一種風電儲能基礎(chǔ)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，包括螺旋通道、線圈、中心管、上儲球管道、下儲球管道及永磁體小球，螺旋通道固定在沉井或大直徑樁基礎(chǔ)內(nèi)壁上，線圈密繞在螺旋通道外壁，并與外部電氣設(shè)備相連形成閉合回路；中心管設(shè)置在螺旋通道的中心軸上；上儲球管道連接在中心管頂端與螺旋通道頂端之間；下儲球管道連接在中心管底端與螺旋通道底端之間；永磁體小球常態(tài)式位于上儲球管道或下儲球管道中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型意義在于，風力富足時，利用風電機組的富余電力，將下儲球管道內(nèi)的永磁體小球從中心管抬升至上儲球管道內(nèi)；風力貧乏時，永磁體小球沿螺旋管道內(nèi)部向下螺旋運動，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，實現(xiàn)儲存風電，節(jié)約能源的目的。
【專利說明】一種風電儲能基礎(chǔ)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于大型風力發(fā)電機組配套裝置，尤其是涉及一種風電儲能基礎(chǔ)裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] "人口、能源、環(huán)境"是21世紀擺在人類面前的3大難題。近年來，能源危機和環(huán) 境破壞愈演愈烈，節(jié)能減排和尋找清潔無污染的新能源已經(jīng)成為全人類的共識。風能作為 一種零污染、儲量大的可再生能源，具有深厚的發(fā)展?jié)摿?。美國、中國、日本、德國、瑞典、?麥、西班牙等國均將其列入本國能源發(fā)展規(guī)劃，我國疆土遼闊，新疆、內(nèi)蒙、東北（黑吉遼三 ?。?、以及東部沿海具有豐富的風能資源，有關(guān)資料顯示，全球可開發(fā)利用的風能是水能的 10倍。因此，大力開發(fā)和利用風能，實現(xiàn)風能利用的規(guī)?；?，提高風力發(fā)電占總發(fā)電量比重， 優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，是我國能源發(fā)展的重要方向。據(jù)國家氣象局估算，我國東南沿海及其島嶼是 風能儲量最大的地區(qū)，有效風力出現(xiàn)時間百分率可達80%?90%，應(yīng)將其作為我國風能資 源發(fā)展規(guī)劃的重中之重。
[0003] 風電機的葉片直徑通?？蛇_十幾米，而風電機組可達數(shù)十米，如此高聳、迎風面積 大的構(gòu)筑物，在豎向力、水平力和彎矩的共同作用下，其承載力和變形均有較高要求，尤其 是地處東南沿海的各風電機組，地基通常為十幾米乃至幾十米的深厚淤泥等軟土層，承載 力較低，動力荷載作用下變形較大，故風電基礎(chǔ)多采用數(shù)十米深的粧基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)或沉井 加粧基礎(chǔ)，以滿足風電機組對于強度、變形和穩(wěn)定性的要求。為提高材料利用效率，增強混 凝土的熱量傳遞效率，粧基礎(chǔ)多采用直徑達數(shù)米的大直徑管粧，如此，同沉井基礎(chǔ)，其內(nèi)部 即有大量可利用空間。
[0004] 風能與水能相比，一個最大的弱勢在于其風速不穩(wěn)定，且不能像水能一樣利用水 庫閘門將其儲蓄起來，因此，無法單獨把風力發(fā)電作為一種穩(wěn)定的電能來源。本實用新型即 針對此問題提出了解決方案。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種風電儲能 基礎(chǔ)裝置。該裝置能把風力較大時或用電低峰期風機產(chǎn)生的部分電能轉(zhuǎn)化為永磁體小球的 重力勢能儲存起來，待風力較弱時或用電高峰期將基礎(chǔ)裝置頂端的若干永磁體小球放下， 利用電磁感應(yīng)把機械能轉(zhuǎn)化為電能，提高風力發(fā)電效率，彌補其不連續(xù)發(fā)電的不足，最終實 現(xiàn)儲存風電，節(jié)約能源的目標。
[0006] 本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] 一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，設(shè)置在風電機組的沉井或大直徑粧基礎(chǔ)內(nèi)，包括：
[0008] 螺旋通道：固定在沉井或大直徑粧基礎(chǔ)內(nèi)壁上；
[0009] 線圈：密繞在螺旋通道外壁，并與外部電氣設(shè)備相連形成閉合回路；
[0010] 中心管：豎直設(shè)置在螺旋通道的中心軸上；
[0011] 上儲球管道：連接在中心管頂端與螺旋通道頂端之間，既作為為中心管和螺旋通 道的"橋梁"，也作為永磁體小球的儲球倉；
