，将上料池(6 )中的砂石运送到主体架(3)顶部的储料池(I )，使砂石实现循环利用。
2.根据权利要求1所述的新型砂石蓄能的风能综合电站，其特征是:所述的储料池(I)的一侧设有斜坡式自流开关(9)，斜坡式自流开关(9)的一端设置在上料轮(7)顶部的上料铲(8 )下侧，另一端设置在储料池(I)中。
3.根据权利要求2所述的新型砂石蓄能的风能综合电站，其特征是:所述的斜坡式自流开关(9)采用多个面板依次连接，组成台阶状结构。
4.根据权利要求1所述的新型砂石蓄能的风能综合电站，其特征是:所述的上料铲(8)由两个月牙形侧板和半圆形铲体组成，月牙形侧板固定在半圆形铲体的两侧，半圆形铲体的外端设有锯齿状边缘，内端固定在上料轮(7)。
5.根据权利要求1所述的新型砂石蓄能的风能综合电站，其特征是:所述的砂石回流板(10)的下部出口伸到补砂池(4)内，上部接纳储料池(I)落下的砂石。
【文档编号】F03D9/02GK203374432SQ201320366819
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2013年6月25日
【发明者】张泽中, 齐青青, 周文, 孙晗含, 尹航, 胥维坤, 朱智雷 申请人:张泽中