一种绿色移动能源系统的制作方法
【专利说明】一种绿色移动能源系统
[0001]1、发明的名称:一种绿色移动能源系统。
[0002]2、所属技术领域:风力发电；电力能源；铁路电气化；电动汽车。
[0003]3、【背景技术】:风能是一种无污染的可再生能源，它取之不尽、用之不竭，分布广泛。随着人类对生态环境的要求和能源的需求，风能的开发日益受到重视，风力发电将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。
[0004]我国风能资源分布，按最大、次最大、大、较大风能资源区分别为东南沿海及其岛屿，内蒙古和甘肃北部，黑龙江和吉林东部以及辽东半岛沿海，青藏高原、三北地区的北部和沿海。由于风能无法被控制，风力发电厂几乎无法时时刻刻都处于满载发电状态，虽然提高了装置容量，却无法使发电量有效增加，使得风力发电厂几乎都被当成辅助电力来增加供电可靠度，并无法象核能、火力发电厂来当成基载电力使用。目前全球风力发电的现状是，装机容量大而实际发电能力小，电的品质差、效率低。特别是风电存在的随机性、间隙性、波动性，以及不具备调峰能力等特性，使得风电上网和利用等问题迄今未得到有效解决。
[0005]通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。有电动机的用电设备启动时，启动电流很大，会造成蓄电池电压突然下降，正常运转后则不然。
[0006]对于新研制的风轮叶片，需要进行气动性能试验，气动性能试验需要在风洞中进行，曾有报道讲有业余爱好者因不具备试验风洞条件或因费用原因，将风力机设置在汽车的车厢上测定风轮叶片的气动性能。
[0007]关于风力发电机，按风轮轴向一般分为水平轴式和垂直轴式风力发电机两类，早期水平轴式风力发电机占据了主流位置，随着电子计算机技术的发展，H型垂直轴风轮功率的计算得以解决，垂直轴式风力发电机正以势不可挡的态势在迅猛发展。尽管启动转矩稍大，但由于叶片在旋转过程中，随着转速的增加阻力急剧减小，匹配无铁心盘式稀土永磁发电机，其优势凸显。
[0008]关于发电机，永磁式发电机省去了励磁式发电机的励磁绕组、碳刷、滑环结构，整机结构简单，避免了励磁绕组易烧毁、断线，碳刷、滑环易磨损等故障，可靠性大为提高。
[0009]体积小、重量轻、比功率大。永磁转子结构的采用，使得发电机内部结构设计排列得很紧凑，体积、重量大为减少。永磁转子结构的简化，还使得转子转动惯量减少，实用转速增加，比功率(即功率、体积之比例)达到一个很高的值。
[0010]中、低速发电性能好。功率等级相同的情况下，怠速时，永磁式发电机要比励磁式发电机的输出功率高一倍，也就是说，永磁式发电机比等功率等级的励磁式发电机性能优越。
[0011]能显著地延长蓄电池寿命，减少蓄电池维护工作。主要原因是永磁式发电机采用的是开关式的整流稳压方式，稳压精度高，充电效果好。避免了过电流充电造成的蓄电池寿命缩短。永磁式发电机的开关式整流输出对蓄电池采用小电流脉冲充电，相同的充电电流充电效果更好，从而延长蓄电池的使用寿命。
[0012]效率高。永磁式发电机是一种节能产品。永磁转子结构免去了产生转子磁场所需的励磁功率和碳刷、滑环之间磨擦的机械损耗，使得永磁式发电机效率大为提高。普通励磁式发电机在1500转/分至6000转/分之间的转速范围内平均效率只有45%至55%，而永磁式发电机则可高达75 %至80 %。
[0013]采用自启动式稳压器无需外加励磁电源。发电机只要一旋转就能发电。当蓄电池损坏时，只要发动机处于运行状态，汽车充电系统仍可工常工作。如汽车没有蓄电池，只要摇转手把或溜车，也可实现点火运行。
[0014]特别适合于在潮湿或灰尘多的恶劣环境下工作。
[0015]无无线电干扰。永磁发电机无碳刷、无滑环的结构，消除了碳刷与滑环磨擦产生的无线电干扰；消除了电火花，特别适合于爆炸性危险程度较大的环境下工作，也降低了发电机对环境温度的要求。
[0016]火车的提速得益于动力分散理论，按动力来源分又分为电力机车和内燃机车等。电力机车的缺点在于其本身没有动力源，电能来自外部的电缆，如遇自然灾害、战争等不可抗力状况引发断电就无法运行，甚至可能引发事故。故而电力机车虽有许多优点，仍然无法全面取代传统的柴油(内燃)机车。混合动力是一种折中方案，即在电力机车上额外配备有应急柴油发电机，以应付突发的断电状况。
