一种风机立塔系统、调节方法和水制氢一体系统与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风机立塔系统、调节方法和水制氢一体系统。


背景技术：

2.风电为绿色能源，可利用单位面积能量密度次于水、高于太阳能，风能量不受黑夜的影响，可利用时间长，但这个有利条件受到现有传统风电利用技术的思路瓶颈局限，使用效益得不到发挥，无法实现替代碳能源和石化类能源的绿色能效作用。
3.传统的风机立塔在面对强风，如台风情况下，风机塔架、风叶和风机转动部件容易出现过载损坏情况，导致传统风机使用寿命短，产生大量的维修成本，容易发生大的安全事故，对一些风力资源丰富的环境因惧怕发生台风安全事故而舍弃，特别是欧美发达地区风机建设早的国家，经过一个使用期的实际应用，这些风机本身应对环境能力差的技术缺陷表现无疑，投入的产出比严重亏损，以至于早期投入风机的发达国家逐步淘汰风力发电，因此对风机的保护成为目前急需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种风机立塔系统、调节方法和水制氢一体系统，具有安全性高、使用寿命长、度电成本低的优点，突破了风机立塔在强风情况下容易损坏的瓶颈。
5.为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
6.一种风机立塔系统，包括两组以上的安装台、支撑组件、一组以上的自动风门、垂直风机和感应避雷针，两组以上的所述安装台在竖直方向上依次设置，相邻两组所述安装台之间设置有支撑组件，所述安装台上设置有三组以上的垂直风机，且相邻两组所述安装台之间安装有一组以上的自动风门，远离地面的最后一组所述安装台上设置有若干感应避雷针。
7.可选的，所述支撑组件包括若干支撑立柱一和若干支撑立柱二，若干所述支撑立柱一沿安装台的侧壁均匀安装，所述支撑立柱二安装在安装台上，且若干所述支撑立柱二位于若干所述支撑立柱一形成的内部空间内。
8.可选的，相邻两组所述安装台之间的进风口设置有一个以上的可自动调节进风高度的自动风门，每个所述进风口所在的平面均与所述安装台内全部垂直风机的一个进风面平行。
9.可选的，还包括输出功率控制模组和立塔电气过载检测保护模组，所述输出功率控制模组和立塔电气过载检测保护模组电连接，所述输出功率控制模组根据立塔中的组合垂直风机可输出数量，控制实际输出功率。
10.可选的，所述立塔电气过载检测模组包括垂直风机电气过载检测模组和风机立塔过载检测模组，所述垂直风机电气过载检测模块组和自动风门电气控制系统电连接。
11.一种水制氢一体系统，包括上述任意一项所述的一种风机立塔系统，还包括柴油发电设备、蓄电设备和制氢一体化设备，所述风机立塔系统、柴油发电设备和蓄电设备的电源输出端与制氢一体化设备的电源输入端相连，所述风机立塔系统的电源输出端还与蓄电设备的输入端相连。
12.可选的，所述制氢一体设备上设置有自动开关、主电解槽和备用电解槽，所述自动开关用于调节主电解槽和备用电解槽的启停，所述风机立塔过载检测模组和自动开关电连接。
13.一种风机立塔系统调节方法，包括以下步骤：
14.设定风机过载阈值d，获取风机过载检测模组的检测值；
15.判断检测值与d的大小，若检测值大于或等于d，则垂直风机为超载，若检测值小于d则垂直风机为未超载；
16.根据垂直风机的超载情况，调节自动风门。
17.可选的，根据垂直风机的超载情况，调节自动风门，包括以下步骤：
18.当垂直风机为超载时，调节自动风门打开一定高度；
19.当垂直风机为未超载时，调节自动风门全部打开。
20.可选的，还包括以下步骤：当风机立塔系统不允许送电时，调节自动风门全部关闭。
