孤岛储能型风机孤岛储能型风机一、设计背景一、设计背景能源危机能源危机 20世纪世纪50年代以后，由于石油危机的爆发，对世界经济造成巨年代以后，由于石油危机的爆发，对世界经济造成巨大影响，国际舆论开始关注起世界大影响，国际舆论开始关注起世界“能源危机能源危机”问题。世界能源危问题。世界能源危机是人为造成的能源短缺。而且从三次科技革命以来，能源成为了机是人为造成的能源短缺。而且从三次科技革命以来，能源成为了国家经济的命脉国家经济的命脉.而地球上的能源是有限的而地球上的能源是有限的.于是在各个大国之间引于是在各个大国之间引发了一些与石油有关或纯粹是为了石油的战争。人类必须估计到，发了一些与石油有关或纯粹是为了石油的战争。人类必须估计到，非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机，从而将注意力转移到新非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机，从而将注意力转移到新的能源结构上，尽早探索、研究开发利用新能源资源。否则，就可的能源结构上，尽早探索、研究开发利用新能源资源。否则，就可能因为向大自然索取过多而造成严重的后果，以至使人类自身的生能因为向大自然索取过多而造成严重的后果，以至使人类自身的生存受到威胁。开发新能源成为世界的焦点。存受到威胁。开发新能源成为世界的焦点。风能优点风能优点 风能作为可再生能源，很环保，而且目前风力发电风能作为可再生能源，很环保，而且目前风力发电大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已低于大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已低于发电机。从目前的技术成熟度和经济可行性来看，风能发电机。从目前的技术成熟度和经济可行性来看，风能最具竞争力。从中期来看，全球风能产业的前景相当乐最具竞争力。从中期来看，全球风能产业的前景相当乐观，各国政府不断出台的可再生能源鼓励政策，将为该观，各国政府不断出台的可再生能源鼓励政策，将为该产业未来几年的迅速海上风能的开发发展提供巨大动力。产业未来几年的迅速海上风能的开发发展提供巨大动力。因此我们小组计划以风力发电机为基础，设计一款新型因此我们小组计划以风力发电机为基础，设计一款新型风力发电机。风力发电机。二、设计目的二、设计目的 就现在的风力发电机而言，多数大功率风力机在风就现在的风力发电机而言，多数大功率风力机在风场建设多个机组，并网供电，而不具备储能装置。因此，场建设多个机组，并网供电，而不具备储能装置。因此，希望设计一款风机可以储存能量，在一定程度上维持电希望设计一款风机可以储存能量，在一定程度上维持电力的恒定供应；作为孤立环境下的电能供应源。例如：力的恒定供应；作为孤立环境下的电能供应源。例如：海防、边防哨所的供能系统，以及人烟稀少的研究所，海防、边防哨所的供能系统，以及人烟稀少的研究所，天文台等。大功率风机遇到了机舱庞大的问题，所以需天文台等。大功率风机遇到了机舱庞大的问题，所以需要精简机舱内的组件，为更高功率的风机提供新的技术要精简机舱内的组件，为更高功率的风机提供新的技术方案。方案。三、结构特点三、结构特点1、机舱内的主要、机舱内的主要部件减少，与丹麦部件减少，与丹麦风机相比，把齿轮风机相比，把齿轮箱换成了简单的提箱换成了简单的提速齿轮，降低齿轮速齿轮，降低齿轮故障的概率。机舱故障的概率。机舱成为一个与电力无成为一个与电力无关的单纯的采能机关的单纯的采能机构；构；结构框图2、塔架从单纯的支撑机、塔架从单纯的支撑机 构变成了兼有支撑和构变成了兼有支撑和 储气功能的储气塔；储气功能的储气塔；3、将发电机放置到地面，、将发电机放置到地面， 采用传统汽轮发电机。采用传统汽轮发电机。结构框图三、设计方案1、总体设计三、设计方案1、汽轮机及储气罐设计三、设计方案1、活塞式空气压缩机设计根据发电机要求，希望输出压力3-3.5MP，故选定一款压力为6MP的中压空气压缩机为原型机 几项重点参数公称容积流量 10m3/min 功率 220kW 转速： 1500r/min 选择该空气压缩机有以下几点原因1 活塞式结构相对简单，工作安全可靠，使用寿命长，适应性较强，即排气量范围较广，且不受压力高低的影响。2 在所查阅的资料中，该型空气压缩机在排气压力满足的情况下，输入功率较高，对风能的利用率比较，而且大气体流量较大。3 在考虑到风力机的工作特点，该空气压缩机额定功率220KW，转速1500R/MIN，对风轮和齿轮箱来说其要求易于达到。三、设计方案1、叶轮设计根据我们所设计的风力机的特殊性，我们沿用美国式风机的叶片设计。该类型风机特点：（1）、低叶尖速比；（2）、启动力矩大；（3）、叶轮实心率高；（4）、适合于驱动活塞泵或需要启动力矩大的机器，如压气机。设计参数（环境参数：风速V=10 m/s空气密度P=1.29 kg/m3 ）叶尖速比=1；叶片个数Z=15；叶片半径R=20 m 叶轮转速 9.6 r/min，且利用变桨方式来维持叶片额定转速 三、设计方案塔架设计 该孤岛式风机主要应用在海岸，所以轮毂高度与叶轮直径之比在1.01.4之间。而叶轮直径D=40米，可将塔架高度设计为h=40m。由于部分塔架要做为高压气流管道，所以在设计时，应该使用强度较高的材料，在制造时，要做好塔架的密封。 四、优缺点预想四、优缺点预想*优点：优点：3、可以调节风能的不稳定性和不均匀性、可以调节风能的不稳定性和不均匀性，通过储存压缩空气，可以人为控制何，通过储存压缩空气，可以人为控制何时将压力能转化成电能。实现与不同时时将压力能转化成电能。实现与不同时段用电量的匹配供电。电量富余时，可段用电量的匹配供电。电量富余时，可停掉部分汽轮发电机，只让压气机压气停掉部分汽轮发电机，只让压气机压气储能。以弥补增加能量转换次数的效率储能。以弥补增加能量转换次数的效率损失。损失。4、可将压气机和汽轮发电机方面的成熟、可将压气机和汽轮发电机方面的成熟技术运用到此款风机中，甚至可以将火技术运用到此款风机中，甚至可以将火力发电厂的汽轮发电机通过改装进行二力发电厂的汽轮发电机通过改装进行二次利用，降低成本。次利用，降低成本。四、优缺点预想四、优缺点预想*缺点缺点1、增加了两级转换，效率损失较大。、增加了两级转换，效率损失较大。2、对储气塔的设计要求提高。、对储气塔的设计要求提高。3、不可预知的缺陷。、不可预知的缺陷。五、存在的技术难点1、储气罐的维护2、对塔架材料要求高3、空气压缩机的润滑和冷却六、发展前景1、海防、边防哨所的供能系统，以及人烟稀少的研究所，天文台等。2、