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压缩空气动力式海浪能、风能、太阳能联合利用发电站的探讨

北极星风力发电网  来源:唐山钢铁集团有限责任公司  作者:邢志光  2017/5/19 11:36:27  我要投稿  

北极星风力发电网讯:摘要:自然界中的自然能源主要包括风能、太阳能、海浪能等,其在地球分布最为广泛,能量巨大。通过风能、海浪能提供的能量,将常压空气直接转变为压缩空气,同时利用槽式太阳能集热系统收集的热量,进一步加热压缩空气,使压缩空气的能量进一步增加,推动涡轮膨胀机做功产生电力;同时,在系统中设置大型储气室,一部分压缩空气进入储气室备用,实现电力的稳定、连续输出。

关键词:海浪、气筒、集气包、垂直轴风机、空压机、集热管、涡轮机、储气室

1、主要结构及工作原理

结构总图(如图1)所示

图例:1—槽式太阳能反射板,2—集热管,3—风机扇叶,4—风机轴

5—空压机,6—风筒,7—集气包,8—气筒,9—连杆

10—浮筒,11—连管,12—换热器,13—涡轮机,14—发电机

15—储气室,16—海岸线,17—海浪线

电站原理:在海浪17下降阶段,气筒8通过与大气相通的进气单向阀吸入空气;海浪17上升阶段,浮筒10、连杆9上升,气筒8内部压力上升,进气单向阀关闭,出气单向阀打开,向集气包7压入空气;风能带动风机扇叶3及风机轴4旋转,将转矩输入空压机5,压缩空气通过风筒6进入集气包7;集气包7的压缩空气通过连管11进入换热器12;槽式太阳能反射板1、集热管2收集的太阳能热量加热换热器12中的传热介质,从而加热压缩空气;被加热的压缩空气进入涡轮机13,带动电动机14发出电力;同时,部分压缩空气输入储气室15(或系统首先将储气室储满),待涡轮机13压缩空气流量不足时备用,16为海岸线。(流程图如图2)。

2、电站参数

2.1压缩空气动力式海浪能、风能、太阳能联合利用发电装置的输出功率以:《压缩空气式蓄能发电装置与系统-改装航机系统的新用途》[1]一文数据为参考依据,原文如下:“假如涡轮机前温度达到220℃,压力0.7Mpa排气压力0.1Mpa其等熵绝热焓降为212kJ/kg。如果进气流量取涡轮机额定流量20.3kg/s时的容积流量7.5m³/s,根据经验,涡轮机容积流量不变则通流效率基本不变,即涡轮机效率可取额定值,实际焓降则为192KJ/kg,若机械效率为0.98,发电机效率为0.97。在容积流量为7.5 m³/s时,涡轮机的质量流量为36.2kg/s,涡轮机实发功率为6609kw。”                            [1]

2.2海浪能部分计算:

2.2.1海浪能压缩空气压强

据阿基米德浮力定律、作用力与反作用力原理,暂设定系统中的压缩空气压力为0.6Mpa,沿海某处平均海浪高度为1.5m,浮筒尺寸如图3所示

即浮筒形状为长方体,长*宽*高=3.2*1.8*2(单位m)

气筒为一个打气筒(气缸)结构(如图3所示),其尺寸参数为缸筒内壁直径φ24cm(0.24m),即皮碗半径12㎝。面积A=πr²  =12cm*12cm*3.14=452cm²=0.0452㎡。

浮筒随波浪从波谷向波峰上升,随着浮筒浸入海水的体积由小变大,浮筒产生的浮力也逐渐增大,气筒皮碗上部空气的压力增大,在海水浸入浮筒0.5m高度时,浮筒排开水的体积为:

3.2m*1.8m*0.5m=2.88m³,水的比重为1000kg/m³,

则浮力为2.880*1000=2880kg

气筒皮碗上部的空气压强为:

P=F/S=2880kg/452cm²=6.37kg/cm²=0.637Mpa

这时海浪继续上升,气筒皮碗内的空气压力克服系统压力0.6Mpa(0.637Mpa>0.6Mpa)推开单向阀压入集气包。

由以上计算可以看出,利用海浪能压缩空气的压强与浮筒的截面积、海浪高度、气筒(气缸)直径有关。

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