[0012] 下儲球管道：連接在中心管底端與螺旋通道底端之間；
[0013] 永磁體小球：永磁體小球常態(tài)式位于上儲球管道或下儲球管道中，風力富足時，利 用風電機組的富余電力，將下儲球管道內(nèi)的永磁體小球從中心管抬升至上儲球管道內(nèi)，使 電能轉(zhuǎn)化為機械能；在風力貧乏時，上儲球管道內(nèi)的永磁體小球沿螺旋管道內(nèi)部向下螺旋 運動，線圈切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過變壓器將儲存的機械能轉(zhuǎn)化為電能，此時永 磁體小球再落入下儲球管道內(nèi)。
[0014] 所述的中心管內(nèi)設(shè)有螺旋葉片桿，在中心管的頂端設(shè)有電動機，該電動機與螺旋 葉片桿連接，帶動螺旋葉片桿旋轉(zhuǎn)，進而帶動永磁體小球向上運動。
[0015] 所述的上儲球管道整體呈半個下降螺旋狀，其上端與中心管連通，下端與螺旋通 道連通；
[0016] 所述的下儲球管道整體呈半個下降螺旋狀，其上端與螺旋通道連通，下端與中心 管連通。
[0017] 所述的上儲球管道、下儲球管道及螺旋通道的內(nèi)徑相同，均為1. 5倍永磁體小球 直徑；所述的中心管內(nèi)徑為2至2. 5倍永磁體小球直徑，以容納螺旋葉片桿自由轉(zhuǎn)動，且不 妨礙永磁體小球沿螺旋葉片的滾動。
[0018] 在上儲球管道與螺旋通道交匯處設(shè)置有控制永磁體小球進入螺旋通道的第一閥 門，在第一閥門沿上儲球管道向上1到1. 2倍永磁體小球直徑之間位置處設(shè)置有第二閥門； 以第一閥門與第二閥門之間間距比永磁體小球內(nèi)徑稍大為宜，使其僅容一個永磁體小球大 小，使得整個螺旋通道在指定時間間隔有且僅有一個永磁體小球運動，避免了多個永磁體 小球同時在螺旋管道內(nèi)運動的互相干擾；第二閥門以上的儲球管道為主要部分，所有在風 電富余期由中心管進入的永磁體小球均儲存在這一段。在下儲球管道與中心管交匯處設(shè)置 有控制永磁體小球進入中心管的第三閥門。
[0019] 所述的第一閥門、第二閥門或第三閥門采用包含光敏元件的電路自動控制或人工 控制。所述的第一閥門、第二閥門或第三閥門均應(yīng)經(jīng)過抗沖擊驗算，尤其是第三閥門，在不 妨礙永磁體小球運動的前提下，可設(shè)置橡膠等緩沖層。
[0020] 所述的線圈由導(dǎo)線纏繞形成，所述的導(dǎo)線分為支導(dǎo)線和總導(dǎo)線兩類，支導(dǎo)線密繞 在螺旋通道外壁，并與總導(dǎo)線相連，總導(dǎo)線兩端從中心管頂部伸出連接外部電氣設(shè)備，并形 成閉合回路。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈匝數(shù)越多，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，發(fā)電量也 越大，鑒于單根導(dǎo)線長度的限制，可將螺旋管道按長度分段纏繞導(dǎo)線，并將各個導(dǎo)線分支接 到固定于中心管的總導(dǎo)線上，并與外部變壓器等設(shè)備相連形成閉合回路。
[0021] 所述的上儲球管道與中心管及螺旋通道的連接處均為連續(xù)光滑的曲面，所述的下 儲球管道與中心管及螺旋通道的連接處均為連續(xù)光滑的曲面，且所有供永磁體小球滾動的 通道表面均為不阻礙永磁體小球滾動的光滑面，避免小球在經(jīng)由螺旋葉片運送過程中產(chǎn)生 較大阻力和磨損。所述的上儲球管道與下儲球管道坡度緩于螺旋通道，以剛能使永磁體小 球自由向下滾動為宜。
[0022] 所述的螺旋通道為鋼質(zhì)空心管。
[0023] 螺旋通道與沉井或大直徑粧基礎(chǔ)內(nèi)壁固定方式可沿螺旋下降方向按適當間距設(shè) 置箍筋把螺旋通道與沉井基礎(chǔ)縱向受力鋼筋綁扎或焊接起來，使螺旋通道與沉井基礎(chǔ)成為 一個整體；中心管頂?shù)酌鎽?yīng)固定在沉井基礎(chǔ)上，具體方式可用螺旋通道的固定方式，另外， 可把中心管設(shè)計成為多跨超靜定梁，即在中心管中間設(shè)置多道支撐，與沉井基礎(chǔ)固接。螺旋 通道與中心管的錨固端數(shù)量和深度應(yīng)符合螺旋通道和中心管的穩(wěn)定性要求。
[0024] 上面所述的螺旋通道、永磁體小球、中心管、上儲球管道、下儲球管道以及各個閥 門均應(yīng)根據(jù)風電機組的沉井或大直徑粧基礎(chǔ)的尺寸，結(jié)合建設(shè)成本和最大發(fā)電效率優(yōu)化設(shè) 計。
