一种垂直轴空气压缩储能式空气动力发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风力发电领域，特别是涉及一种垂直轴空气压缩储能式空气动力发电系统。
【背景技术】
[0002]在风力发电技术领域，均采用由波动的风力直接驱动发电机的方式发电，尽管风机结构和发电机有很大改进，但风力本身固有的弊病限制了风力发电事业的进一步发展。因为不同地区不同季节不同时段风力差别很大。风本身的随机性波动和不可控性变化给风力发电造成很多困难，如经常出现弃风现象，浪费风力资源;或风电并网时易造成电网电压波动而影响正常供电。另外水平轴风叶式的系统结构，在占地、建设、造价、维护上也有诸多困难，都直接影响风力发电事业的发展。
[0003]由此可见，上述现有的风力发电系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可以克服风力本身的随机性波动和不可控性变化的缺陷并可全天候、全风况下发电的发电系统成为当前业界极需改进的目标。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以克服风力本身的随机性波动和不可控性变化的缺陷并可全天候、全风况下发电的发电系统。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种垂直轴空气压缩储能式空气动力发电系统，包括垂直轴风力驱动单元、空气压缩单元、储压发电单元;所述垂直轴风力驱动单元的垂直轴与空气压缩单元相连，驱动所述空气压缩单元将空气进行压缩;所述储压发电单元包括储能压缩空气罐及空气动力发电机;所述空气压缩单元与储能压缩空气罐连接，储能压缩空气罐与空气动力发电机连接。
[0007]进一步地，所述垂直轴风力驱动单元包括多级风力涡轮机;所述多级风力涡轮机包括上下排列的多个单级涡轮机;所述单级涡轮机包括垂直轴及套在垂直轴上的涡轮叶片，各单级涡轮机的垂直轴之间依次联接。
[0008]进一步地，所述垂直轴风力驱动单元还包括支架、集风屏及导风排;所述多级风力涡轮机安装在支架内，集风屛安装在支架上，向外伸出，导风排安装在集风屛与多级风力涡轮机之间，相邻导风排之间形成导风腔，把风引向多级风力涡轮机。
[0009]进一步地，所述空气压缩单元包括蜗轮蜗杆增速转向器及与所述蜗轮蜗杆增速转向器连接的空气压缩机。
[0010]进一步地，所述储压发电单元中的空气动力发电机包括涡扇涡轮增压器及与所述涡扇涡轮增压器连接的发电机。
[0011]进一步地，所述涡扇涡轮增压器余气的出气端与空气压缩单元的进气端通过管道连通。
[0012]进一步地，所述储压发电单元还包括空气干燥机，所述空气干燥机连接在储能压缩空气罐与空气动力发电机之间。
[0013]进一步地，所述空气压缩单元包括多台空气压缩机，所述储压发电单元包括多个储能压缩空气罐及多台空气动力发电机;所述多台空气压缩机通过管道与多个储能压缩空气罐连接。
[0014]进一步地，所述垂直轴风力驱动单元、空气压缩单元、储压发电单元由上至下依次设置，所述储压发电单元位于地下，所述空气动力发电机采用空气动力永磁磁悬浮发电机。
[0015]进一步地，还包括应急备用单元及中控系统;所述应急备用单元包括风机启动层、活动卷帘门、垂直轴抱死装置和/或电力空气压缩机;所述风机启动层位于多级风力涡轮机的顶端，采用Savon i us型风机;所述活动卷帘门卷起时位于上、下两级祸轮机的空隙处，放下时可改变涡轮机进风口的大小;所述垂直轴抱死装置设置在垂直轴外周；所述电力空气压缩机利用发电机的电力驱动，并与储能压缩空气罐连接;所述活动卷帘门、垂直轴抱死装置、电力空气压缩机由中控系统控制。
