风力发电黑科技----风电分离、风能蓄能

风力发电的新起点-----风电分离、风能蓄能

[01] 人类对于能源日益增长的需求和生态环境日渐恶化的趋势之间的矛盾，使得如何实现能源的可持续利用和开发成为全世界都在关注的问题。对中国而言，改变中国以煤为主的能源结构和高污染高能耗的产业结构，是中国国内治理环境和应对全球气候变化的迫切要求。

[02] 风能作为优良的清洁能源，受到了世界各国的重视。目前使用的风力发电机通常包括风轮、机械传动系统（如增速机等）和发电机等。风轮在风力的作用下旋转，所获得的动能经机械传动系统传递给发电机，由发电机将动能转换为电能。机械传动系统和发电机被封装在一个机舱中，然后通过转动支承装置安装在塔架顶部，构成了风力发电机的机头。机头，特别是大中型风力发电机的机头，其重量非常大，可以达到数十吨到几百吨。因此，对转动支承装置的要求极高，造成了转动支承装置的制造成本高昂。沉重的机头需要专门的机械测风和对风装置，进一步增加了机头的体积、重量和结构复杂性。机头的重量和体积给运输和安装也带来了诸多的困难。

[03] 另一方面，由于发电机安装在随风摆转的机舱中，用于向外输送电力的电缆可能会发生扭绞的现象，所以风力发电机还需要安装相应的解缆、扭缆保护装置和滑电环等必要装备来解决风能转换为电能后的输送问题。可见，目前的风力发电机结构复杂，在制造、运输、安装、维护等方面的成本非常大，成为阻碍风能广泛利用的因素之一。

[04] 另外，与传统的火力发电、水力发电、核能发电相比，风力发电因风量不稳定，具有间歇性发电的问题。而且流动的风不能像煤炭、水、核燃料那样预先储存，因此风力发电经常与电网的用电量不相匹配，例如白天用电高峰时但风力弱、发电量少，夜晚用电低谷时但风力强、发电量多，给电网调度带来额外的困难。当前的解决方式之一是将风力发电与火力发电等相结合，互相补足，但是却对火力发电造成额外的负担。目前另一先进的解决方式在于，将风电与CAES（Compressed Air Energy Storage，压缩空气蓄能）技术相结合，将风力发电机通过电缆传输下来的电能转换为压缩空气能储存起来，然后在需要时将压缩空气能转化为电能，供给电网，但是其效率相对很低。即使在最佳状况下，从发电机至AC/DC/AC环节的效率约为85%，AC/DC/AC至电动机环节的效率约为89%，从电动机至CAEC环节的效率约为85%，仅这几个环节损失就高达37%。

[05] 本技术的应用，可直接由风力机带动空气压缩机，将风能直接转换为弹性势能并存储，在需要时转换为电能，从根本上解决了风能的可调度性。就本技术已经和我国压缩气体蓄能权威单位 中国科学院热物理研究所 取得联系并给予高度评价。

左到右: 周学士（博士）;高则行（本发明人之一）;陈海生（热物理研究所副所长）;马文平（本发明人之一）.

[06] 相较于现有技术中的风力发电机，根据本发明的风力机实现了将风轮的机械能直接通过机械机构传递至地面，再进行能量转换。一方面由于发电机从机头挪到了地面从而大大减轻了机头的重量，便于安装和维护；另一方面，省去了从发电机至AC/DC/AC（大功率AC/DC/AC设备依赖国外技术）至电动机这几个环节（如图1中虚线所示），极大地提高了生产效率。

[07] 本发明的水平轴式风力机的机头不再包括发电机，发电机可以安装在地面附近或地面上，通过能够向下传递动力的能量下传系统以及电前蓄能系统接收风能。因此，本发明的机头能够避免传统机头由于设有发电机而带来的结构复杂、重量大、维护成本高、能量传递效率低的问题，同时省去了从发电机向外输送电力的电缆及相应的解缆和扭缆保护装置和滑电环。另外，可以在发电机发电之前对不稳定的风能进行蓄能滤波，实现高的可调度性。为了区别于传统的机头中含有发电机的风力发电机，在本发明中，机头和塔身构成的设备称为“风力机”。

[08] 更重要的是，本发明设计了一种“双输入合并- 分离系统” ，实现了两条并行的动力传递路径，即在同一个传递机构中，有两个输入端可以使该机构运转，在无外力和任何辅助设备干预的情况下，只有其中一个输入端的输入在输出端有实质输出，另一个输入端的输入在输出端无实质输出。处于同一个机构的两个输入端之间没有作用力的传递，且两个输入端共同输入或任意单一输入端单一输入都不影响其实质输出的结果。