專利名稱：垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)及方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及垂直軸風力發(fā)電領域，尤其是具備并/離網(wǎng)發(fā)電的大型垂直軸風力發(fā)電機。
背景技術(shù)：
人們的生活和工作離不開電，沒有了電的世界是無法想象的，人們的生活沒有了電將是無趣乏味的，人們的生產(chǎn)沒有了電將會停滯，會直接導致整個社會生產(chǎn)力崩潰。電能如此的重要，目前世界各國都相當?shù)闹匾曤娔艿拈_發(fā)，比較常用的發(fā)電設備有風力發(fā)電、水力發(fā)電、火力發(fā)電以及核能發(fā)電，火力發(fā)電和核能發(fā)電存在重大污染，不符合人類發(fā)展的需求，目前正逐漸被人類所放棄；而水力發(fā)電的資源小，遠遠滿足不了人類對電量的需求；因此清潔環(huán)保、資源豐富的風力發(fā)電將成為今后人類主要開發(fā)的方向。目前采用并網(wǎng)發(fā)電的大型垂直軸風力發(fā)電機還存在很多問題，而這些難題都是由于自然風存在許多的不穩(wěn)定性所引起的。在低風速時，大型的垂直軸風力發(fā)電機難以啟動，或者根本無法啟動，導致發(fā)電機白白浪費了資源；在正常風速時，大型的垂直軸風力發(fā)電機雖然能夠啟動并工作，但是發(fā)電機的發(fā)電效率不高，往往是沒有達到滿發(fā)的狀態(tài)；在超大風時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速明顯加快，甚至超過了發(fā)電機本身的額定功率，這時候的發(fā)電機處于危險狀態(tài)，發(fā)電機部件有可能會被損壞，而超高的功率輸出同時也存在一定的危險。另外，因為自然風會無時無刻的存在小風、低風速或者高風速，導致發(fā)電機的發(fā)電功率極其不穩(wěn)定，接入電網(wǎng)時會對電網(wǎng)造成沖擊。我國目前的供電系統(tǒng)是變電站將發(fā)電設備發(fā)出來的電供應到各個片區(qū)的配電站，再由配電站向該區(qū)域的居民和工廠供電，對于偏遠的地區(qū)來說，這種并網(wǎng)供電的方式存在造價成本高，維修難等諸多問題，因此造成偏遠地區(qū)供電難的問題，目前也是各級政府亟須解決的問題，離網(wǎng)發(fā)電無疑是決絕該問題的最好的途徑，而如何利用風力發(fā)電解決該問題成為了人們研發(fā)的方向。無論是并網(wǎng)還是離網(wǎng)的風力發(fā)電，在白天，人們的生產(chǎn)活動用電需求比較大，變電站的供電十分緊張，有時候甚至需要實行區(qū)域分開用電來解決用電緊缺的問題；而到了夜晚，人們的生產(chǎn)活動用電需求比較小，此時變電站的供電是富余，這些富余的電能無法投入到人們的生產(chǎn)生活中而最后導致浪費，如何將該部分浪費的電能再利用也是更好解決風力發(fā)電機并網(wǎng)或離網(wǎng)發(fā)電存在的其他問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決技術(shù)問題之一是提供一種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)發(fā)電時，使其發(fā)電功率對電網(wǎng)不會造成沖擊；能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化其他形式的能量進行儲存，然后再轉(zhuǎn)換為電能，一定程度上解決了電能浪費的問題，同時也決絕了大型垂直軸風力發(fā)電機離網(wǎng)發(fā)電的問題。本發(fā)明所要解決技術(shù)問題之二是提供一種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電方法，并網(wǎng)發(fā)電時，使其發(fā)電功率對電網(wǎng)不會造成沖擊；能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化其他形式的能量進行儲存，然后再轉(zhuǎn)換為電能，一定程度上解決了電能浪費的問題，同時也決絕了大型垂直軸風力發(fā)電機離網(wǎng)發(fā)電的問題。為解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括中心塔柱、設置在中心塔柱上一個以上的發(fā)電單元，所述發(fā)電單元包括與所述中心塔柱樞接的Φ形的風輪、套在中心塔柱上的主齒輪、兩個以上的發(fā)電機、用于安裝發(fā)電機的安裝平臺；所述主齒輪設置在所述風輪下方且與所述風輪連接；所述主齒輪分別通過一套齒輪傳動系統(tǒng)與所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接；所述儲能系統(tǒng)包括高壓氣體發(fā)生裝置、蓄水裝置和水輪機，所述高壓氣體發(fā)生裝置包括至少一個高壓儲氣罐和與其配合的空氣壓縮機，所述蓄水裝置包括至少一個水箱；所述空氣壓縮機通過進氣管道與所述高壓儲氣罐連通，所述高壓儲氣罐通過出氣管道與所述水箱連通；所述水輪機設置在靠近地面的發(fā)電單元下方，水輪機包括環(huán)抱所述中心塔柱的葉輪和包裹葉輪的殼體，所述殼體上設有進水口和出水口，所述水箱通過出水管道與所述水輪機進水口連接，所述水輪機的葉輪與靠近地面的發(fā)電單元的主齒輪連接；所述發(fā)電系統(tǒng)通過電纜向所述空氣壓縮機供電。作為改進，所述風輪上端設有第一軸承，所述第一軸承的內(nèi)圈固定套在所述中心塔柱上，所述第一軸承的外圈與所述風輪上端固定連接；所述風輪下端設有第二軸承，所述第二軸承的內(nèi)圈固定套在所述中心塔柱上，所述第二軸承的外圈與所述風輪下端和主齒輪固定連接，所述風輪通過第一軸承和第二軸承與所述中心塔柱樞接。作為改進，所述主齒輪與所述風輪之間設有聯(lián)軸器和剎車裝置，所述聯(lián)軸器上端與所述風輪下端連接，聯(lián)軸器下端與主齒輪連接；所述剎車裝置包括設于所述聯(lián)軸器上的環(huán)形剎車盤和固定在所述塔柱上的一個以上的制動裝置，所述制動裝置包括制動器和驅(qū)動制動器的動力源，所述制動器與所述剎車盤配合。作為改進，所述中心塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所述中心塔柱的中心設有從底部直通頂部的通道，所述安裝平臺環(huán)抱所述中心塔柱，所述安裝平臺與所述中心塔柱一體灌漿成型，所述安裝平臺上設有安裝螺孔，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機通過螺栓固定在所述安裝平臺上。