21.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
22.风机立塔系统抗风有立塔机架、风机机身、风叶的机械强度和风机电机电气输出过载几个方面要求，通过机架风机重心稳定的支撑组件的结构设计，保证风机立塔系统超强台风环境下立塔机架的机械强度的安全要求；通过在风机立塔系统内设置固定安装的固定导风框垂直风机，保证风机机身的稳定安全要求；通过立塔风机功率组合方式，减少单个风叶的承力强度，相对提高风叶的机械强度；通过增设自动风门，在风机立塔系统遇强风时，通过自动风门的调节对进入风机立塔系统内的风力进行阻隔，进而对内部的垂直风机起到保护作用，同时防止内部垂直风机因电气设备过载而损坏；通过设置感应避雷针，对风机立塔系统起到雷雨天气的防雷安全保护；通过风机立塔系统内部风机独立设置的直流蓄能组件，可以根据风力强度，组合调度一次输出的风机台数，保证立塔输出稳定的电能；提高了风机立塔系统的安全性，并将该风机立塔系统结合水制氢一体设备，在通过合理调配下，解决风电行业弃风严重的现状，最大程度上利用了风电绿色资源；通过风电环境安全技术的创新，实现风电绿色能源效益提升，降低风电的度电成本，提升整个风电市场绿色能源的经济和社会效益。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例一提出的一种风机立塔系统的立体结构；
25.图2为本发明实施例一提出的一种风机立塔系统的主视图；
26.图3为本发明实施例提出的一种风机立塔系统的俯视图；
27.图4为本发明实施例提出的一种风机立塔系统的安装台的内部结构图；
28.图5为本发明实施例提出的一种风机立塔系统的垂直风机结构图；
29.图6为本发明实施例提出的风机立塔系统的电路控制图。
30.附图标记：1、安装台；2、自动风门；3、垂直风机；4、支撑组件；5、导风组件；6、导风板；7、三角板；8、固定框架；9、感应避雷针；10、支撑立柱一；11、支撑立柱二。
具体实施方式
31.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
32.实施例一
33.如图1和图2所示，一种风机立塔系统，包括两组以上的安装台1、支撑组件4、一组以上的自动风门2、垂直风机3和感应避雷针9，两组以上的安装台1在竖直方向上依次设置，相邻两组安装台1之间设置有支撑组件4，安装台1上设置有三组以上的垂直风机3。
34.如图1、图3和图4所示，安装台1可以设置为三棱柱形状或四棱柱形状，当安装台1为三棱柱形状时，可以安装三个或四个垂直风机3，并呈中心对称安装，且此时相邻两组安装台1之间通过支撑组件4进行连接。
35.如图5所示，垂直风机3包括固定框架8和三个以上的导风组件5，三个以上的导风组件5以转轴为中心，顺时针均匀安装在固定框架8上，导风组件5包括导风板6和三角板7，导风板6为方形，三角板7的一边与导风板6的短边相连，导风板6的两条短边上均设有三角板7，且三角板7所在的平面与导风板6所在的平面垂直设置，导风板6的长边与转轴平行设置，垂直风机3的具体结构见公开号为cn113187666a的发明专利。
36.垂直风机3在安装时，垂直风机3上的每一个喇叭形的进风口都与两组安装台1之间的一个进风面相对，即一个进风面对应一个垂直风机3上的一个喇叭形的进风口，使得从进风面进入的每一股外部风都直接进入垂直风机3的进风口，从而达到最大的风能转换效率。
37.支撑组件4包括若干支撑立柱一10和若干支撑立柱二11，若干支撑立柱一10沿安装台1的侧壁均匀安装，支撑立柱二11安装在安装台1上，且若干支撑立柱二11位于若干支撑立柱一10形成的内部空间内。
