专利名称：一种风力提水发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力利用领域，特别涉及风力提水和水力发电。
背景技术：
对于风能的利用目前主要采取风力发电机发电的方式，也有少量用于灌溉和饮水的风力提水方式。
风力发电机发电是风能驱动风机的旋转，带动发电机发电。由于风能大小的不确定性很大，因此风机的运行速度很不稳定，发电机发出电能的电压、波形、频率等方面都难以达到并网的要求。通常采用整流电路对其进行整流，达到并网的要求后才能输入电网。对于发电机输出的电能进行整流的装置不仅价格昂贵，而且故障率也高，这些都使得风力发电的成本较传统的发电方法高很多。另外经过整流后的电流波形中存在一些高次谐波，对电网造成污染。并且风力发电机输出的电能大小不定，不能保证稳定地输出电能，对于电网的稳定运行会产生不利的影响。
目前用于灌溉和饮水的风力提水方式对风能进行利用仅仅是对风能利用的很小一部分，不能对丰富的风力资源进行充分利用。
对于水力发电技术经过多年的积累，在技术上已经非常成熟，水力发电中能量转化的效率非常高。
风力提水发电的原理在专利01135136.5《风水结合发电法及装置》和专利200610026128.0《一种风力水力联合发电的方法》中已经提到，即利用风力提水设备将水从低处提升到高处，然后使水从高处经水力发电装置流向低处，推动水力发电装置发电。
专利01135136.5《风水结合发电法及装置》的实施例1中，首先通过风力发电机将风能转化为电能，再利用电能驱动电动抽水机抽水，这个过程中仍然需要复杂的整流设备将风力发电机输出的电能转化为电动抽水机所需要的电能，投入费用高，并且电能质量差。在实施例2中，一个风轮带一台水车或提水机，适合于小型风水发电站工程，对于大型的风机利用效率低。
专利200610026128.0《一种风力水力联合发电的方法》所描述的通过风力提水设备将水从低处提升到高处，对于大型的风机距离地面数十米甚至上百米，这将损失掉风机与高位水面差这部分势能，这将使风能的转化效率大大降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种高效的风力提水发电系统。本发明可以提高风能的利用效率，投资小，成本低，并为电网输出的高品质电能。
本发明首先充分地将风能转化为水的势能，再通过水轮发电机将水的势能转化为电能。为了能够提高风能的利用效率，本发明采用两极抽水的方式实现，即从风机高度的水泵流出的水并不直接注入高位水库，而是经过一个水轮机将这部分水的势能再利用于抽取更多的水到高位水库中。
本发明主要包括高位水库、低位水库、风机、水泵、水轮机、水轮发电机和管道。高位和低位水库，以及风机、水泵、水轮机和水轮发电机布置在不同的水平高度。低位水库位于最低处，高位水库高于低位水库，一台水轮机和水轮发电机在垂直高度上位于高位水库和低位水库之间，且这个水轮机和水轮发电机同轴相连。一台风机和一台水泵同轴相连，其位置高于高位水库。另一台水轮机和另一台水泵同轴相连，位于与风机相连的水泵和高位水库之间。
本发明工作过程如下风机在风力的驱动下旋转，带动水泵工作，水泵将低位水库中的水抽到水泵中，在此过程中将风机从风中获得的机械能转化为水的势能和动能。从水泵中流出的水经管道进入水轮机，驱动水轮机的转动，从水轮机流出的水注入到高位水库中，同时通过水轮机的转动带动另一个水泵工作，该水泵直接将低位水库中的水抽到高位水库中。高位水库中的蓄水经一个水轮机流到低位水库，该水轮机带动水轮发电机发电。
风机根据相应的地理位置安装于机架上，对于大型的风机距离地面数十米至上百米，风机带动水泵将水抽到风机高度，此时的水具有很大的势能，如果将水泵流出的水直接排到高位水库，将损失掉这部分势能。因此为了能够提高系统中能量转化的效率，在高位水库处设置了一台水轮机来利用这部分势能。通过该水轮机的旋转带动水泵旋转，直接将低位水库中的水抽到高位水库中。
该系统中所选用的水泵均应具有大水量、低水头的特点，这样可以充分利用水的势能转化，降低过程中的能量损耗，提高系统的总效率。
