冲击涡轮储能快速响应发电系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112049693A(43)申请公布日2020.12.08(21)申请号202010925228.7(22)申请日2020.09.06(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人张晓斌樊泽强张星雨雷涛李伟林(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人刘新琼(51)Int.Cl.F01D15/10(2006.01)F01D19/00(2006.01)F01D17/10(2006.01)H02K7/18(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称冲击涡轮储能快速响应发电系统及方法(57)摘要本发明涉及一种冲击涡轮储能快速响应发电系统及方法，属于储能发电技术领域。本发明方法通过驱动涡轮高速旋转储存机械动能，在释能时利用涡轮转速下降产生的机械动能驱动发电机发电，经过电力变换给负载供电。本发明提出了一种新的储能发电方法；能够实现对瞬时脉冲性负载的快速供电；将涡轮和发电的控制解耦；涡轮旋转时损耗小，储能效率高。CN112049693ACN112049693A权利要求书1/1页1.一种冲击涡轮储能快速响应发电系统，其特征在于包括阀门(1)、涡轮(2)、发电机(3)、电源变换装置(4)、瞬时脉冲性负载(5)、转速传感器(6)、控制装置(7)；其中阀门(1)接收高温高压气流和控制装置(7)输出的控制信号，并与涡轮(2)通过管道相连接，涡轮(2)通过联轴器与发电机(3)相连接，并向转速传感器(6)传输转速信号，发电机(3)通过导线与电源变换装置(4)连接，电源变换装置(4)通过导线与瞬时脉冲性负载(5)连接，控制装置(7)接收转速传感器(6)的信号，对阀门(1)和电源变换装置(4)输出控制信号。2.一种权利要求1所述的冲击涡轮储能快速响应发电系统实现的发电方法，其特征在于步骤如下：步骤1：通过控制装置打开阀门利用高温高压气流带动涡轮高速旋转，储存机械动能；步骤2：当瞬时脉冲性负载需要供电时，关闭阀门停止供气，利用涡轮转速降低产生的机械动能带动发电机发电，通过电源变换装置给瞬时脉冲负载供电；步骤3：当转速传感器感应到涡轮转速下降到某一临界下限值时，通过控制装置打开阀门给涡轮通气；步骤4：当转速传感器感应到涡轮转速上升到某一临界上限值时，重复步骤2，直到负载供电过程结束。2CN112049693A说明书1/3页冲击涡轮储能快速响应发电系统及方法技术领域[0001]本发明属于储能发电系统技术领域，具体地说，涉及一种冲击涡轮储能快速响应发电系统。背景技术[0002]由汽轮机或燃气涡轮驱动的涡轮发电技术具有持续大功率输出、运行可靠等优点，在发电站、船舶、飞机等场合得到广泛应用，是目前世界上重要的发电手段。涡轮发电技术中涡轮将热能和压力势能转化为动能，再由发电机将动能转化为电能。其中汽轮机是通过锅炉产生的过热蒸汽驱动涡轮膨胀做功，燃气轮机是由空气通过压缩机、燃烧室得到高温高压燃气驱动涡轮膨胀做功。[0003]但是涡轮发电机组在从静止状态加速到工作转速的启动过程中存在一定的时间延迟，不能满足对供电系统响应速度有严格要求的脉冲性负载的需求，涡轮发电机组的响应速度直接影响瞬时脉冲性负载的使用性能。由此产生了涡轮发电的快速响应问题，从涡轮进气开始到发电机的输出电压达到规定值的时间延迟应尽量小。[0004]2010年在【机械科学与技术】期刊发表的“通过增大转速与磁通提高旋转发电机反应速度”一文，分析得出了通过降低发电机启动风速来提高发电机反应速度的效果有限，在发电机负载较重或输出电压较高时，无法提高发电机反应速度。然后在对涡轮发电机工作机理、运动特征的分析下，通过数学表达式的推导提出提高发电机的反应速度可以采用增大发电机转子角速度、增加发电机主磁路磁通的方法。但本方法只能有限减小涡轮发电机的启动响应时间。[0005]典型的物理储能技术飞轮储能在储能时电机带动飞轮高速转动，飞轮将电能以动能的形式存储起来，需要释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，完成动能到电能的能量转换过程，飞轮储能发电技术响应快，但其损耗较大。2013年在【东南大学学报】发表的“基于机械轴承飞轮储能系统损耗的构成分析”一文，对飞轮储能的电损、风损和轴承损耗三种主要损耗与转速的关系进行了数据拟合和计算分析，结果表明风损与轴承损耗占总损耗的85％，直接影响储能效率，要提高飞轮储能效率必须采用磁悬浮轴承，并置于真空环境中。2009年在【电工技术学报】发表的“飞轮储能系统充放电效率实验研究”一文，利用电能测量方法对飞轮储能实验系统的充放电效率进行了测量与分析，探讨了高效率飞轮储能系统的运行方式和条件，即缩短充放电周期、提高电机功率、应用于航天环境中储能效率较高。