[0017]在追求低碳生活的今天,汽车的发展方向注定是走向节能减排直至零排放。在这样的一个大形势下，纯电动汽车被众专家看好，并建议将大力发展电动车产业作为国家战略，但是，电池的续航里程及充电问题始终是制约其发展的瓶颈。电动车的发展有很高的技术含量，其中最重要的部件就是动力电池、电动机和能量转换控制系统，而动力电池要实现快速充电、安全等高性能，是技术门槛最高、也是利润最集中的部分。随着电动车的火热研发，电动车的充电设施建设也在火热进行中。根据国家电网的估算，每个充电站平均投资300万元。若兴建100座充电站，需花费3亿元。另外，根据估算，充满一辆车快充需要半小时时间。一座有12个充电桩的充电站，一天24小时仅能为不到600辆电动车充电，而一座同等规模的加油站的加油能力则是其数十倍以上。如果采用家庭普通充电办法，一辆电动车充满电需要近10个小时，对一些老旧小区而言，很多电动车同时充电也是一种考验，抛开没有现成的充电配套设施不说，就是上百辆电动车同时充电对区域内电网的负荷恐怕也会造成极大的负担。
[0018]4、
【发明内容】
:本发明是基于风力发电原理，将有限的风能资源分布区扩展为全区域覆盖。亦即改变风随机性、间隙性、波动性的缺陷，制造一个恒稳的高风速的风场，在高速运动着的载体上安置减去调速调向及塔架装置的风力发电系统，来实现并网发电或发电为该载体提供电力。
[0019]5、【具体实施方式】:据现有风力发电理论，输出功率随风力机的扫掠面积及风速的增加而增加，具体到与风轮直径的平方及风速的立方成正比。叶片的成本随其长度增加而逐步上升，垂直轴H型风力发电系统，在径高比β = R/H = 0.994?I时，性价比最高。火车标准轨距1435mm，车厢宽度3000?3200mm，目前运营时速可达200km/h，设计时速更高。机车牵引功率5000kw上下。家用轿车、客运大巴、卡车车宽有一定的设计范围，高速限速120km/h。查表格风力机的平均输出功率，垂直轴转子直径2m时，风速为lOm/s时平均输出功率为1.17kw，风速为30m/s时平均输出功率为31.59kw，风速为50m/s时平均输出功率为146.25kw。当转子直径为3.2m时，风速为10m/s时平均输出功率为2.92kw,风速为30m/s时平均输出功率为78.84kw，风速为50m/s时平均输出功率为365kw。以上数据是现有H型风轮在自然风场中一侧叶片受到推力而另一侧同时受到阻力的情况下得到。青岛某厂家现售产品，额定风速12m/s，叶片长高为1.6m时额定功率500w，2m时额定功率1000w，2.6m时额定功率2000w，3m时额定功率3000w，是基于自然条件下设计，塔架高需6_8m，按本发明设计，只要将匹配的发电机按额定的高风速配置，根本不需要塔架，即可发出高品质电，因风速为人为创造，范围稳定可靠，所发电稳定，控制系统设计相对更简单。本发明将风轮叶片设计在润轮轴流集风罩内，in方嘲机口形罩口，逐步将风引向一侧，叶片在类似润壳内旋转，不受反向风阻，单向风流。是单叶片还是多叶片，叶片的横截面是翼型还是V型，是否能得到更高的功率输出还待研究。
[0020](I)并网发电现有电气化铁路改进或重建封闭式环形轨道，供牵引机头牵引N节平板车，每节上可安装两至叁台径高比为I的直径3米的H型垂直轴风力发电系统，该系统因为风速稳定，发电品质高，经过控制系统调压调频后，不一定需要蓄电池，可通过滑环接触网输出直接并网。是否可在高铁或动车上按功率需要安装几台，发电供自身动力需求用，有待相关部门做可行性研究。
[0021](2)用于电动汽车上，油电混合动力汽车或纯电动汽车，混合动力汽车上可摒弃高成本动力电池，靠汽(柴)油发动机提供初始动力，纯电动汽车初始动力由电池提供，速度上来后，带动风力发电机发电，其电能直接驱动电机运转，为汽车提供动力。
[0022](3)能否应用于航天航空领域？也并非可能。
【主权项】
1.一款安装在运动载体上的绿色移动能源系统，通过该运动载体的运动产生高速风能，带动风力发电系统发电，为该运动载体提供能源或输出并网发电。2.根据权利要求1所述的一种绿色移动能源系统，将风力发电机安装在高速移动着的运动载体上，以增加风能。3.根据权利要求1所述的一种绿色移动能源系统，为风轮安装涡轮轴流导风罩。4.根据权利要求1所述的一种绿色移动能源系统，利用H型垂直轴风轮捕获风能，不仅可垂直安装，也可水平安装，其风轮叶片的截面可为翼型、V形，叶片数量可为单叶片、双叶片或多叶片。5.根据权利要求1所述的一种绿色移动能源系统，在用于大型风力并网发电或油电混合动力汽车上时可以不用蓄电池储能，用于电动汽车上直接用车上原有电池储能。
【专利摘要】一种绿色移动能源系统，是基于风力发电原理，由于风能无法被控制，特别是风电存在的随机性、间隙性、波动性，以及不具备调峰能力等缺陷，人为制造稳定的强风风场，极大地降低风机成本及提高风能利用率，设计出一种不受地域限制的新型风力发电系统，广泛应用于并网发电、高铁动车、电动汽车乃至于航天航空领域，能缓解全球能源危机及减少雾霾。
【IPC分类】F03D9/00
【公开号】CN105201744
【申请号】CN201410294730
【发明人】张文祥
【申请人】张文祥
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2014年6月21日