作為改進，所述蓄水裝置包括兩個水箱，所述水輪機出水口通過回水管道與所述水箱連通。作為改進，所述高壓氣體發(fā)生裝置包括兩個高壓儲氣罐和兩個空氣壓縮機，兩個所述高壓儲氣罐分別為第一高壓儲氣罐、第二高壓儲氣罐，兩個所述空氣壓縮機分別為第一空氣壓縮機、第二空氣壓縮機，所述第二空氣壓縮機通過第一氣管與所述第一高壓儲氣罐連通；所述第一空氣壓縮機通過第二氣管與所述出氣管道連通。作為改進，所述進氣管道、出氣管道、第一氣管、第二氣管、出水管道及回水管道上均設有閥門，所述出水管道上設有增壓設備。為解決上述技術(shù)問題之二，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電方法，其中包括儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括設置在中心塔柱上的一個以上的發(fā)電單元，所述發(fā)電單元包括與所述中心塔柱樞接的Φ形的風輪、套在中心塔柱上的主齒輪、兩個以上的發(fā)電機、用于安裝發(fā)電機的安裝平臺；所述儲能系統(tǒng)包括高壓氣體發(fā)生裝置、蓄水裝置和水輪機，所述高壓氣體發(fā)生裝置包括至少一個密閉的高壓儲氣罐和與其配合的空氣壓縮機，所述蓄水裝置包括至少一個密閉的水箱；具體發(fā)電方法包括以下步驟(1)發(fā)電系統(tǒng)將富余的電量通過電纜向儲能系統(tǒng)的空氣壓縮機輸送；(2 )空氣壓縮機得電工作，通過進氣管道將空氣壓縮進高壓儲氣罐中，使高壓儲氣罐中的空氣分子勢能增加，完成電能到空氣的分子勢能的轉(zhuǎn)換；
(3)水箱內(nèi)裝有水，需要啟動儲能系統(tǒng)發(fā)電時，高壓儲氣罐中的高壓氣體通過出氣管道釋放到水箱中，水箱內(nèi)氣壓增加，當氣壓達到指定值時，將水箱內(nèi)的水通過出水管道釋放至水輪機，出水管道內(nèi)的水在氣壓作用下產(chǎn)生一定的動能，從而完成空氣分子勢能到水的動能的轉(zhuǎn)換；
(4)具有動能的水沿著出水管道達到水輪機并推動水輪機的葉輪轉(zhuǎn)動，從而完成水的動能到機械能的轉(zhuǎn)換；水輪機的葉輪帶動靠近地面的發(fā)電單元的主齒輪旋轉(zhuǎn)，主齒輪通過齒輪傳動系統(tǒng)將動力傳遞至兩個以上的發(fā)電機，最后完成機械能到電能的轉(zhuǎn)換。作為改進，所述高壓氣體發(fā)生裝置包括兩個高壓儲氣罐和兩個空氣壓縮機，兩個所述高壓儲氣罐分別為第一高壓儲氣罐、第二高壓儲氣罐，兩個所述空氣壓縮機分別為第一空氣壓縮機、第二空氣壓縮機，所述第二空氣壓縮機通過第一氣管與所述第一高壓儲氣罐連通；所述第一空氣壓縮機通過第二氣管與所述出氣管道連通；所述步驟(2)具體為第一空氣壓縮機通過進氣管道將空氣壓縮進第一高壓儲氣罐中，使第一高壓儲氣罐中的空氣分子勢能增加；第二空氣壓縮機通過進氣管道將空氣壓縮進第二高壓儲氣罐中，使第二高壓儲氣罐中的空氣分子勢能增加。作為改進，所述蓄水裝置包括兩個水箱，分別為第一水箱和第二水箱，所述水輪機出水口通過回水管道與所述第一水箱和第二水箱連通；所述步驟(3)具體為第一水箱或第二水箱內(nèi)裝有水，裝有水的水箱為工作水箱，沒有水的水箱為備用水箱，需要啟動儲能系統(tǒng)進行發(fā)電時，高壓儲氣罐中的高壓氣體通過出氣管道釋放到工作水箱中，工作水箱內(nèi)氣壓增加，當氣壓達到指定值時，將工作水箱內(nèi)的水通過出水管道釋放至水輪機；對水輪機做功后通過回水管道進入到備用水箱中，直到工作水箱中的水全部轉(zhuǎn)移到備用水箱中后，備用水箱成為新的工作水箱，原工作水箱成為新的備用水箱，如此循環(huán)進行發(fā)電。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來的有益效果是
1)能夠在低風速風輪難以啟動發(fā)電機時，水輪機可作為輔助啟動，在風輪和水輪機共同帶動下，發(fā)電機可以做到輕松啟動；
2)發(fā)電機在正常運行狀態(tài)下，通過水輪機推動發(fā)電機轉(zhuǎn)子，從而拖動發(fā)電機轉(zhuǎn)子增速，使發(fā)電機達到滿發(fā)功率狀態(tài)；
3 )在超大風速時，使水輪機反方向旋轉(zhuǎn)，從而抑制發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度的增加，使發(fā)電機轉(zhuǎn)子恢復到額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，使其發(fā)電功率對電網(wǎng)不會造成沖擊；
4)儲能系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)相互配合，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化其他形式的能量進行儲存，然后再轉(zhuǎn)換為電能，一定程度上解決了電能浪費的問題，同時也決絕了大型垂直軸風力發(fā)電機離網(wǎng)發(fā)電的問題。


圖1為本發(fā)明實施例1發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A處放大圖。圖3為本發(fā)明實施例2發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為安裝平臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為剎車裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為鼠籠結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明實施例1儲能系統(tǒng)管路圖。圖8為本發(fā)明實施例2儲能系統(tǒng)管路圖。圖9為實施例2儲能系統(tǒng)中水箱的剖視圖。圖10為實施例3儲能系統(tǒng)管路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例1
