壓縮空氣發電方法
2023-05-21 18:00:06 1
專利名稱：壓縮空氣發電方法
技術領域：
本發明涉及運用壓縮空氣進行發電的方法，更具體地說是提供一種利用空氣壓縮機將空氣壓縮成高氣壓氣體，高氣壓氣體推動氣輪發電和轉動的發電方法。
背景技術：
目前，人們普遍採用煤、柴油、水力、核動力、地熱、風力等進行發電。煤、石油、天然氣等資源日益緊張，發電成本不斷提高，火力、核能等發電方法成本高，汙染環境，風力、水力發電由於自然條件限制，應用範圍相對較窄。太陽能發電雖然有很多優點，但收集方法不完善，能流密度低，開發成本高，難以推廣使用。
發明內容
本發明的目的就在於提供一種壓縮空氣發電方法，其將空氣壓縮成高壓高密度氣體，推動氣輪機組發電，其所用空氣無窮無盡，並可循環使用，既不消耗更多的能源，又不汙染環境，而且不受自然條件的限制。
為達到上述目的，本發明的實施方案為一種空氣壓縮發電方法，其特徵在於，利用空氣壓縮機，將大自然之中的空氣吸收壓縮成密度高壓力大的有效氣壓資源，並送入高壓罐內儲存穩壓，再通過放氣閥門和輸氣管道向氣輪機內排放，衝動氣輪機葉輪運轉並拖動發電機轉子運轉而發電。本發明包括以下設備空氣壓縮機、高壓儲氣罐、氣輪機、發電機、變壓器、電源控制臺和啟動電動機，啟動電動機與空氣壓縮機匹配，空氣壓縮機與高壓儲氣罐之間經輸氣管連接，高壓儲氣罐與氣輪機之間用輸氣管接通，高壓儲氣罐的出氣口中輸氣管上設置有放氣閥門，氣輪機與發電機匹配，發電機有兩個供電輸出端，一端供生產照明用電，一端經變壓器接電源控制臺，電源控制臺控制空氣壓縮機工作。
空氣壓縮機的工作電源包括在先電源和自身電源，分別在先供電和持續工作，在先電源為外來電源，啟動空氣壓縮機工作，壓縮空氣發電機發電以後，由壓縮空氣發電機自身供電而持續不斷地工作，然後斷開外電源。
在沒有外來電源的條件下，還可以採用柴油機帶動空氣壓縮機工作制氣，在拖動發電機轉子運轉發電後，空氣壓縮機再由電動機發出的電供電，並停止柴油機工作。
還可以將一個高壓儲氣罐在一個有電條件的地方預先裝足氣量後，作為空氣壓縮機的啟動氣壓之用。
所述空氣壓縮機由三組組成，第一組用於吸收壓縮空氣，第二組用於對第一組壓縮空氣增壓，第三組用於對第二組壓縮空氣進一步增壓。
本發明所用能源十分廣泛，採吸方便，對環境無汙染，不受自然條件影響，具有經濟、簡便，成本低、效益好、適應性廣等優點。
圖1為本發明工作原理圖。
圖3為本發明各種設備數據顯示及工作原理圖。
圖2為本發明機組工作基本電路原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，壓縮空氣發電方法，是採用自然之中廣泛豐富的空氣做作為發電方法中的動力資源，利用空氣壓縮機對大自然之中的空氣進行開採，通過空氣壓縮機的吸收和壓縮，使一種普通疏鬆的自然空氣，轉化成為一種有效的發電動力資源，再通過輸氣管道及放氣輪機內排放，衝動氣輪機葉輪運轉，並拖動發電機轉子運轉而發電。這種發電方法實質是一種能量的轉化和傳遞過程。從它的工作過程中就可以看出，它在工作中消耗了部分能量的同時，又再不斷的吸收和壓縮大自然之中的空氣，為發電方法中的動力資源，然後再利用壓縮空氣的內能作用力來推動氣輪機葉輪運轉，並拖動發電機轉子運轉發電，就這樣相互轉換，相互利用就形成了一種互補推換的發電作用方法，即形成了壓縮空氣發電方法。
如圖1、圖2所示，本發明提供的壓縮空氣發電方法的設備包括空氣壓縮機、高壓儲氣罐、氣輪機、發電機、變壓器、電源控制臺和啟動電動機，空氣壓縮機由A組7臺空氣壓縮機、B組7臺增壓壓縮機和C組6臺增壓壓縮機組成，啟動電動機的數量和型號與各組空氣壓縮機匹配，C組空氣壓縮機與高壓儲氣罐之間經輸氣管連接，高壓儲氣罐與氣輪機之間用輸氣管接通，高壓儲氣罐的出氣口中輸氣管上設置有放氣閥門，氣輪機與發電機匹配，發電機有兩個供電輸出端，一端供生產照明用電，一端經變壓器接電源控制臺，電源控制臺控制空氣壓縮機電動機工作。變壓器具有外電源接口。
