(57)【要約】【課題】電力を他の形式のエネルギーに転化して蓄積でき、そうして電力に変換するので、一定程度で電力浪費の問題を解決し、同時に大型の垂直軸風力発電機のオフグリッド発電の問題を解決する。【解決手段】エネルギー蓄積発電システムは、エネルギー蓄積システム及び発電システムを含んでおり、該エネルギー蓄積システムが、少なくとも一つの密閉の高圧ガスタンク（2）及びそれに対応する空気圧縮機（1）を含む高圧ガス発生装置と、少なくとも一つの密閉の水槽（3）を含む貯水装置と、水力タービンとを含んでいる。空気圧縮機（1）が吸気管（4）を介して高圧ガスタンク（2）と連通し、高圧ガスタンク（2）が排気管（5）を介して水槽と連通し、水槽が出水管を介して水力タービン（10）の進水口と接続し、水力タービンのインペラ（102）が主歯車を介して発電機と接続し、前記発電システムはケーブルによれ前記空気圧縮機に給電する。【選択図】図８
2014532825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心塔柱（２４）及び該中心塔柱に設置される一つ以上の発電ユニットを含むエネルギー蓄積システムと、
前記中心塔柱と枢軸で連結されるΦ形の風車（１７）、中心塔柱に外嵌される主歯車（１８）、二つ以上の発電機（２０）、及び該発電機が取付けられる取付け台（２３）を含む発電システムと、
を含んでおり、前記主歯車が前記風車の下方に設置されて前記風車と接続し、前記主歯車が歯車伝動システムを介して前記発電機の回転軸と接続し、
前記エネルギー蓄積システムは更に、
少なくとも一つの高圧ガスタンク（２）及びそれに対応する空気圧縮機（１）を含む高圧ガス発生装置と、
少なくとも一つの水槽（３）を含む貯水装置と、
水力タービン（１０）と、
を含んでおり、前記空気圧縮機が吸気管（４）を介して前記高圧ガスタンクと連通し、前記高圧ガスタンクが排気管（５）を介して前記水槽と連通し、
前記水力タービンが地面に近づく発電ユニットの下方に設置され、水力タービンが前記中心塔柱を取り囲むインペラ（１０２）及び該インペラを被覆するハウジング（１０１）を含み、前記ハウジングに進水口及び出水口が設置され、
前記水槽が出水管（６）を介して前記水力タービンの進水口と接続し、前記水力タービンのインペラが地面に近づく発電ユニットの主歯車と接続し、前記発電システムがケーブルにより前記空気圧縮機に給電する
ことを特徴とする垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【請求項２】
前記風車の上端に第一軸受が設置され、前記第一軸受の内輪が前記中心塔柱に固定されて外嵌され、前記第一軸受の外輪が前記風車の上端と固接し、前記風車の下端が第二軸受に設置され、前記第二軸受の内輪が前記中心塔柱に固定されて外嵌され、前記第二軸受の外輪が前記風車下端及び主歯車と固接し、前記風車が第一軸受及び第二軸受を介して前記中心塔柱と枢軸で連結されることを特徴とする請求項1に記載の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【請求項３】
前記主歯車と前記風車との間にカップリング及び制動装置が設置され、前記カップリングの上端が前記風車の下端と接続し、カップリングの下端が主歯車と接続し、前記制動装置が、前記カップリングに設置される環形のブレーキディスクと、前記塔柱に固定される一つ以上の制動装置とを含み、前記制動装置が、ブレーキ及び該ブレーキを駆動するための動力源を含み、前記ブレーキが所述ブレーキディスクに協調することを特徴とする請求項1に記載の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【請求項４】
前記中心塔柱が鉄筋コンクリート構造とし、前記中心塔柱の中心に底部から頂部に直通するチャンネルが設置され、前記取付け台が前記中心塔柱を取り囲み、前記取付け台が前記中心塔柱と一体に注射成型され、前記取付け台に取付けねじ孔が設置され、前記内回転子発電機がボルトにより前記取付け台に固定されることを特徴とする請求項1に記載の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【請求項５】
前記貯水装置が二つの水槽を含み、前記水力タービン出水口がリターンパイプを介して前記水槽と連通することを特徴とする請求項1に記載の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【請求項６】
