一種風電儲能基礎裝置制造方法
【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內壁上，線圈密繞在螺旋通道外壁，并與外部電氣設備相連形成閉合回路；中心管設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；永磁體小球常態式位于上儲球管道或下儲球管道中。與現有技術相比，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，將下儲球管道內的永磁體小球從中心管抬升至上儲球管道內；風力貧乏時，永磁體小球沿螺旋管道內部向下螺旋運動，線圈產生感應電動勢，實現儲存風電，節約能源的目的。
【專利說明】一種風電儲能基礎裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于大型風力發電機組配套裝置，尤其是涉及一種風電儲能基礎裝 置。

【背景技術】
[0002] "人口、能源、環境"是21世紀擺在人類面前的3大難題。近年來，能源危機和環 境破壞愈演愈烈，節能減排和尋找清潔無污染的新能源已經成為全人類的共識。風能作為 一種零污染、儲量大的可再生能源，具有深厚的發展潛力。美國、中國、日本、德國、瑞典、丹 麥、西班牙等國均將其列入本國能源發展規劃，我國疆土遼闊，新疆、內蒙、東北（黑吉遼三 省）、以及東部沿海具有豐富的風能資源，有關資料顯示，全球可開發利用的風能是水能的 10倍。因此，大力開發和利用風能，實現風能利用的規模化，提高風力發電占總發電量比重， 優化能源結構，是我國能源發展的重要方向。據國家氣象局估算，我國東南沿海及其島嶼是 風能儲量最大的地區，有效風力出現時間百分率可達80%?90%，應將其作為我國風能資 源發展規劃的重中之重。
[0003] 風電機的葉片直徑通常可達十幾米，而風電機組可達數十米，如此高聳、迎風面積 大的構筑物，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，故風電基礎多采用數十米深的粧基礎、沉井基礎或沉井 加粧基礎，以滿足風電機組對于強度、變形和穩定性的要求。為提高材料利用效率，增強混 凝土的熱量傳遞效率，粧基礎多采用直徑達數米的大直徑管粧，如此，同沉井基礎，其內部 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，無法單獨把風力發電作為一種穩定的電能來源。本實用新型即 針對此問題提出了解決方案。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種風電儲能 基礎裝置。該裝置能把風力較大時或用電低峰期風機產生的部分電能轉化為永磁體小球的 重力勢能儲存起來，待風力較弱時或用電高峰期將基礎裝置頂端的若干永磁體小球放下， 利用電磁感應把機械能轉化為電能，提高風力發電效率，彌補其不連續發電的不足，最終實 現儲存風電，節約能源的目標。
[0006] 本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0007] 一種風電儲能基礎裝置，設置在風電機組的沉井或大直徑粧基礎內，包括：
[0008] 螺旋通道：固定在沉井或大直徑粧基礎內壁上；
[0009] 線圈：密繞在螺旋通道外壁，并與外部電氣設備相連形成閉合回路；
[0010] 中心管：豎直設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，將下儲球管道內的永磁體小球從中心管抬升至上儲球管道內，使 電能轉化為機械能；在風力貧乏時，上儲球管道內的永磁體小球沿螺旋管道內部向下螺旋 運動，線圈切割磁感線而產生感應電動勢，通過變壓器將儲存的機械能轉化為電能，此時永 磁體小球再落入下儲球管道內。
[0014] 所述的中心管內設有螺旋葉片桿，在中心管的頂端設有電動機，該電動機與螺旋 葉片桿連接，帶動螺旋葉片桿旋轉，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徑相同，均為1. 5倍永磁體小球 直徑；所述的中心管內徑為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經過抗沖擊驗算，尤其是第三閥門，在不 妨礙永磁體小球運動的前提下，可設置橡膠等緩沖層。