如圖3所示，本發明提供的壓縮空氣發電方法的電路工作原理為首先合通外電源後，按下A1開關，Jc1繼電器線圈通電，Jc1接觸點閉合，空氣壓縮機電動機得電後運轉，帶動空氣壓縮缸工作制氣。當高壓儲氣罐內氣壓量達到一定壓力後，將放器閥門打開，再向氣輪機內放氣，衝動氣輪機葉輪運轉，並拖動發電機轉子運轉發電。發電機發電後，一切指數正常後再合通電源，按A2開關，Jc2繼電器線圈通電，Jc2接觸點閉合，常閉接觸點拉開，Jc1繼電器斷電，Jc1接觸點拉開，由發電機內電源供給空氣壓縮機的電動機工作制氣和發電。
為了更進一步說明壓縮空氣發電方法是一種成立和成功的技術方案，下面就根據我國現有生產製造使用的空氣壓縮機、氣輪機和氣輪發電機等設備進行詳細分析說明。
1、發電設備(1)、QF-IS-2型汽輪發電機1臺。洛陽發電設備廠生產。主要技術數據額定功率1500KW，額定轉速3000r/min，電壓6300～10500V，電流1718-1031A。
(2)、汽輪機型號N15-3.43型1臺。洛陽發電設備廠生產。主要技術數據功率15000KW，進汽壓力3.43Mpa，進汽量70t/h，額定轉速3000r/min。
上述汽輪機的進汽質量是70t/h，進汽壓力是3.43Mpa，就能衝動汽輪機葉輪運轉並能拖動QF-IS-2型汽輪發電機轉子以3000r/min速度動轉發電。
從物理學中已知，在一個標準大氣壓下，空氣的密度是1.29kg/m3。1pa＝1N/m2。一個標準大氣壓(atm)1dtm＝1.01325pa≈0.101Mpa≈760MMHg。根據以上計量單位計算，在一個標準大氣壓下54320立方米的空氣品質是54320m3(自然空氣)×1.29kg/m3(空氣密度)＝70000kg(70噸氣體質量)。
從以上來看，空氣的質量只要壓縮54320m3，自然空氣就可達到本例據中的氣體質量70000kg(70噸)。要想使它的壓力(壓強)達到本例據3.43Mpa的要求，只要將54320m3的自然空氣壓縮到1483m3就能達到。即54320m3(自然空氣)÷1583m3(壓縮空氣)＝3.43Mpa。
從以上計算統計中證明，54320立方米的空氣的質量是70000Kg(70噸)，當空氣由54320立方米壓縮到1583立方米時，它的壓力就由一個標準大氣壓1pa增加到34.3pa.(3.43Mpa)本例據中所用設備拖動氣輪發電機轉子運轉發電的氣輪機的進氣質量是70t/h，進氣壓力3.43Mpa，就能拖動本例據中的15000KW的氣輪發電機轉運轉發電。而利用壓縮空氣70t/h。壓力是3.43Mpa是完全與本例據中所用設備使用的介質蒸汽的質量70t/h、壓力3.43Mpa是相等相同的氣體質量和氣體壓力。既然是相等相同氣體質量和壓力。它們之間的作用也是相等相同的，不同的是它們各自之間氣體的來源不一樣。
2、空氣壓縮設備。
關於使用空氣壓縮機壓縮空氣為發電方法中的動力資源是否能成立和成功，現根據由湘潭壓縮機廠生產的的空氣壓縮機的技術數據，進行統計對比分析。
A、空氣壓縮機7臺。用於吸收壓縮空氣。
設備型號LFD-20/7，主要技術數據，排氣量20m3/min，排氣壓力0.7Mpa，配用動力電動機型號315M1-4，功率132KW，七臺壓縮機共壓縮空氣8400m3/h，質量75.6t/h，壓力0.7Mpa，消耗電功率共為624KW。
分析LRD-20/7型空氣壓縮機每分鐘可以向外界排除壓縮空氣20m3，排氣壓力可達到0.7Mpa。現在我們需要求知它壓縮了多少個立方米的大自然之中的空氣，才能知道它所壓縮的氣體質量是多少千克。這是很重要的數據。因為本發明中的氣輪發電機每小時需要70噸質量的氣體和3.43Mpa的壓力，才能正常發電。