38.通过支撑立柱一10和支撑立柱二11的结合，加强相邻两个安装台1之间的支撑作用，从而提高安装台1之间的稳定性。
39.优选的，支撑立柱一10和支撑立柱二11的结构强度以承受15级台风设计，使风机立塔系统适用于超强台风环境下的风力资源富集地区。
40.相邻两组安装台1之间安装有一组以上的自动风门2，相邻两组安装台1之间的进风口设置有一个以上的可自动调节进风高度的自动风门2，每个进风口所在的平面均与安装台1内全部垂直风机3的一个进风面平行。
41.相邻的两组安装台1以及相邻的两组支撑立柱一10之间形成进风口，自动风门2用于调节进风口的大小，当自动风门2逐渐伸展开时，进风口逐渐关闭，当自动风门2逐渐收卷至自动风门2的转轴上时，进风口逐渐打开。
42.如图2所示，自动风门2的转轴安装在安装台1靠近地面的一端面上，且自动风门2的转轴位于相邻的两组支撑立柱一10之间，当自动风门2的转轴安装在安装台1靠近地面的一端面上时，自动风门2的伸展方向为竖直向下，即当自动风门2向下拉伸时，进风口逐渐关闭，此时靠近地面的第一组安装台1上不安装自动风门2，自动风门2的机械带动方式有转轴、液压、齿轮轴承、直线行程齿轮和钢丝绳传动方式，本实施例以转轴带动方式为例。
43.远离地面的最后一组安装台1的上端面设置有若干感应避雷针9，感应避雷针9包括处于顶部的大体积的金属接闪体和处于金属接闪体下部的雷电能量消耗体组件，感应避雷针9底部金属构件与立柱结构的顶端连接，感应避雷针9详细结构见公开号为cn102354910a的发明专利。
44.传统雷击的保护措施把高压有害雷电流的能量用最大人为成本“泄放”到后端，即进行接地的方式，以求在后端消耗雷电的能量，这种方法必然结果是会在风机立塔系统产生超高压地电势，超高压的地电势分布在雷电流整个途径的前端，途径前端的超高压地电势的幅度和后端的接地系统电阻数值的大小无关。
45.而感应避雷针9，利用圆锥形金属接闪体主动感应上方的雷云电场，主动用串联在接闪体后的大功率、大阻抗、大体积的耗雷体消耗雷电的有害能量，在其后的安装台1上就是一个安全的低电压区域，根据环境条件合理选择感应避雷针9雷电能量消耗体的消耗功率等级，从而消除风机立塔系统的直接雷击发生可能，加上内设风机本身的电气和机身隔离组件，完全隔离雷击地电势对风机电气系统的安全，保证雷雨期间风机立塔系统安全运营要求。
46.如图6所示，风机立塔系统还包括输出功率控制模组和立塔电气过载检测保护模组，输出功率控制模组和立塔电气过载检测保护模组电连接，输出功率控制模组根据立塔中的组合垂直风机3可输出数量，控制实际输出功率。
47.立塔电气过载检测模组包括垂直风机3电气过载检测模组和风机立塔过载检测模组，垂直风机3电气过载检测模块组和自动风门2电气控制系统电连接。
48.一种风机立塔系统调节方法，包括以下步骤：设定风机过载阈值d，获取风机过载检测模组的检测值；判断检测值与d的大小，若检测值大于或等于d，则垂直风机3为超载，若检测值小于d则垂直风机3为未超载；根据垂直风机3的超载情况，调节自动风门2。
49.当垂直风机3为超载时，调节自动风门2打开一定高度；当垂直风机3为未超载时，调节自动风门2全部打开，当风机立塔系统不允许送电时，调节自动风门2全部关闭。
50.风机立塔系统的自动风门2设置数量根据不同的地理环境进行设置，单一风向的无台风区，风机立塔系统的其中一个立柱面正对风向面，并在这个面上设置一个自动风门2即可，风向复杂并有台风的环境，风机立塔系统的全部立柱面全部设置自动风门2。