[0020] 所述的線圈由導線纏繞形成，所述的導線分為支導線和總導線兩類，支導線密繞 在螺旋通道外壁，并與總導線相連，總導線兩端從中心管頂部伸出連接外部電氣設備，并形 成閉合回路。根據法拉第電磁感應定律，線圈匝數越多，產生的感應電動勢越大，發電量也 越大，鑒于單根導線長度的限制，可將螺旋管道按長度分段纏繞導線，并將各個導線分支接 到固定于中心管的總導線上，并與外部變壓器等設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，避免小球在經由螺旋葉片運送過程中產生 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空心管。
[0023] 螺旋通道與沉井或大直徑粧基礎內壁固定方式可沿螺旋下降方向按適當間距設 置箍筋把螺旋通道與沉井基礎縱向受力鋼筋綁扎或焊接起來，使螺旋通道與沉井基礎成為 一個整體；中心管頂底面應固定在沉井基礎上，具體方式可用螺旋通道的固定方式，另外， 可把中心管設計成為多跨超靜定梁，即在中心管中間設置多道支撐，與沉井基礎固接。螺旋 通道與中心管的錨固端數量和深度應符合螺旋通道和中心管的穩定性要求。
[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 門均應根據風電機組的沉井或大直徑粧基礎的尺寸，結合建設成本和最大發電效率優化設 計。
[0025] 所述的永磁體小球的數量、尺寸應根據該地區富余風電能量計算，小球尺寸還應 綜合考慮結構穩定性、材料抗沖擊強度等因素。
[0026] 與現有技術相比，本實用新型在沉井基礎或管粧基礎中空部分沿內壁設置螺旋管 道，螺旋管道的內徑容納特制的永磁體小球通過，沿高度呈螺旋形均勻設置，在管外壁密繞 導線，形成螺線管，導線兩端接到附近的專用變壓器上，以獲得相對穩定的交流電壓。當永 磁體小球從基礎裝置的頂部滾下，在螺線管所處空間內產生變化的磁場，根據法拉第電磁 感應定律：當穿過閉合回路的磁通量發生改變時，該回路中即產生感應電流，相應的，本實 用新型對應產生感生電動勢，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]

【權利要求】
1. 一種風電儲能基礎裝置，設置在風電機組的沉井或大直徑粧基礎內，其特征在于，包 括： 螺旋通道（2):固定在沉井或大直徑粧基礎內壁上； 線圈：密繞在螺旋通道（2)外壁，并與外部電氣設備相連形成閉合回路； 中心管（3):豎直設置在螺旋通道（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)內的永磁體小球從中心管（3)抬升至上儲球管道（5)內；在 風力貧乏時，上儲球管道（5)內的永磁體小球沿螺旋管道（2)內部向下螺旋運動，線圈切割 磁感線而產生感應電動勢，永磁體小球再落入下儲球管道（6)內。
2. 根據權利要求1所述的一種風電儲能基礎裝置，其特征在于，所述的中心管（3)內設 有螺旋葉片桿（10)，在中心管（3)的頂端設有電動機（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，進而帶動永磁體小球向上運動。
3. 根據權利要求1所述的一種風電儲能基礎裝置，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. 根據權利要求1所述的一種風電儲能基礎裝置，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)的內徑相同，均為1. 5倍永磁體小球直徑；所述的中心 管（3)內徑為2至2. 5倍永磁體小球直徑。
5. 根據權利要求1所述的一種風電儲能基礎裝置，其特征在于，在上儲球管道（5)與 螺旋通道（2)交匯處設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置有第二閥門⑶； 在下儲球管道（6)與中心管（3)交匯處設置有控制永磁體小球進入中心管（3)的第三閥門 (9)〇
6. 根據權利要求5所述的一種風電儲能基礎裝置，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. 根據權利要求1所述的一種風電儲能基礎裝置，其特征在于，所述的線圈由導線纏 繞形成，所述的導線分為支導線和總導線兩類，支導線密繞在螺旋通道（2)外壁，并與總導 線相連，總導線兩端從中心管（3)頂部伸出連接外部電氣設備，并形成閉合回路。
8. 根據權利要求1所述的一種風電儲能基礎裝置，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. 根據權利要求1所述的一種風電儲能基礎裝置，其特征在于，所述的螺旋通道（2)為 鋼質空心管。
【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 優先權日:2014年10月29日
【發明者】黃茂松, 木林隆, 馮凱 申請人:同濟大學