一種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，包括儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)。如圖1、2所示，所述儲能系統(tǒng)包括中心塔柱對、設置在中心塔柱M上的一個以上的發(fā)電單元，本實施例中，所述中心塔柱M上設有一個發(fā)電單元，且該發(fā)電單元靠近地面。所述發(fā)電單元包括風輪17、主齒輪18、兩個以上的發(fā)電機20和用于安裝所述發(fā)電機20的安裝平臺23。本實施例中，在主齒輪18周邊對稱設有兩個發(fā)電機20 ；所述風輪17為Φ形風輪，所述風輪17由兩片對稱設置的葉片組成。所述中心塔柱M上對應風輪17上端位置設有第一軸承16，中心塔柱M上對應風輪17下端位置設有第二軸承19。葉片上端通過第一連接法蘭27與第一軸承16的外圈連接；葉片下端依次通過第二連接法蘭觀、聯(lián)軸器29、第三連接法蘭(未標示)、主齒輪18后與第二軸承19的外圈連接。其中本實施例的第一、二軸承16、19為雙排球轉(zhuǎn)盤軸承，且該軸承為現(xiàn)有技術(shù)，在這里不再詳細描述，本領域技術(shù)人員應當知曉其結(jié)構(gòu)和工作原理。所述風輪17通過第一軸承16和第二軸承19與所述中心塔柱M樞接，且風輪17與所述主齒輪18具有同步轉(zhuǎn)速。所述主齒輪18分別通過一套齒輪傳動系統(tǒng)與所述發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸連接，本實施例中，所述齒輪傳動系統(tǒng)為一錐齒輪22，主齒輪18與所述錐齒輪22嚙合，且所述錐齒輪22套在水平放置的發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸上，因此，風輪17通過主齒輪18和錐齒輪22與所述發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸聯(lián)動，實現(xiàn)由風輪17的垂直旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成發(fā)電機20的水平旋轉(zhuǎn)，對于垂直軸風力發(fā)電機來說，發(fā)電機20的安裝更簡單方便了。如圖6所示，所述第一軸承16與第二軸承19之間設有兩根以上均勻分布在同一圓周上的連接管26，連接管沈上端通過第一連接法蘭27與第一軸承16的外圈固定連接，連接管26的下端與第二連接法蘭觀連接，第一軸承16的外圈通過所述連接管沈與所述第二軸承19的外圈聯(lián)動同步。所述第一連接法蘭27、連接管沈和第二連接法蘭觀的分布構(gòu)成一個鼠籠41結(jié)構(gòu)，由于葉片上端的風速與下端的風速往往不一樣，上端的風速一般比下端的風速大，從而會造成葉片在旋轉(zhuǎn)時上端的速度比下端的速度快，但是由于葉片是一個整個結(jié)構(gòu)，葉片的上端和下端必須具有同步的轉(zhuǎn)速，這樣一來葉片有可能會發(fā)生扭曲，從而破壞葉片的最佳迎風面積，降低葉片對的風能的利用率。鼠籠41的設計正是為了傳遞葉片上端的力矩到葉片下端，使葉片在旋轉(zhuǎn)過程中，盡可能的降低葉片的扭曲程度。所述主齒輪18與錐齒輪22之間設有控制齒輪傳動系統(tǒng)與主齒輪18連接的離合器(未標示)，所述風輪17及發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸上設有速度傳感器(未標示)，所述速度傳感器與所述離合器電連接。當速度傳感器檢測到風輪17或發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速超過預設值時，發(fā)送信號至離合器，使離合器斷開齒輪傳動系統(tǒng)與主齒輪18的連接；當速度傳感器檢測到風輪17轉(zhuǎn)速回到預設值內(nèi)時，發(fā)送信號至離合器，使離合器重新連接齒輪傳動系統(tǒng)與主齒輪18。如圖4所示，所述中心塔柱M為中空的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所述安裝平臺23環(huán)抱所述中心塔柱M，所述安裝平臺23與所述中心塔柱M —體灌漿成型。所述安裝平臺23內(nèi)部設有工字鋼，所述工字鋼水平設置且貫穿所述中心塔柱對，相互垂直交錯形成網(wǎng)格狀分布，且中心塔柱M內(nèi)的建筑構(gòu)造用鋼筋30延伸至所述安裝平臺23內(nèi)。所述安裝平臺23上設有安裝螺孔，發(fā)電機20、控制柜25等發(fā)電設備通過螺栓固定在所述安裝平臺23上。所述安裝平臺23上設有防護罩21，所述防護罩21環(huán)繞所述安裝平臺23，所述防護罩21上設有門窗形成防風雨的房屋，所述發(fā)電機20設于所述房屋內(nèi)，用于保護發(fā)電機20、控制柜25、齒輪傳動系統(tǒng)等發(fā)電設備免受外界環(huán)境影響，確認其運行在安全的環(huán)境，能夠增加發(fā)電設備的使用壽命。所述相鄰兩個安裝平臺23之間的距離用于安裝發(fā)電單元的風輪17。為了以后的維修方便，中心塔柱對上可以設置維修口通往中心塔柱M內(nèi)的通道31，維修人員就可以通過維修口進入到中心塔柱M的通道31內(nèi)，在通道31內(nèi)設置吊籠，維修人員通過吊籠到達中心塔柱M的不同高度，對具有多層發(fā)電單元的垂直軸風力發(fā)電機20來說是十分方便的；另外上層的發(fā)電單元的電纜線還可以通過該通道31進行布線。如圖5所示，所述聯(lián)軸器四為彈性聯(lián)軸器四，聯(lián)軸器四上端通過第二連接法蘭28與風輪17下端連接，聯(lián)軸器四下端通過第三連接法蘭與主齒輪18連接，主齒輪18固定在第二軸承19的外圈上，從而使風輪17、聯(lián)軸器四、主齒輪18能夠同步。所述聯(lián)軸器四內(nèi)設有剎車裝置，所述剎車裝置包括環(huán)形剎車盤32和一個以上的制動裝置36。所述剎車盤32包括固定部40和摩擦部39，所述固定部40與摩擦部39之間設有斜面過渡，所述固定部40固定在聯(lián)軸器四上；所述摩擦部39上、下表面沿半徑方向設有防滑條紋，防滑條紋呈放射狀，增大制動器與剎車盤32之間的摩擦力，從而增強其制動效果。所述制動裝置36包括制動器墊板35、減振器34、減振器墊板33、制動器38和驅(qū)動制動器的動力源37。所述中心塔柱M上延伸設有環(huán)形凸臺43，所述減振器墊板33設在所述凸臺43上，所述減振器34設在所述減振器墊板33上，所述制動器墊板35設在所述減振器34上，所述制動器38設在所述制動器墊板35上，且所述制動器38均勻分布在所述中心塔柱24周邊形成多點制動；所述制動器38包括設置在剎車盤32上、下兩側(cè)的剎車片，所述剎車片與剎車盤32的摩擦部39配合；所述制動裝置36中的動力源37為液壓驅(qū)動系統(tǒng)，提供可靠且強而有力的動力。