即20m3/min(壓縮空氣)×0.7Mpa(7pa壓力)＝140立方米(自然空氣)。140m3(自然空氣)×1.29kg/m3(空氣密度)＝180.6kg/min(氣體質量)，180.6kg/min(空氣品質)×7臺(空氣壓縮機)＝1264.2kg/min(氣體質量)×60分鐘＝75652kg/h(75.6t/h)氣體質量。
B、增壓壓縮機7臺。用於對A組能排氣量進行增壓。
設備型號K815/12-27主要技術數據，進氣壓力0.7Mpa，排氣壓力1.7Mpa，排氣量8.5m3/min，配用動力電動機TS138-8型，功率245KW。
7臺增壓機，共壓縮空氣為3570m3，壓力1.7Mpa。氣體質量75.6t/h，7臺壓縮機電功率共為1715KW。
B組所有7臺壓縮機用於將A組所排氣量進行增壓，由原來的0.7Mpa增加到1.7Mpa。
計算即8.5m3/min(壓縮空氣)×1.7Mpa(17pa)＝144.5m3(大自然空氣量)，144.5m3(大自然空氣)×7臺(增壓機)＝1011.5m3/min，1011.5m3/min×60分鐘＝60690m3(自然空氣)，60690m3×1.29kg(空氣密度)＝78290kg/h(78.2t/h)氣體質量。從以上統計中證明本機組可承接A組增壓工作量。
C、增壓壓縮機6臺。用於對D組增壓的空氣進一步增壓。
設備型號D-3.8/16-43，主要技術數據，進氣壓力1.7Mpa，排壓力4.3Mpa，排氣量3.8m3/min，排氣量3.8m3/min，電功率180KW。
6臺壓縮機，壓縮氣體1367m3/h，壓力4.3Mpa，質量75.8t/h；6臺壓縮機電功率共為1080KW。
此組6臺壓縮機用於將B組的排氣量再次增壓，可將B組的1.7Mpa壓力增大到4.3Mpa。
數據計算3.8m3/min(壓縮空氣)×6臺(增壓機)＝22.8m3/min，22.8m3/min(壓縮空氣)×4.3Mpa＝980.4m3(自然空氣量)，980.4m3(自然空氣量)×60分鐘＝58824m3(自然空氣量)，58824m3(自然空氣量)×1.29kg/m3(空氣密度)＝758829.6kg(75.8t)空氣品質。
從以上統計中證明，本機組完全可以承接B組再次增壓工作量，它能將1.7Mpa氣壓力增大到4.3Mpa，氣體質量可完成75.8t/h。
根據以上我國各廠家所生產製造出來有關實用於「壓縮空氣發電方法」中的各種設備的技術數據統計對比來看一臺N15-3.43型配套設備氣輪機它在拖到一臺QF-15-2型氣輪發電機轉子運轉發電時，每小時只需要70噸質量的氣體及3.43Mpa的氣壓力，就能達到15000KW的功率，以每分3000轉的速度運轉發電。發電功率是15000KW(每小時發電量15000度)。電壓6300-10500V，電流1718-1031A。
空氣壓縮機和增壓壓縮機A、B、C三大組，每小時共壓縮自然空氣是58800立方米，經過A組空氣壓縮機壓縮到8400立方米/每小時，氣壓力0.7Mpa，空氣品質75.8噸/小時。由於氣體壓力還達不到本例據中氣輪機、拖動發電機轉子運轉發電的氣壓力技術要求。因此，再經輸氣管道輸送到B組，進行增壓，B組將A組的空氣體積由原來的8400立方米/小時又壓縮到3570立方米/小時，氣壓增加到1.7Mpa。氣體質量75.8噸/小時。該次增壓後，還不能達到本例據中的氣輪機拖動發電機轉子運轉發電的氣壓力技術要求。因此，還得再次增壓，並又將B組壓縮的氣體3670立方米又經輸氣管道輸送到C組增壓壓縮機再次地行增壓，此次增壓後，能將B組的3570立方米的氣體壓縮到1367立方米/小時，氣壓力增加到4.3Mpa，氣體質量75.8噸/小時，本次增壓後的氣體質量和氣體壓力都能滿足於氣輪機，拖動發電機轉子運轉發電一切技術數據的要求。