前記高圧ガス発生装置は、第一高圧ガスタンク及び第二高圧ガスタンクである二つの高圧ガスタンクと、第一空気圧縮機及び第二空気圧縮機である二つの空気圧縮機を含み、前記第二空気圧縮機が第一気管を介して前記第一高圧ガスタンクと連通し、前記第一空気圧縮機が第二気管を介して前記排気管と連通することを特徴とする請求項1又は5に記載の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【請求項７】
前記吸気管、排気管、第一気管、第二気管、出水管及びリターンパイプに、それぞれ弁が設置され、前記出水管に昇圧設備が設置されることを特徴とする請求項6に記載の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【請求項８】
垂直軸風力発電機は、中心塔柱（２４）及び該中心塔柱に設置される一つ以上の発電ユニットを含むエネルギー蓄積システムと、前記中心塔柱と枢軸で連結されるΦ形の風車（１７）、中心塔柱に外嵌される主歯車（１８）、二つ以上の発電機（２０）、及び該発電機が取付けられる取付け台（２３）を含む発電システムと、を含んでおり、前記主歯車が前記風車の下方に設置されて前記風車と接続し、前記主歯車が歯車伝動システムを介して前記発電機の回転軸と接続し、
前記エネルギー蓄積システムは更に、少なくとも一つの密閉の高圧ガスタンク（２）及びそれに対応する空気圧縮機（１）を含む高圧ガス発生装置と、少なくとも一つの密閉の水槽（３）を含む貯水装置と、水力タービン（１０）とを含んでおり、具体的に垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電方法は以下の手順を含む：
（1）発電システムは、余裕の電量をケーブルによりエネルギー蓄積システムの空気圧縮機に輸送する；
（2）空気圧縮機の通電による作動は、吸気管により空気を高圧ガスタンク（２）に圧縮し込み、高圧ガスタンク内の空気の分子位置エネルギーを増加させ、電力から空気の分子位置エネルギーへの変換を完成する；
（3）水槽内に水が入れられており、エネルギー蓄積システムを発電起動させる必要がある場合、高圧ガスタンク内の高圧ガスを排気管により水槽に送り、水槽内の気圧を増加させ、気圧が指定値になると、水槽内の水を出水管により水力タービンに排出させ、出水管内の水が気圧の作用下で一定の運動エネルギーを生じ、それで空気分子位置エネルギーから水運動エネルギーへの変換を完成する；
（4）  運動エネルギーを備える水が出水管に沿って水力タービンに達成し、且つ水力タービンのインペラ（１０２）を回動駆動し、それで水の運動エネルギーから機械エネルギーへの変換を完成し、水力タービンのインペラが主歯車を介して発電機を回転駆動することで、発電ユニットを発電し、最終に機械エネルギーから電力への変換を完成することを特徴とする垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電方法。
【請求項９】
前記高圧ガス発生装置は、第一高圧ガスタンク及び第二高圧ガスタンクである二つの高圧ガスタンクと、第一空気圧縮機及び第二空気圧縮機である二つの空気圧縮機を含み、前記第二空気圧縮機が第一気管を介して前記第一高圧ガスタンクと連通し、前記第一空気圧縮機が第二気管を介して前記排気管と連通し、
前記手順（2）は、第一空気圧縮機が吸気管により空気を第一高圧ガスタンクに圧縮し込み、第一高圧ガスタンク内の空気の分子位置エネルギーを増加させる；第二空気圧縮機が吸気管により空気を第二高圧ガスタンクに圧縮し込み、第二高圧ガスタンク内の空気の分子位置エネルギーを増加させることを特徴とする請求項8に記載の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【請求項１０】
前記貯水装置は第一水槽及び第二水槽である二つの水槽を含み、前記水力タービンの出水口がリターンパイプを介してそれぞれ前記第一水槽及び第二水槽と連通する；