制動時，實際是剎車裝置對聯(lián)軸器四的制動，但由于聯(lián)軸器四將風輪17與主齒輪18連成一體，就可以起到降低垂直軸風力發(fā)電機20的風輪17及主齒輪18的速度，這樣一來不僅可以保護風輪17不會因失速而損壞，而且保護發(fā)電機20不會因發(fā)電功率過高而燒毀。該種剎車裝置與垂直軸風力發(fā)電機20相互配合，而且結(jié)構(gòu)簡單，制動效果顯著。風輪17受風力作用旋轉(zhuǎn)，其動力依次通過主齒輪18、齒輪傳動系統(tǒng)傳遞到每臺發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸，為每一臺發(fā)電機20提供機械能，從而進行發(fā)電。通過齒輪傳動系統(tǒng)可以改變主齒輪18與發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速比，盡管風輪17的轉(zhuǎn)速較低，但是經(jīng)過齒輪傳動系統(tǒng)的調(diào)整后，同樣可以輸出較大的轉(zhuǎn)速到發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸上，從而可以利用高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機20，高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機20與現(xiàn)有技術(shù)低轉(zhuǎn)速發(fā)電機20相比，在同樣的發(fā)電功率下，高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機20體積更小。本發(fā)明中，風輪17的負載減小，啟動風速更小，有利于風力發(fā)電機20在低風速時也能夠發(fā)電；每臺發(fā)電單元中的發(fā)電機20體積較小，其制造成本低，且降低維修檢修難度；中心塔柱M上可安裝的發(fā)電單元數(shù)量更多，進一步提高了垂直軸風力發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率。如圖7所示，所述儲能系統(tǒng)包括高壓氣體發(fā)生裝置、蓄水裝置和水輪機。所述高壓氣體發(fā)生裝置包括至少一個密閉的高壓儲氣罐2和與其配合的空氣壓縮機1，本實施例只包括一個密閉的高壓儲氣罐2和一個空氣壓縮機1 ；所述蓄水裝置包括至少一個密閉的水箱3，本實施例只包括一個水箱3。所述空氣壓縮機1通過進氣管道4與所述高壓儲氣罐2連通，所述進氣管道4上設有手動閥門8 ；所述高壓儲氣罐2通過調(diào)節(jié)閥9與出氣管道5連接，出氣管道5與所述水箱3頂部連通，所述出氣管道5上設有手動閥門8 ；空氣壓縮機1通過第二氣管14與出氣管道5連通，所述第二氣管14上設有手動閥門8 ；所述水箱3底部引出出水管道6，通過出水管道6與所述水輪機10進水口連接，所述出水管道6上設有手動閥門8和至少一個增壓機13，所述出水管道6通過增壓閥門11與水輪機10進水口連接；所述水輪機10設置在發(fā)電單元下方，水輪機10包括環(huán)抱所述中心塔柱M的葉輪102和包裹葉輪的殼體101，所述水輪機的葉輪102與主齒輪18連接。本發(fā)明垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電原理如下
(1)發(fā)電系統(tǒng)將富余的電量通過電纜向儲能系統(tǒng)的空氣壓縮機1輸送；
(2)空氣壓縮機1得電工作，通過進氣管道4將空氣壓縮進高壓儲氣罐2中，使高壓儲氣罐2中的空氣分子勢能增加，完成電能到空氣的分子勢能的轉(zhuǎn)換；
(3)水箱3內(nèi)裝有水，需要啟動儲能系統(tǒng)發(fā)電時，高壓儲氣罐2中的高壓氣體通過出氣管道5釋放到水箱3中，水箱3內(nèi)氣壓增加，當氣壓達到指定值時，將水箱3內(nèi)的水通過出水管道6釋放至水輪機10，出水管道6內(nèi)的水在氣壓作用下產(chǎn)生一定的動能，從而完成空氣分子勢能到水的動能的轉(zhuǎn)換；
(4)具有動能的水沿著出水管道6達到水輪機10并推動水輪機10的葉輪102轉(zhuǎn)動，從而完成水的動能到機械能的轉(zhuǎn)換；水輪機10的葉輪102通過主齒輪18帶動發(fā)電機20旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電單元發(fā)電，最后完成機械能到電能的轉(zhuǎn)換。對發(fā)電單元來說，儲能系統(tǒng)也能起到調(diào)節(jié)發(fā)電機20輸出功率的目的
發(fā)電機20的啟動方式低風速發(fā)電機20難以啟動時，啟動儲能系統(tǒng)，推動水輪機10轉(zhuǎn)動，通過風輪17和水輪機的葉輪102的共同作用實現(xiàn)發(fā)電機20的啟動。發(fā)電機20的發(fā)電方式發(fā)電機20在正常發(fā)電但沒有達到滿發(fā)的情況下，速度傳感器測量出風輪17的旋轉(zhuǎn)速度，并將信號回饋到控制器中，控制器將該信號與預設信號進行比較，控制出水管道上電磁閥的流量，出水管道中的水流經(jīng)過增壓機13的再次增壓形成強大的水柱沖向水輪機的葉輪102，加快了水輪機的葉輪102以及發(fā)電機20轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度，隨著風輪17速度慢慢上升，電磁閥的流量逐漸減小，使出水管道中的水柱對水輪機的葉輪102的作用減弱，使發(fā)電機20的轉(zhuǎn)子能夠平穩(wěn)的到達額定轉(zhuǎn)速。在儲能系統(tǒng)的輔助下，發(fā)電單元能夠時刻的保持在滿發(fā)狀態(tài)，使該發(fā)電單元接入電網(wǎng)時更穩(wěn)定。發(fā)電機20的剎車方式超大風使發(fā)電機20轉(zhuǎn)速超過而定轉(zhuǎn)速的情況下，速度傳感器測量出風輪17的旋轉(zhuǎn)速度，并將信號回饋到控制器中，控制器將該信號與預設信號進行比較，控制電磁閥的流量和水輪機進水口的方向。出水管道6中的水柱與葉輪102旋轉(zhuǎn)方向相反的作用在葉輪102上，對第葉輪102施加一個反向的推力，從而限制了發(fā)電機20的轉(zhuǎn)子速度的最大值，使發(fā)電單元的發(fā)電狀態(tài)保持在滿發(fā)狀態(tài)。實施例2
