液压储能在风力发电中的应用详解.doc

液压储能在风力发电中的应用 摘要：为实现风力发电系统稳定、持续地供电，必须在系统中配备合适的储能装置。并以液压蓄能器作为储能装置。储能系统不但可以促进电网安全稳定运行，还可以节省了电网建设的投资。21世纪是高效、洁净、安全、经济可持续利用能源的时代，世界各国都在向此方向发展，都把能源的利用作为科研领域的关键予以关注。受1973年世界范围内的石油危机和空气动力学理论的发展的影响，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风力以其自身独有的优点，作为新能源的一部分有了新的快速的发展。 转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力资源较为丰富的国家之一，全国可利用的风能约为2.5亿kW。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型才会拥有尾舵）。由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。目前几种常用的对付电流波动问题的方法有：1在小功率情况下，对电流加设滤波电容，因为滤波电容有削峰填谷的作用2、电感储能3、用液压蓄能器的方式解决储能问题。超级电容器在风力发电系统直流母线侧并入超级电容器，不仅能像蓄电池一样储存能量，平抑由于风力波动引起的能量波动，还可以起到调节有功无功的作用。缺点是电容的寿命受电解液的影响比较短，并且工作频率高时，热量会使电解液更快消耗，不适合在高温时使用。超导储能系统主要由电感很大的超导蓄能线圈、使线圈保持在临界温度以下的氦制冷器和交直流变流装置构成。当储存电能时，将风力发电机的交流电，经过交-直流变流器整流成直流电，激励超导线圈。发电时，直流电经逆变器装置变为交流电输出，供应电力负荷或直接接入电力系统。缺点是体积重量大，磁芯还怕摔。很多储能技术采用超导体，在大型线圈产生的电磁力的约束、制冷技术等方面还未成熟，所以电感储能还不成熟。 液压储能器又称蓄能器，是一种能把液压能储存在耐压容器里，待需要时又将其解放出来的能量储存装置，对保证系统正常运行、改善其动态品质、保持工作稳定性、延长工作寿命、降低噪声等起着重要的作用。储能器能给系统带来的经济、节能、安全、可靠、环保等效果非常明显。缺点是易漏油，而且需要经常打压。 通过比较，液压储能技术在保证密封性良好的情况下，作为风力发电的储能技术，是较有优势的。蓄能器是利用重物（重锤）的重量，通过活塞作用在油液上而产生压力能。其压力大小取决于重物的重量和柱塞大小。这种蓄能器的优点：结构简单，容量大，压力高而恒定，在输出油液的整个过程中，压力输出压力稳定，与输出速度无关。但体积庞大，笨重，惯性大，响应滞缓。只适用于固定设备的储能，不宜用于吸收压力脉动和冲击。弹簧式蓄能器是利用弹簧力作用于活塞上，使之与压力油的压力相平衡，以储存压力能。蓄能器产生的压力取决于弹簧的刚度和压缩量。这种蓄能器的优点是结构简单，反应较重力式灵敏，但容量小（容量大则笨重）。适用于低压、小容积、循环频率低的系统作储能及缓冲用。充气式蓄能器的工作原理是利用蓄能器内预先充有预订压力的气体（空气或氮气）与液压泵冲入蓄能器内的压力油平衡。当系统需要油液时，在气体压力作用下，使油液排出。气囊式蓄能器气囊式蓄能器（如图1）的工作原理是基于波意尔定理，主要由充气阀、壳体，皮囊、和进油阀组成。气体和油液由皮囊隔开，皮囊用耐用橡胶组成，固定在一个耐高压的壳体上部，皮囊内冲入惰性气体，（一般为氮气），壳体下端的进油阀是一个用弹簧加载的菌形阀，它能使油液进出蓄能器时皮囊不会挤出油口。充气阀在蓄能器工作前为皮囊充气，充气完毕将自动关闭。 在使用前，首先向蓄能器中的气囊充以预订压力的氮气，然后用液压泵向蓄能器充油，在压力油的作用下，顶开菌型阀，油进入容器内，压缩气囊，当气腔和液腔的压力相等时，气囊处于平衡状态，这时蓄能器内压力为泵压力。当系统需要油时，在气体压力作用下，气囊膨胀，逐渐将油液挤出。另外，充气阀处可做检查皮囊内气压大小的接表口，这种蓄能器的结构保证了气液的密封可靠。 将壳体和气囊顶部设计成上部敞开式结构，更换气囊方便。 系统模型中的各个关键部件之间的关系如图所示，动力源( 风轮) 带动液压泵旋转，之间采用机械旋转轴联接，扭矩和转速分别为，； 液压泵输出高压油存入蓄能器中，油压和流量分别为,，完成蓄能阶段；在发电阶段，蓄能器输出液压油，