根据风场的实际情况在水库附近设计单台或多台风机，各风机间相互独立。
附图是本发明的原理示意图。图中1高位水库、2低位水库、3风机、4水泵、5水轮机、6水泵、7水轮机、8水轮发电机。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的描述。
如附图所示，低位水库2位于最低处，高位水库1高于低位水库2。在垂直高度上水轮机7和水轮发电机8位于高位水库1和低位水库2之间。水轮机7和水轮发电机8同轴相连。风机3和水泵4同轴相连，且高于高位水库1。水轮机5和水泵6同轴相连，且位于水泵4和高位水库1之间。水库的高度以水面高度计算。
风机3在风力的作用下旋转，带动水泵4将低位水库2中的水通过管道抽到水泵4里。水泵4里的水经过管道流到水轮机5，驱动水轮机5旋转，水轮机5流出的水经管道流入高位水库1。水轮机5的旋转带动水泵6工作，水泵6将低位水库2中的水经管道抽到高位水库1中。高位水库1中的水经管道流过水轮机7，驱动水轮机7旋转，水轮机7流出的水经管道流入低位水库2。水轮机7转动带动水轮发电机8旋转发电，水轮发电机8所发的电输入电网。
在整个过程中将风能转化为水的势能，再转化为电能，因此为了提高风能的利用率，系统必须减少势能的损失。对于大型的风机都位于离地面数十米至上百米的位置，为了充分利用水泵4和高位水库1之间的这部分势能，在高位水库1的高度设置了水轮机5和水泵6，将这部分势能用于抽取更多的水到高位水库1中。
系统中的风机可以是单台，也可以是多台，风机的布置根据风场的具体情况而定。高位水库1和低位水库2的位置和高度差也根据现场的实际情况设计。结合现场的实际情况，高位水库1和低位水库2可以是江河湖海、水湾水池，也可以是人工水库、水井池塘，或者是水箱水塔。
如果系统配合抽水蓄能电站运行，将会在投入上大大减少，降低对风能的利用成本。
权利要求
1.一种风力提水发电系统，包括高位水库(1)、低位水库(2)、风机(3)、水泵(4、6)、水轮机(5、7)及水轮发电机(8)，其特征是低位水库(2)位于最低处，高位水库(1)高于低位水库(2)，在垂直高度上水轮机(7)和水轮发电机(8)位于高位水库(2)和低位水库(1)之间；水轮机(7)和水轮发电机(8)同轴相连；风机(3)和水泵(4)同轴相连，高于高位水库(1)；水轮机(5)和水泵(6)同轴相连，位于水泵(4)和高位水库(1)之间。
2.按照权利要求1所述的风力提水发电系统，其特征是风机(3)在风力的作用下旋转，带动水泵(4)将低位水库(2)中的水通过管道抽到水泵(4)里，水泵(4)里的水经过管道流到水轮机(5)，驱动水轮机(5)旋转，水轮机(5)流出的水流入高位水库(1)；水轮机(5)的旋转带动水泵(6)工作，水泵(6)将低位水库(2)中的水经管道抽到高位水库(1)中；高位水库(1)中的水经管道流过水轮机(7)，驱动水轮机(7)旋转，水轮机(7)流出的水经管道流入低位水库(2)；水轮机(7)转动带动水轮发电机(8)旋转发电。
全文摘要
一种风力提水发电系统，包括高位水库(1)、低位水库(2)、风机(3)、水泵(4、6)、水轮机(5、7)及水轮发电机(8)。风机(3)在风力的作用下旋转，带动水泵(4)将低位水库(2)中的水抽到水泵(4)里，再经过管道流到水轮机(5)，驱动水轮机(5)旋转，水轮机(5)流出的水流入高位水库(1)。水轮机(5)的旋转带动水泵(6)工作，将低位水库(2)中的水经管道抽到高位水库(1)中。高位水库(1)中的水流过水轮机(7)，驱动水轮机(7)旋转，水轮机(7)流出的水流入低位水库(2)。水轮机(7)转动带动水轮发电机(8)旋转发电。本发明对风能的利用效率高，投资小，成本低，并且输出的电能质量高。
文档编号F03B13/06GK101033731SQ20071006430
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月9日 优先权日2007年3月9日
发明者熊斌, 宋福川, 田新东, 顾国彪, 常振炎 申请人:中国科学院电工研究所