一種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，包括儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)。如圖3所示，所述儲能系統(tǒng)包括中心塔柱M、設置在心塔柱上的一個以上的發(fā)電單元，本實施例中，所述中心塔柱M上設有兩個呈上下設置的發(fā)電單元。所述發(fā)電單元包括風輪17、主齒輪18、兩個以上的發(fā)電機20和用于安裝所述發(fā)電機20的安裝平臺23。本實施例中，在主齒輪18周邊對稱設有兩個發(fā)電機20 ；所述風輪17為Φ形風輪，所述風輪 17由兩片對稱設置的葉片組成。所述中心塔柱M上對應風輪17上端位置設有第一軸承 16，中心塔柱M上對應風輪17下端位置設有第二軸承19。葉片上端通過第一連接法蘭27 與第一軸承16的外圈連接；葉片下端依次通過第二連接法蘭觀、聯(lián)軸器四、第三連接法蘭、 主齒輪18后與第二軸承19的外圈連接。其中本實施例的第一、二軸承為雙排球轉(zhuǎn)盤軸承， 且該軸承為現(xiàn)有技術(shù)，在這里不再詳細描述，本領域技術(shù)人員應當知曉其結(jié)構(gòu)和工作原理。 所述風輪17通過第一軸承16和第二軸承19與所述中心塔柱M樞接，且風輪17與所述主齒輪18具有同步轉(zhuǎn)速。所述主齒輪18分別通過一套齒輪傳動系統(tǒng)與所述發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸連接，本實施例中，所述齒輪傳動系統(tǒng)為一錐齒輪22，主齒輪18與所述錐齒輪22嚙合，且所述錐齒輪22 套在水平放置的發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸上，因此，風輪17通過主齒輪18和錐齒輪22與所述發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸聯(lián)動，實現(xiàn)由風輪17的垂直旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成發(fā)電機20的水平旋轉(zhuǎn)，對于垂直軸風力發(fā)電機來說，發(fā)電機20的安裝更簡單方便了。如圖6所示，所述第一軸承16與第二軸承19之間設有兩根以上均勻分布在同一圓周上的連接管26，連接管沈上端通過第一連接法蘭27與第一軸承16的外圈固定連接， 連接管26的下端與第二連接法蘭觀連接，第一軸承16的外圈通過所述連接管沈與所述第二軸承19的外圈聯(lián)動同步。所述第一連接法蘭27、連接管沈第二連接法蘭觀的分布構(gòu)成一個鼠籠41結(jié)構(gòu)，由于葉片上端的風速與下端的風速往往不一樣，上端的風速一般比下端的風速大，從而會造成葉片在旋轉(zhuǎn)時上端的速度比下端的速度快，但是由于葉片是一個整個結(jié)構(gòu)，葉片的上端和下端必須具有同步的轉(zhuǎn)速，這樣一來葉片有可能會發(fā)生扭曲，從而破壞葉片的最佳迎風面積，降低葉片對的風能的利用率。鼠籠41的設計正是為了傳遞葉片上端的力矩到葉片下端，使葉片在旋轉(zhuǎn)過程中，盡可能的降低葉片的扭曲程度。所述主齒輪18與錐齒輪22之間設有控制齒輪傳動系統(tǒng)與主齒輪18連接的離合器(未標示)，所述風輪17及發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸上設有速度傳感器(未標示)，所述速度傳感器與所述離合器電連接。當速度傳感器檢測到風輪17或發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速超過預設值時， 發(fā)送信號至離合器，使離合器斷開齒輪傳動系統(tǒng)與主齒輪18的連接；當速度傳感器檢測到風輪17轉(zhuǎn)速回到預設值內(nèi)時，發(fā)送信號至離合器，使離合器重新連接齒輪傳動系統(tǒng)與主齒輪18。如圖4所示，所述中心塔柱M為中空的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所述安裝平臺23環(huán)抱所述中心塔柱Μ，所述安裝平臺23與所述中心塔柱M —體灌漿成型。所述安裝平臺23內(nèi)部設有工字鋼，所述工字鋼水平設置且貫穿所述中心塔柱對，相互垂直交錯形成網(wǎng)格狀分布， 且中心塔柱M內(nèi)的建筑構(gòu)造用鋼筋30延伸至所述安裝平臺23內(nèi)。所述安裝平臺23上設有安裝螺孔，發(fā)電機20、控制柜25等發(fā)電設備通過螺栓固定在所述安裝平臺23上。所述安裝平臺23上設有防護罩21，所述防護罩21環(huán)繞所述安裝平臺23，所述防護罩21上設有門窗形成防風雨的房屋，所述發(fā)電機20設于所述房屋內(nèi)，用于保護發(fā)電機20、控制柜25、齒輪傳動系統(tǒng)等發(fā)電設備免受外界環(huán)境影響，確認其運行在安全的環(huán)境，能夠增加發(fā)電設備的使用壽命。所述相鄰兩個安裝平臺23之間的距離用于安裝所述垂直軸風力發(fā)電機的風輪 17。為了以后的維修方便，中心塔柱M上可以設置維修口通往中心塔柱M內(nèi)的通道31，維修人員就可以通過維修口進入到中心塔柱M的通道31內(nèi)，在通道31內(nèi)設置吊籠，維修人員通過吊籠到達中心塔柱M的不同高度，對具有多層發(fā)電單元的垂直軸風力發(fā)電機來說是十分方便的；另外上層的發(fā)電單元的電纜線還可以通過該通道31進行布線。如圖5所示，所述聯(lián)軸器四為彈性聯(lián)軸器四，聯(lián)軸器四上端通過第二連接法蘭28 與風輪17下端連接，聯(lián)軸器四下端通過第三連接法蘭與主齒輪18連接，主齒輪18固定在第二軸承19的外圈上，從而使風輪17、聯(lián)軸器四、主齒輪18能夠同步。所述聯(lián)軸器四內(nèi)設有剎車裝置，所述剎車裝置包括環(huán)形剎車盤32和一個以上的制動裝置36。所述剎車盤32 包括固定部40和摩擦部39，所述固定部40與摩擦部39之間設有斜面過渡，所述固定部40 固定在聯(lián)軸器四上；所述摩擦部39上、下表面沿半徑方向設有防滑條紋，防滑條紋呈放射狀，增大制動器38與剎車盤32之間的摩擦力，從而增強其制動效果。所述制動裝置36包括制動器墊板35、減振器34、減振器墊板33、制動器觀和驅(qū)動制動器的動力源37。所述中心塔柱M上延伸設有環(huán)形凸臺43，所述減振器墊板33設在所述凸臺43上，所述減振器34 設在所述減振器墊板33上，所述制動器墊板35設在所述減振器；34上，所述制動器38設在所述制動器墊板35上，且所述制動器38均勻分布在所述中心塔柱M周邊形成多點制動； 所述制動器38包括設置在剎車盤32上、下兩側(cè)的剎車片，所述剎車片與剎車盤32的摩擦部39配合；所述制動裝置36中的動力源37為液壓驅(qū)動系統(tǒng)，提供可靠且強而有力的動力。