前記手順（3）は具体的に：第一水槽或は第二水槽内に水が入れられており、水を入れた水槽が作動水槽とし、水のない水槽がスタンバイ水槽とし、エネルギー蓄積システムを起動して発電させる必要がある場合、高圧ガスタンク内の高圧ガスを排気管により作動水槽に送り、作動水槽内に気圧を増加させ、当気圧が指定値になると、作動水槽内の水は、出水管により水力タービンに出水され、水力タービンを作動した後、リターンパイプによりスタンバイ水槽に入り、また、作動水槽内の水が全部スタンバイ水槽に移送された場合、元スタンバイ水槽が新しい作動水槽となり、元作動水槽成が新しいスタンバイ水槽となり、このように発電を循環実行することを特徴とする請求項8に記載の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は垂直軸風力発電分野に関し、特にはグリッド接続/オフグリッド発電を具備する大型垂直軸風力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
人々の生活及び仕事は、電気から離れられなく、電気の無い世界は想象できなく、電力がないと人の生活が退屈で詰まらなく、生産が停滞し、直接的に全社会の生産力が崩潰する。電力がこれ程重要になるので、現在、世界各国は電力の開発を格別に重要視し、常用の発電手段には風力発電、水力発電、火力発電及び核エネルギー発電がある。その中で火力発電及び核エネルギー発電に重大汚染が存在し、人類発展の需要に合致しないので、現在次第に人類が放棄している。水力発電の資源が小さく、人類の電量への需要を遥かに満たしえないので、環境を保護し、資源の豊富な風力発電は今後人類の主要な開発方向となる。
現在、グリッド接続発電による大型の垂直軸風力発電機には更に問題が存在し、これらの難題は、自然風に多い不安定性に起因する。低風速の場合、大型の垂直軸風力発電機は、起動しにくく、或は根本的に起動できなく、発電機が資源を無駄に浪費するようになる。正常風速の場合、大型の垂直軸風力発電機はグリッド接続作動を起動できるが、発電機の発電効率が高くなく、全負荷状態にないことがある。超大風力の場合、発電機の回転速度を明らかに速め、ひいては発電機自身の定格パワーを超し、この時の発電機が危険状態にあり、発電機部品が損壊される恐れがあり、高過ぎるパワー出力には同時にある種の危険が存在する。なお、自然風には常に小型風力、低風速或は高風速が存在するので、発電機の発電パワーが極め不安定になり、送電網に接続する時、送電網に影響を与える。
【０００３】
中国における現在の給電システムは、変電所の発電設備の発送する電力を各区域の配電所に供給した後、配電所が該区域の住民及び工場に給電しており、遠隔地域に対しては、このようなグリッド接続給電の方式ではコストが高く、補修が難しい等多くの問題があるため、遠隔地域に給電し難い問題を引き起こし、現在、各級政府が緊急に解決する必要な問題になり、オフグリッド発電は該問題を解決する最敵な経路であり、どの様に風力発電を利用して該問題を解決するのかが研究開発の方向となる。
【０００４】
グリッド接続それともオフグリッドの風力発電にかかわらず、昼間、生産活動の電力使用需要が大きく、変電所の給電が十分に緊迫し、ひいては区域別電力使用を実行する必要があることで電力使用緊欠の問題を解決することがある。夜晩、生産活動の電力使用需要が小さく、この時変電所の給電は余裕であり、これらの余裕な電力を生産・生活用途に投入できなく最終的に浪費し、どう該部分浪費の電力を再利用するのかは、風力発電機のグリッド接続或はオフグリッド発電に存在する他の問題をよく解決する。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の解決しようとする第一の技術問題は、垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システムを提供し、グリッド接続で発電することで、その発電パワーが送電網に影響を与えることなく、電力を他の形式のエネルギーに転化して蓄積でき、更に電力に再変換するので、電力浪費の問題を一定程度解決すると共に、大型垂直軸風力発電機のオフグリッド発電の問題を解決する。
本発明の解決しようとする第二の技術問題は、垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電方法を提供し、グリッド接続で発電することで、その発電パワーが送電網に影響を与えることなく、電力を他の形式のエネルギーに転化して蓄積でき、更に電力に再変換するので、電力浪費の問題を一定程度解決すると共に、大型の垂直軸風力発電機のオフグリッド発電の問題を解決する。
【０００６】
上記技術問題の一つを解決するために、本発明の技術方案は、以下の通りである: 中心塔柱及び該中心塔柱に設置される一つ以上の発電ユニットを含むエネルギー蓄積システムと、