[0016]通过采用上述技术方案，本实用新型至少具有如下有益效果:
[0017]1、本实用新型的风力发电系统，采用垂直轴结构驱动进行空气压缩储能，可产生稳定高压气流驱动空气动力发电机发电，基本上克服了风力的随机性和不可控性弊病，扩大了系统可使用风速范围，实现了全风况下的发电，提高了风力利用率，增加了年发电时间，提高了发电效率，将大大推动风力发电事业的发展，适于大范围推广应用；另外，本实用新型同时还具有占地小、建设、造价、维护成本低的优点。
[0018]2、采用多级风力涡轮机作为风力驱动单元，被加速后的风推动涡轮机的花键垂直轴旋转(每分钟数十转)，做功后部分气流流向外部，中部强劲旋转气流被烟囱效应继续驱动加入上层的气流，继续对上层涡轮机做功，直到从顶部排出，风能利用率高。
[0019]3、采用集风屏配合导风排增大了风机掠风面积、加大进风量，通过集风增能的方式弥补了空气压缩单元的能量消耗，提高了发电系统的发电效率。
[0020]4、通过在发电机前端连接涡扇涡轮增压器，可以使从储能压缩空气罐中喷出的稳定高压气体，经涡扇部分再次增压后推动涡轮部分高速旋转，进而带动发电机主轴高速旋转，提高了发电系统的发电效率。
[0021]5、经过涡扇涡轮增压器的余气可返回空气压缩单元，作为其进气进行利用，提了风力资源的利用率。
[0022]6、通过设置多台空气压缩机、多台空气动力发电机，可以使各部分小型化而不影响整体的发电，多个储能压缩空气罐的设置使其可以交替使用，灵活性强。
[0023]7、通过设置应急备用单元，在遇到紧急情况时，可以使设备稳定运行、平稳发电，或是遇到紧急情况也可以随时停机，保护人员和设备安全。
【附图说明】
[0024]上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细说明。
[0025]图1是本实用新型一种垂直轴空气压缩储能式空气动力发电系统的立面结构示意图；
[0026]图2是图1中的竖向剖面图；
[0027]图3是图2中的B-B向剖视图；
[0028]图4是图2中的A-A向剖视图；
[0029]图5是图2中的C-C向剖视图。
【具体实施方式】
[0030]如图1、2所示，本实用新型的一种垂直轴空气压缩储能式空气动力发电系统，基本结构按上下顺序分为四层，依次为:垂直轴风力驱动单元、空气压缩单元4、电气设备单元5、储压发电单元6(包括储能压缩空气罐6.1及空气动力发电机)。其中，垂直轴风力驱动单元在风力的推动下驱动垂直轴旋转，进而驱动空气压缩单元4产生压缩空气，此空气存储在储压发电单元6的储能压缩空气罐6.1内达到一定(中等)气压后被喷出，喷出的稳定高压空气直接驱动空气动力发电机转动发电；电气设备单元5用于配电和系统控制。
[0031]本实用新型的上述发电系统使用空气压缩储能增压驱动技术，提高了系统可使用风速范围，在各类风力区都能运行。增加年发电时间的同时也改善所发电的动态性能。利于风场的并网使用，也可列阵式单独使用，灵活方便。下面结合附图对本实用新型进行进一步论述。
[0032]配合图1、2、3所示，垂直轴风力驱动单元包括多级风力涡轮机，多级风力涡轮机由上下排列的多个单级涡轮机3叠加组成，各单级涡轮机3由涡轮叶片3.1和花键垂直轴3.2组成。涡轮叶片3.1套装在花键垂直轴3.2上，涡轮叶片3.1在风力的推动下带动花键垂直轴
3.2产生扭力矩。各单级涡轮机3的花键垂直轴3.2之间由万向节3.4联接。用万向节3.4连接是因为在单级祸轮机3栗转动时可能产生上下左右的活动，万向节3.4连接不会影响多级花键垂直轴向下传递力矩，使花键垂直轴3.2扭力矩平稳下传到下层的空气压缩单元。
[0033]配合图3所示，