空氣壓縮機的壓縮的空氣品質和氣壓力，與拖動發電機轉子運轉發電的氣輪機在運轉工作過程中所需要的氣體質量和氣體壓力的技術數據統計計算對比。
空氣壓縮機A、B、C三大組，共壓縮空氣品質是75.8t/h，氣體壓力4.3Mpa。
氣輪機拖動發電機轉子運轉發電時，需要氣體質量是70t/h，進氣壓力是3.43Mpa。
計算(1)、5.8t/h(壓縮空氣品質)-70t/h(氣輪機進氣質量)＝5.8t/h(剩餘壓縮氣體質量)(2)、4.3Mpa(壓縮氣體壓力)-3.43Mpa(氣輪機進氣壓力)＝0.87Mpa(壓縮氣體壓力大於氣輪機進氣壓力)(3)、5000KW(發電機發電功率)-3419KW(壓縮機的電動機壓縮空氣次源工作中消耗電功率)＝11581KW(發電機發電後減去壓縮機的電動機消耗後剩餘的電功率)綜上所述，從以上壓縮空氣發電方法中的實際實用設備例據中的各種技術數據對比下證定，利用空氣壓縮機壓縮機壓縮大自然之中的空氣為發電方法中的動力資源是完全能夠成立的，也是完全能夠成功的。而這些設備組舍後，其效果遠遠超過了全部技術要素效果的總和，出現了新的作用和用途，獲得了非同尋常的功能，產生了更新更高的出乎意料的技術效果，起到了一種高效節能發電方法的作用。從各個方面來看，充分證明了壓縮空氣發電方法，具有很高的實用性、經濟性。它還集聚了各種發電方法中的優點，同時也彌補了各種發電方法的缺點，如，它節省能源，不汙染環境，發電方法還不受自然條件和地理位置的影響。發電方法中的動力資源也十分廣泛豐富，取之不完，用之不竭。
權利要求
1.一種空氣壓縮發電方法，其特徵在於，利用空氣壓縮機，將大自然之中的空氣吸收壓縮成密度高壓力大的有效氣壓資源，並送入高壓罐內儲存穩壓，再通過放氣閥門和輸氣管道向氣輪機內排放，衝動氣輪機葉輪運轉並拖動發電機轉子運轉而發電。本發明包括以下設備空氣壓縮機、高壓儲氣罐、氣輪機、發電機、變壓器、電源控制臺和啟動電動機，啟動電動機與空氣壓縮機匹配，空氣壓縮機與高壓儲氣罐之間經輸氣管連接，高壓儲氣罐與氣輪機之間用輸氣管接通，高壓儲氣罐的出氣口中輸氣管上設置有放氣閥門，氣輪機與發電機匹配，發電機有兩個供電輸出端，一端供生產照明用電，一端經變壓器接電源控制臺，電源控制臺控制空氣壓縮機電動機工作。
2.根據權利要求1所述的空氣壓縮發電方法，其特徵在於，空氣壓縮機的工作電源包括在先電源和自身電源，分別在先供電和持續工作，在先電源為外來電源，啟動空氣壓縮機工作，壓縮空氣發電機發電以後，由壓縮空氣發電機自身供電而持續不斷地工作，然後斷開外電源。
3.根據權利要求1所述的空氣壓縮發電方法，其特徵在於，在沒有外來電源的條件下，還可以採用柴油機帶動空氣壓縮機工作制氣，在拖動發電機轉子運轉發電後，空氣壓縮機再由電動機發出的電供電，並停止柴油機工作。
4.根據權利要求1所述的空氣壓縮發電方法，其特徵在於，還可以將一個高壓儲氣罐在一個有電條件的地方預先裝足氣量後，作為空氣壓縮機的啟動氣壓之用。
5.根據權利要求1所述的空氣壓縮發電方法，其特徵在於，所述空氣壓縮機由三組組成，第一組用於吸收壓縮空氣，第二組用於對第一組壓縮空氣增壓，第三組用於對第二組壓縮空氣進一步增壓。
全文摘要
一種空氣壓縮發電方法，其利用空氣壓縮機，將大自然之中的空氣吸收壓縮成密度高壓力大的有效氣壓資源，並送入高壓罐內儲存穩壓，再通過放氣閥門和輸氣管道向氣輪機內排放，衝動氣輪機葉輪運轉並拖動發電機轉子運轉而發電。本發明所用能源十分廣泛，採吸方便，對環境無汙染，不受自然條件影響，具有經濟、簡便，成本低、效益好、適應性廣等優點。
文檔編號F03D9/00GK1800637SQ20051003240
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月12日 優先權日2005年11月12日
發明者曾令望, 陳長初 申請人:曾令望, 陳長初