制動時，實際是剎車裝置對聯(lián)軸器四的制動，但由于聯(lián)軸器四將風輪17與主齒輪18連成一體，就可以起到降低發(fā)電單元的風輪17及主齒輪18的速度，這樣一來不僅可以保護風輪17不會因失速而損壞，而且保護發(fā)電機20不會因發(fā)電功率過高而燒毀。該種剎車裝置與垂直軸風力發(fā)電機相互配合，而且結(jié)構(gòu)簡單，制動效果顯著。風輪17受風力作用旋轉(zhuǎn)，其動力依次通過主齒輪18、齒輪傳動系統(tǒng)傳遞到每臺發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸，為每一臺發(fā)電機20提供機械能，從而進行發(fā)電。通過齒輪傳動系統(tǒng)可以改變主齒輪18與發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速比，盡管風輪17的轉(zhuǎn)速較低，但是經(jīng)過齒輪傳動系統(tǒng)的調(diào)整后，同樣可以輸出較大的轉(zhuǎn)速到發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸上，從而可以利用高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機20，高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機20與現(xiàn)有技術(shù)低轉(zhuǎn)速發(fā)電機20相比，在同樣的發(fā)電功率下，高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機20體積更小。本發(fā)明中，風輪17的負載減小，啟動風速更小，有利于風力發(fā)電機 20在低風速時也能夠發(fā)電；每臺發(fā)電單元中的發(fā)電機20體積較小，其制造成本低，且降低維修檢修難度；中心塔柱M上可安裝的發(fā)電單元數(shù)量更多，進一步提高了垂直軸風力發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率。如圖8、9所示，所述儲能系統(tǒng)包括高壓氣體發(fā)生裝置、蓄水裝置和水輪機10。所述高壓氣體發(fā)生裝置包括兩個密閉的高壓儲氣罐和兩個空氣壓縮機，兩個所述高壓儲氣罐分別為第一高壓儲氣罐2a、第二高壓儲氣罐2b，兩個所述空氣壓縮機分別為第一空氣壓縮機 la、第二空氣壓縮機Ib ；所述蓄水裝置包括兩個水箱，分別為第一水箱3a和第二水箱北。所述第一空氣壓縮機Ia通過進氣管道4與所述第一高壓儲氣罐加連通，所述進氣管道4上設有手動閥門8 ；所述第二空氣壓縮機Ib通過進氣管道4與所述第二高壓儲氣罐2b連通， 所述進氣管道4上設有手動閥門8 ；所述第二空氣壓縮機Ib通過第一氣管15與所述第一高壓儲氣罐加連通，所述第一氣管15上設有手動閥門8 ；所述第一高壓儲氣罐加通過調(diào)節(jié)閥9與兩根出氣管道5連接，所述出氣管道5分別與所述第一水箱3a和第二水箱北頂部連通，所述出氣管道5上設有手動閥門8 ；第一空氣壓縮機Ia通過第二氣管14與出氣管道 5連通，所述第二氣管14上設有手動閥門8 ；所述第二高壓儲氣罐2b通過調(diào)節(jié)閥9與兩根出氣管道5連接，所述出氣管道5分別與所述第一水箱3a和第二水箱北的頂部連通，所述出氣管道5上設有手動閥門8 ；所述第一水箱3a和第二水箱北底部引出出水管道6，所述出水管道6通過增壓閥門11與水輪機10進水口連接，且所述出水管道6上設有手動閥門 8和增壓機13 ；所述水輪機10設置在靠近地面的發(fā)電單元下方，水輪機10包括環(huán)抱所述中心塔柱M的葉輪102和包裹葉輪的殼體101，所述水輪機的葉輪102與主齒輪18連接，所述水輪機10出水口通過回水管道7分別與所述第一水箱3a和第二水箱北頂部連通，所述回水管道7上設有手動閥門8。 本發(fā)明垂直軸風力發(fā)電機的儲能發(fā)電原理如下
(1)發(fā)電系統(tǒng)將富余的電量通過電纜向儲能系統(tǒng)的第一空氣壓縮機Ia和第二空氣壓縮機Ib輸送；
(2)第一空氣壓縮機Ia和第二空氣壓縮機Ib得電工作，第一空氣壓縮機Ia通過進氣管道4將空氣壓縮進第一高壓儲氣罐加中，使第一高壓儲氣罐加中的空氣分子勢能增加； 第二空氣壓縮機Ib通過進氣管道4將空氣壓縮進第二高壓儲氣罐2b中，使第二高壓儲氣罐2b中的空氣分子勢能增加，完成電能到空氣的分子勢能的轉(zhuǎn)換；必要時，第二空氣壓縮機Ib通過第一氣管15將空氣壓縮進第一高壓儲氣罐加中，加快第一高壓儲氣罐加的儲氣速度；
(2)第一水箱3a或第二水箱北內(nèi)裝有水，裝有水的水箱為工作水箱，沒有水的水箱為備用水箱，需要啟動儲能系統(tǒng)進行發(fā)電時，第一高壓儲氣罐加和/或第二高壓儲氣罐2b中的高壓氣體通過出氣管道5釋放到工作水箱中，工作水箱內(nèi)氣壓增加，當氣壓達到指定值時，將工作水箱內(nèi)的水通過出水管道6釋放至水輪機10，出水管道6內(nèi)的水在氣壓作用下產(chǎn)生一定的動能，從而完成空氣分子勢能到水的動能的轉(zhuǎn)換；在啟動儲能發(fā)電系統(tǒng)時發(fā)電站然具有富余電能或者第一高壓儲氣罐加和第二高壓儲氣罐2b內(nèi)的氣壓無法達到工作狀態(tài)時，第一空氣壓縮機Ia通過第二氣管14和出氣管道5直接將高壓氣體注入工作水箱中；
(3)具有動能的水沿著出水管道6達到水輪機10并推動水輪機10的葉輪102轉(zhuǎn)動，從而完成水的動能到機械能的轉(zhuǎn)換；水輪機10的葉輪102通過齒輪傳動系統(tǒng)帶同發(fā)電機20 旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電單元發(fā)電，最后完成機械能到電能的轉(zhuǎn)換；
(4)具有動能的水對水輪機10做功后通過回水管道進入到備用水箱中，直到工作水箱中的水全部轉(zhuǎn)移到備用水箱中后，備用水箱成為新的工作水箱，原工作水箱成為新的備用水箱；
(5)第一高壓儲氣罐加和/或第二高壓儲氣罐2b中的高壓氣體通過出氣管道5釋放到新的工作水箱中，如此循環(huán)上述步驟(2) (4)直到將第一高壓儲氣罐加和第二高壓儲氣罐2b中的高壓氣體釋放完為止。
對靠近地面的發(fā)電單元來說，儲能系統(tǒng)起到調(diào)節(jié)發(fā)電機20輸出功率的目的 發(fā)電機20的啟動方式低風速發(fā)電機20難以啟動時，啟動儲能系統(tǒng)，推動水輪機10轉(zhuǎn)
