基于压缩空气储能技术对风力电源的优化.doc

基于压缩空气储能技术对风力电源的优化.doc基于压缩空气储能技术对风力电源的优化
摘要：从随机动能机械转换利用的角度，提出了一种基于压缩空气储能的小规模利用风力 发电新技术。通过对现有风能利用途径改进,增加一个储能环节，采用压缩空气作为储能介 质，通过对现有空气压缩装置的优化设计和改进，将捕获到的风能尽可能高效率地转换为 压缩空气内能。然后根据压缩空气固有特性，采用压缩空气降压时气体膨胀做功或压差直 接发电。在理论上，这种新技术能扩大风能的利用范围，提高其能量转换效率，降低风能开 发和转化的成本。
关键词：风能；储能；空气压缩机；能量转换
风能作为清洁、可再生的能源，具有许多优点：取之不尽、用之不竭；就地可取、不 需运输；分布广泛，分散使用；不污染环境，不破坏生态；周而复始，可以再生，有着良 好广阔的发展前景。开发利用风力发电对保护生态平衡，减少环境污染、节约矿物能源， 缓解供电矛盾及解决偏远山区的用电问题，支持经济建设都有着重要的社会效益。同时风 力发电本身也有许多其它发电方式无法相比的优点如：建设周期短，装机规模灵活，不消 耗燃料，不污染环境，不淹没土地等。风力发电是当今世界电力发展的潮流和趋势。
但风能在不同的时间、空间内，其能量的大小是随机变化的。由于人类开发与利用风能 尚受到社会生产力、科学技术、地理原因等因素的影响与制约，目前，能量总量巨大的风能， 可以利用的仅占很小的比例。研究新型的风能利用原理、方法和实现机构，提高其利用比例 和能量转换效率，降低随机动能开发和转化的成本，可节约利用现有能源以及减小能源应 用对环境的污染，综合协调能源、资源、环境间关系，在一定程度上解决能源消费、化石 燃料的枯竭以及生态环境的日益恶化的问题。
1当前风力发电利用方式及不足
风力发电是通过风力发电机将风能转换为电能。目前，普通风力发电机是由风力带动叶 片旋转，将风能转换为机械能，并驱动发电机发电，实现机械能到电能的转换。在这种风能 利用研究中，普遍存在如下问题：
对有效风速范围要求严格，在低风速和高风速时均不能使用。风力发电设备一般只能 在风速3〜25m/s的范围内使用。
风力发电机的输出功率与风速的3次方成正比。因此随风速变化，风力发电机的输出 功率、电压和频率不稳定。
风能捕获系统与发电系统要求互相匹配，而且满足频率输出要求时，要增加复杂的调 速机构。
发电与用电不同步，虽然可通过储能设备将得到的电能再次转换为其他形式的能量， 但在再次使用时，还必须转换为电能，增加了两个能量转换环节。
2基于压缩空气储能的小规模风力发电利用新技术
从风能捕获至将其转换为电能的过程中，由于风能能量密度一般较低、能量又极不稳定, 导致转化为电能的能量大小也不稳定，必须通过复杂的装置处理捕获到的风能，才能得到
稳定可靠的电能。而且在目前的风力发电方式中，最大的缺点在于发电与用电不同步。但如 果能将捕获到的风能直接高效地转换储存成一种可以控制其能量释放速度的能量表现形式, 在此基础上，再将其转化为人们用于生产实践的电能，就能解决当前风能能量转换过程中 所产生的能量不稳定的问题，也能消除能量转换环节间的相互影响，提高各环节的能量转 换效率，还能解决发电与用电不同步的问题，即可以在需要用电的时候，才利用存储的能 量发电。如同当前水能的研究利用一样，水能也是物质运动（水的流动）所产生的动能, 不