[0025] 所述的永磁體小球的數(shù)量、尺寸應(yīng)根據(jù)該地區(qū)富余風電能量計算，小球尺寸還應(yīng) 綜合考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、材料抗沖擊強度等因素。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型在沉井基礎(chǔ)或管粧基礎(chǔ)中空部分沿內(nèi)壁設(shè)置螺旋管 道，螺旋管道的內(nèi)徑容納特制的永磁體小球通過，沿高度呈螺旋形均勻設(shè)置，在管外壁密繞 導(dǎo)線，形成螺線管，導(dǎo)線兩端接到附近的專用變壓器上，以獲得相對穩(wěn)定的交流電壓。當永 磁體小球從基礎(chǔ)裝置的頂部滾下，在螺線管所處空間內(nèi)產(chǎn)生變化的磁場，根據(jù)法拉第電磁 感應(yīng)定律：當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生改變時，該回路中即產(chǎn)生感應(yīng)電流，相應(yīng)的，本實 用新型對應(yīng)產(chǎn)生感生電動勢，且該電動勢和穿過閉合回路的磁通量的變化率成正比，即滿 足如下公式：
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，設(shè)置在風電機組的沉井或大直徑粧基礎(chǔ)內(nèi)，其特征在于，包 括： 螺旋通道（2):固定在沉井或大直徑粧基礎(chǔ)內(nèi)壁上； 線圈：密繞在螺旋通道（2)外壁，并與外部電氣設(shè)備相連形成閉合回路； 中心管（3):豎直設(shè)置在螺旋通道（2)的中心軸上； 上儲球管道（5):連接在中心管（3)頂端與螺旋通道（2)頂端之間； 下儲球管道（6):連接在中心管（3)底端與螺旋通道（2)底端之間； 永磁體小球：常態(tài)式位于上儲球管道（5)或下儲球管道（6)中；風力富足時，風電機組 的富余電力，將下儲球管道（6)內(nèi)的永磁體小球從中心管（3)抬升至上儲球管道（5)內(nèi)；在 風力貧乏時，上儲球管道（5)內(nèi)的永磁體小球沿螺旋管道（2)內(nèi)部向下螺旋運動，線圈切割 磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，永磁體小球再落入下儲球管道（6)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，其特征在于，所述的中心管（3)內(nèi)設(shè) 有螺旋葉片桿（10)，在中心管（3)的頂端設(shè)有電動機（4)，該電動機（4)與螺旋葉片桿（10) 連接，帶動螺旋葉片桿（10)旋轉(zhuǎn)，進而帶動永磁體小球向上運動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，其特征在于，所述的上儲球管道（5) 整體呈半個下降螺旋狀，其上端與中心管（3)連通，下端與螺旋通道（2)連通； 所述的下儲球管道（6)整體呈半個下降螺旋狀，其上端與螺旋通道（2)連通，下端與中 心管（3)連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，其特征在于，所述的上儲球管道 (5)、下儲球管道（6)及螺旋通道（2)的內(nèi)徑相同，均為1. 5倍永磁體小球直徑；所述的中心 管（3)內(nèi)徑為2至2. 5倍永磁體小球直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，其特征在于，在上儲球管道（5)與 螺旋通道（2)交匯處設(shè)置有控制永磁體小球進入螺旋通道（2)的第一閥門（7)，在第一閥 門（7)沿上儲球管道（5)向上1到1. 2倍永磁體小球直徑之間位置處設(shè)置有第二閥門⑶； 在下儲球管道（6)與中心管（3)交匯處設(shè)置有控制永磁體小球進入中心管（3)的第三閥門 (9)〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，其特征在于，所述的第一閥門（7)、 第二閥門（8)或第三閥門（9)采用包含光敏元件的電路自動控制或人工控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，其特征在于，所述的線圈由導(dǎo)線纏 繞形成，所述的導(dǎo)線分為支導(dǎo)線和總導(dǎo)線兩類，支導(dǎo)線密繞在螺旋通道（2)外壁，并與總導(dǎo) 線相連，總導(dǎo)線兩端從中心管（3)頂部伸出連接外部電氣設(shè)備，并形成閉合回路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，其特征在于，所述的上儲球管道（5) 與中心管（3)及螺旋通道（2)的連接處均為連續(xù)光滑的曲面，所述的下儲球管道（6)與中 心管（3)及螺旋通道（2)的連接處均為連續(xù)光滑的曲面，且所有供永磁體小球滾動的通道 表面均為不阻礙永磁體小球滾動的光滑面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風電儲能基礎(chǔ)裝置，其特征在于，所述的螺旋通道（2)為 鋼質(zhì)空心管。
【文檔編號】F03D9/02GK204253285SQ201420637909
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】黃茂松, 木林隆, 馮凱 申請人:同濟大學(xué)