動，通過風輪17和水輪機10的葉輪102的共同作用實現(xiàn)發(fā)電機20的啟動。發(fā)電機20的發(fā)電方式發(fā)電機20在正常發(fā)電但沒有達到滿發(fā)的情況下，速度傳感器測量出風輪17的旋轉(zhuǎn)速度，并將信號回饋到控制器中，控制器將該信號與預設信號進行比較，控制出水管道6上電磁閥的流量，出水管道6中的水流經(jīng)過增壓機13的再次增壓形成強大的水柱沖向水輪機10的葉輪102，加快了水輪機10的葉輪102以及發(fā)電機20轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度，隨著風輪17速度慢慢上升，電磁閥的流量逐漸減小，使出水管道6中的水柱對水輪機10的葉輪102的作用減弱，使外轉(zhuǎn)子發(fā)電機20的轉(zhuǎn)子能夠平穩(wěn)的到達額定轉(zhuǎn)速。 在儲能系統(tǒng)的輔助下，底層發(fā)電單元能夠時刻的保持在滿發(fā)狀態(tài)，使該發(fā)電單元接入電網(wǎng)時更穩(wěn)定。發(fā)電機20的剎車方式超大風使外轉(zhuǎn)子發(fā)電機20轉(zhuǎn)速超過而定轉(zhuǎn)速的情況下， 速度傳感器測量出風輪17的旋轉(zhuǎn)速度，并將信號回饋到控制器中，控制器將該信號與預設信號進行比較，控制電磁閥的流量和水輪機10進水口的方向。出水管道6中的水柱與葉輪 102旋轉(zhuǎn)方向相反的作用在葉輪102上，對第葉輪102施加一個反向的推力，從而限制了外轉(zhuǎn)子發(fā)電機20的轉(zhuǎn)子速度的最大值，使底層發(fā)電單元的發(fā)電狀態(tài)保持在滿發(fā)狀態(tài)。實施例3
如圖10所示，與實施例1不同的是，儲能系統(tǒng)的高壓氣體發(fā)生裝置包只包括一個密閉的高壓儲氣罐2和一個空氣壓縮機1 ；所述蓄水裝置包括兩個相互連通的水箱，第一水箱3a 和第二水箱北，兩個水箱之間設有閥門(未標示)控制其連通。所述空氣壓縮機1通過進氣管道4與所述高壓儲氣罐2連通，所述進氣管道4上設有手動閥門8 ；所述高壓儲氣罐2通過調(diào)節(jié)閥9與出氣管道5連接，出氣管道5與所述第一水箱3a頂部連通，所述出氣管道5 上設有手動閥門8 ；空氣壓縮機1通過第二氣管14與出氣管道5連通，所述第二氣管14上設有手動閥門8 ；所述第一水箱3a底部引出出水管道6，通過出水管道6與所述水輪機10 進水口連接，所述出水管道6上設有手動閥門8和至少一個增壓機13，所述出水管道6通過增壓閥門11與水輪機10進水口連接；水輪機10出水口通過回水管道7與第二水箱北連
ο本發(fā)明垂直軸風力發(fā)電機的儲能發(fā)電原理如下
(1)發(fā)電系統(tǒng)將富余的電量通過電纜向儲能系統(tǒng)的空氣壓縮機1輸送；
(2)空氣壓縮機1得電工作，空氣壓縮機1通過進氣管道4將空氣壓縮進高壓儲氣罐2 中，使高壓儲氣罐2中的空氣分子勢能增加；
(2)第一水箱3a內(nèi)裝有水，需要啟動儲能系統(tǒng)進行發(fā)電時，高壓儲氣罐2中的高壓氣體通過出氣管道5釋放到第一水箱3a中，第一水箱3a內(nèi)氣壓增加，當氣壓達到指定值時，第一作水箱3a內(nèi)的水通過出水管道6釋放至水輪機10，出水管道6內(nèi)的水在氣壓作用下產(chǎn)生一定的動能，從而完成空氣分子勢能到水的動能的轉(zhuǎn)換；在啟動儲能發(fā)電系統(tǒng)時發(fā)電站然具有富余電能或者高壓儲氣罐2內(nèi)的氣壓無法達到工作狀態(tài)時，空氣壓縮機1通過第二氣管14和出氣管道5直接將高壓氣體注入第一水箱3a中；
(3)具有動能的水沿著出水管道6達到水輪機10并推動水輪機10的葉輪101轉(zhuǎn)動， 從而完成水的動能到機械能的轉(zhuǎn)換；水輪機10的葉輪101帶動外轉(zhuǎn)子發(fā)電機12的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使底層發(fā)電單元發(fā)電，最后完成機械能到電能的轉(zhuǎn)換；
(4)具有動能的水對水輪機10做功后通過回水管道7進入到第二水箱北中，直到第一水箱3a中的水全部轉(zhuǎn)移到第二水箱中后，釋放第一水箱3a內(nèi)的高壓氣體并將第二水箱北中的水重新流回到第一水箱3a中；
(5)高壓儲氣罐中的高壓氣體再次通過出氣管道5釋放到新的第一水箱中，如此循環(huán)上述步驟(2) (4)直到將高壓儲氣罐2中的高壓氣體釋放完為止。 綜上所述，本發(fā)明垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電時，使其發(fā)電功率對電網(wǎng)不會造成沖擊；能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化其他形式的能量進行儲存，然后再轉(zhuǎn)換為電能，一定程度上解決了電能浪費的問題，同時也決絕了大型垂直軸風力發(fā)電機離網(wǎng)發(fā)電的問題。
權(quán)利要求
1.一種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括中心塔柱、設置在中心塔柱上一個以上的發(fā)電單元，所述發(fā)電單元包括與所述中心塔柱樞接的Φ形的風輪、套在中心塔柱上的主齒輪、兩個以上的發(fā)電機、用于安裝發(fā)電機的安裝平臺；所述主齒輪設置在所述風輪下方且與所述風輪連接；所述主齒輪分別通過一套齒輪傳動系統(tǒng)與所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接；所述儲能系統(tǒng)包括高壓氣體發(fā)生裝置、蓄水裝置和水輪機，所述高壓氣體發(fā)生裝置包括至少一個高壓儲氣罐和與其配合的空氣壓縮機，所述蓄水裝置包括至少一個水箱；所述空氣壓縮機通過進氣管道與所述高壓儲氣罐連通，所述高壓儲氣罐通過出氣管道與所述水箱連通；所述水輪機設置在靠近地面的發(fā)電單元下方，水輪機包括環(huán)抱所述中心塔柱的葉輪和包裹葉輪的殼體，所述殼體上設有進水口和出水口，所述水箱通過出水管道與所述水輪機進水口連接，所述水輪機的葉輪與靠近地面的發(fā)電單元的主齒輪連接；所述發(fā)電系統(tǒng)通過電纜向所述空氣壓縮機供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述風輪上端設有第一軸承，所述第一軸承的內(nèi)圈固定套在所述中心塔柱上，所述第一軸承的外圈與所述風輪上端固定連接；所述風輪下端設有第二軸承，所述第二軸承的內(nèi)圈固定套在所述中心塔柱上，所述第二軸承的外圈與所述風輪下端和主齒輪固定連接，所述風輪通過第一軸承和第二軸承