51.风机过载阈值d可以根据不同的地理环境进行设置最终值，工作人员可根据实际情况进行设置或更改，从而通过检测过载检测机制与设定的标准值进行比较，对垂直风机3的负载情况进行判断，对垂直风机3起到保护作用，同时风机立塔系统不送电的情况包括强风天气、暴雨天气或无需风力发电的情况，此时调节自动风门2全部关闭，对所有的垂直风机3起到保护作用，以防止恶劣气候下，垂直风机3被损坏。
52.一种风电立塔和水制氢一体系统，有两种基本工作情况：非并网风机立塔和水制氢一体系统和并网风机立塔和水制氢一体系统。
53.一种非并网风机立塔系统，所获得的电能全部应用在水制氢一体系统上，一种水制氢一体系统，包括上述任意一项的一种风机立塔系统，还包括柴油发电设备、蓄电设备和制氢一体化设备，风机立塔系统、柴油发电设备和蓄电设备的电源输出端与制氢一体化设备的电源输入端相连，风机立塔系统的电源输出端还与蓄电设备的输入端相连。
54.通过该结构的风机立塔系统，所获得的电能可以应用在制氢一体化设备上，一种制氢系统，包括风机立塔系统，还包括柴油发电设备、蓄电设备和制氢一体化设备，风机立塔系统、柴油发电设备和蓄电设备的电源输出端与制氢一体化设备的电源输入端相连，风机立塔系统的电源输出端还与蓄电设备的输入端相连，且蓄电设备为超级电容蓄电池和二手蓄电池，制氢一体化设备为全直流供电。
55.具体的，风机立塔系统连接至非市电直流一次供电平台，非市电直流一次供电平台使用直流电为制氢一体设备供电，非市电直流一次供电平台还并联到一组超级电容蓄电池和二手蓄电池上，二手蓄电池串联有电源充放电控制器，该非市电直流一次供电平台上还并联有柴油发电机。
56.制氢一体设备上设置有自动开关、主电解槽和备用电解槽，自动开关用于调节主电解槽和备用电解槽的启停，风机立塔过载检测模组和自动开关电连接，且工作人员可根据实际生产要求调整主电解槽和备用电解槽的启停。
57.一种非并网风机立塔系统过载调节方法，包括以下步骤：设定风机立塔过载阈值e，当风机立塔过载检测模组检测到风机立塔系统已过载，自动调整主电解槽和备用电解槽的启停。
58.一种并网风机立塔系统，所获得的电能同时并网和应用在制氢一体化设备上，一种制氢一体系统，包括风机立塔系统和制氢一体化设备，还包括并网逆变器和市电整流器，并网逆变器和市电整流器的直流电源输入输出端连接直流用电平台，对就近供电的风机立塔水制氢一体化设备的电源输入端直接连接直流用电平台，需远程供电的水制氢一体系统通过升压变换，减少线路传输的损耗。
59.一种并网风机立塔系统过载调节方法，包括以下步骤：设定风机立塔过载阈值e，当风机立塔过载检测模组检测到风机立塔系统已过载，启动如下调节步骤：当电网用电高峰期，启动水制氢电解槽系统关闭工作，全部风能并入电网工作，在电网用电低峰期，可断开电网，仅供给水制氢一体系统用电，起到电网调峰的作用。
60.根据上述方法，使得制氢一体化设备可以根据风力等级的不同以及风机立塔系统的负载情况调整启动方式，最大效益的利用绿色风能完成水制氢的工作。
61.实施例二
62.与实施例一相比，本实施例的不同之处在于，自动风门2的转轴安装在安装台1远离地面的一端面上，且自动风门2的转轴位于相邻的两组支撑立柱一10之间，当自动风门2的转轴安装在安装台1远离地面的一端面上时，自动风门2的伸展方向为竖直向上，即当自动风门2向上拉伸时，进风口逐渐关闭，此时远离地面的最后一组安装台1上不安装自动风门2。
63.与实施例一相比，本实施例的自动风门2在逐渐调节进风口大小时，可以通过调节较小的高度即可达到对垂直风机3的保护作用。
64.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名
称等可以不同。凡依本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。