與所述中心塔柱樞接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述主齒輪與所述風輪之間設有聯(lián)軸器和剎車裝置，所述聯(lián)軸器上端與所述風輪下端連接，聯(lián)軸器下端與主齒輪連接；所述剎車裝置包括設于所述聯(lián)軸器上的環(huán)形剎車盤和固定在所述塔柱上的一個以上的制動裝置，所述制動裝置包括制動器和驅(qū)動制動器的動力源，所述制動器與所述剎車盤配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述中心塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所述中心塔柱的中心設有從底部直通頂部的通道，所述安裝平臺環(huán)抱所述中心塔柱，所述安裝平臺與所述中心塔柱一體灌漿成型，所述安裝平臺上設有安裝螺孔，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機通過螺栓固定在所述安裝平臺上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述蓄水裝置包括兩個水箱，所述水輪機出水口通過回水管道與所述水箱連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述高壓氣體發(fā)生裝置包括兩個高壓儲氣罐和兩個空氣壓縮機，兩個所述高壓儲氣罐分別為第一高壓儲氣罐、第二高壓儲氣罐，兩個所述空氣壓縮機分別為第一空氣壓縮機、第二空氣壓縮機，所述第二空氣壓縮機通過第一氣管與所述第一高壓儲氣罐連通；所述第一空氣壓縮機通過第二氣管與所述出氣管道連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述進氣管道、出氣管道、第一氣管、第二氣管、出水管道及回水管道上均設有閥門，所述出水管道上設有增壓設備。
8.—種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電方法，其特征在于其中包括儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括設置在中心塔柱上的一個以上的發(fā)電單元，所述發(fā)電單元包括與所述中心塔柱樞接的Φ形的風輪、套在中心塔柱上的主齒輪、兩個以上的發(fā)電機、用于安裝發(fā)電機的安裝平臺；所述儲能系統(tǒng)包括高壓氣體發(fā)生裝置、蓄水裝置和水輪機，所述高壓氣體發(fā)生裝置包括至少一個密閉的高壓儲氣罐和與其配合的空氣壓縮機，所述蓄水裝置包括至少一個密閉的水箱；具體發(fā)電方法包括以下步驟(1)發(fā)電系統(tǒng)將富余的電量通過電纜向儲能系統(tǒng)的空氣壓縮機輸送；(2 )空氣壓縮機得電工作，通過進氣管道將空氣壓縮進高壓儲氣罐中，使高壓儲氣罐中的空氣分子勢能增加，完成電能到空氣的分子勢能的轉(zhuǎn)換；(3)水箱內(nèi)裝有水，需要啟動儲能系統(tǒng)發(fā)電時，高壓儲氣罐中的高壓氣體通過出氣管道釋放到水箱中，水箱內(nèi)氣壓增加，當氣壓達到指定值時，將水箱內(nèi)的水通過出水管道釋放至水輪機，出水管道內(nèi)的水在氣壓作用下產(chǎn)生一定的動能，從而完成空氣分子勢能到水的動能的轉(zhuǎn)換；(4)具有動能的水沿著出水管道達到水輪機并推動水輪機的葉輪轉(zhuǎn)動，從而完成水的動能到機械能的轉(zhuǎn)換；水輪機的葉輪帶動靠近地面的發(fā)電單元的主齒輪旋轉(zhuǎn)，主齒輪通過齒輪傳動系統(tǒng)將動力傳遞至兩個以上的發(fā)電機，最后完成機械能到電能的轉(zhuǎn)換。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電方法，其特征在于所述高壓氣體發(fā)生裝置包括兩個高壓儲氣罐和兩個空氣壓縮機，兩個所述高壓儲氣罐分別為第一高壓儲氣罐、第二高壓儲氣罐，兩個所述空氣壓縮機分別為第一空氣壓縮機、第二空氣壓縮機，所述第二空氣壓縮機通過第一氣管與所述第一高壓儲氣罐連通；所述第一空氣壓縮機通過第二氣管與所述出氣管道連通；所述步驟(2)具體為第一空氣壓縮機通過進氣管道將空氣壓縮進第一高壓儲氣罐中，使第一高壓儲氣罐中的空氣分子勢能增加；第二空氣壓縮機通過進氣管道將空氣壓縮進第二高壓儲氣罐中，使第二高壓儲氣罐中的空氣分子勢能增加。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電方法，其特征在于所述蓄水裝置包括兩個水箱，分別為第一水箱和第二水箱，所述水輪機出水口通過回水管道與所述第一水箱和第二水箱連通；所述步驟(3)具體為第一水箱或第二水箱內(nèi)裝有水，裝有水的水箱為工作水箱，沒有水的水箱為備用水箱，需要啟動儲能系統(tǒng)進行發(fā)電時，高壓儲氣罐中的高壓氣體通過出氣管道釋放到工作水箱中，工作水箱內(nèi)氣壓增加，當氣壓達到指定值時，將工作水箱內(nèi)的水通過出水管道釋放至水輪機；對水輪機做功后通過回水管道進入到備用水箱中，直到工作水箱中的水全部轉(zhuǎn)移到備用水箱中后，備用水箱成為新的工作水箱，原工作水箱成為新的備用水箱，如此循環(huán)進行發(fā)電。
全文摘要
一種垂直軸風力發(fā)電機儲能發(fā)電系統(tǒng)及方法，包括儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)包括高壓氣體發(fā)生裝置、蓄水裝置和水輪機，高壓氣體發(fā)生裝置包括至少一個密閉的高壓儲氣罐和與其配合的空氣壓縮機，蓄水裝置包括至少一個密閉的水箱；空氣壓縮機通過進氣管道與高壓儲氣罐連通，高壓儲氣罐通過出氣管道與水箱連通；水箱通過出水管道與水輪機進水口連接，水輪機的葉輪通過主齒輪與發(fā)電機連接；所述發(fā)電系統(tǒng)通過電纜向所述空氣壓縮機供電。系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電時，使其發(fā)電功率對電網(wǎng)不會造成沖擊；能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化其他形式的能量進行儲存，然后再轉(zhuǎn)換為電能，一定程度上解決了電能浪費的問題，同時也決絕了大型垂直軸風力發(fā)電機離網(wǎng)發(fā)電的問題。
文檔編號F03D3/02GK102392795SQ20111033444
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月29日
發(fā)明者鄧允河 申請人:鄧允河