前記中心塔柱と枢軸で連結されるΦ形の風車、中心塔柱に外嵌される主歯車、二つ以上の発電機、及び該発電機が取付けられる取付け台を含む発電システムと、
を含んでおり、前記主歯車が前記風車の下方に設置されて前記風車と接続し、前記主歯車が歯車伝動システムを介して前記発電機の回転軸と接続し、
前記エネルギー蓄積システムは更に、
少なくとも一つの高圧ガスタンク及びそれに対応する空気圧縮機を含む高圧ガス発生装置と、
少なくとも一つの水槽を含む貯水装置と、
水力タービンと、
を含んでおり、前記空気圧縮機が吸気管を介して前記高圧ガスタンクと連通し、前記高圧ガスタンクが排気管を介して前記水槽と連通し、
前記水力タービンが地面に近づく発電ユニットの下方に設置され、水力タービンが前記中心塔柱を取り囲むインペラ及び該インペラを被覆するハウジングを含み、前記ハウジングに進水口及び出水口が設置され、
前記水槽が出水管を介して前記水力タービンの進水口と接続し、前記水力タービンのインペラが地面に近づく発電ユニットの主歯車と接続し、前記発電システムがケーブルにより前記空気圧縮機に給電する垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システム。
【０００７】
さらに、前記風車の上端に第一軸受が設置され、前記第一軸受の内輪が前記中心塔柱に固定されて外嵌され、前記第一軸受の外輪が前記風車の上端と固接し、前記風車の下端が第二軸受に設置され、前記第二軸受の内輪が前記中心塔柱に固定されて外嵌され、前記第二軸受の外輪が前記風車下端及び主歯車と固接し、前記風車が第一軸受及び第二軸受を介して前記中心塔柱と枢軸で連結される。
【０００８】
さらに、前記主歯車と前記風車との間にカップリング及び制動装置が設置され、前記カップリングの上端が前記風車の下端と接続し、カップリングの下端が主歯車と接続し、前記制動装置が、前記カップリングに設置される環形のブレーキディスクと、前記塔柱に固定される一つ以上の制動装置とを含み、前記制動装置が、ブレーキ及び該ブレーキを駆動するための動力源を含み、前記ブレーキが所述ブレーキディスクに協調する。
【０００９】
さらに、前記中心塔柱が鉄筋コンクリート構造とし、前記中心塔柱の中心に底部から頂部に直通するチャンネルが設置され、前記取付け台が前記中心塔柱を取り囲み、前記取付け台が前記中心塔柱と一体に注射成型され、前記取付け台に取付けねじ孔が設置され、前記内回転子発電機がボルトにより前記取付け台に固定される。
さらに、前記貯水装置が二つの水槽を含み、前記水力タービン出水口がリターンパイプを介して前記水槽と連通する。
【００１０】
さらに、前記高圧ガス発生装置は、第一高圧ガスタンク及び第二高圧ガスタンクである二つの高圧ガスタンクと、第一空気圧縮機及び第二空気圧縮機である二つの空気圧縮機を含み、前記第二空気圧縮機が第一気管を介して前記第一高圧ガスタンクと連通し、前記第一空気圧縮機が第二気管を介して前記排気管と連通する。
さらに、前記吸気管、排気管、第一気管、第二気管、出水管及びリターンパイプに、それぞれ弁が設置され、前記出水管に昇圧設備が設置される。
【００１１】
上記技術問題の二つを解決するために、本発明の技術方案は、以下の通りである: 垂直軸風力発電機は、中心塔柱及び該中心塔柱に設置される一つ以上の発電ユニットを含むエネルギー蓄積システムと、前記中心塔柱と枢軸で連結されるΦ形の風車、中心塔柱に外嵌される主歯車、二つ以上の発電機、及び該発電機が取付けられる取付け台を含む発電システムと、を含んでおり、前記主歯車が前記風車の下方に設置されて前記風車と接続し、前記主歯車が歯車伝動システムを介して前記発電機の回転軸と接続し、
前記エネルギー蓄積システムは更に、少なくとも一つの密閉の高圧ガスタンク及びそれに対応する空気圧縮機を含む高圧ガス発生装置と、少なくとも一つの密閉の水槽を含む貯水装置と、水力タービンとを含んでおり、具体的に垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電方法は以下の手順を含む：
（1）発電システムは、余裕の電量をケーブルによりエネルギー蓄積システムの空気圧縮機に輸送する；
（2）空気圧縮機の通電による作動は、吸気管により空気を高圧ガスタンクに圧縮し込み、高圧ガスタンク内の空気の分子位置エネルギーを増加させ、電力から空気の分子位置エネルギーへの変換を完成する；
（3）水槽内に水が入れられており、エネルギー蓄積システムを発電起動させる必要がある場合、高圧ガスタンク内の高圧ガスを排気管により水槽に送り、水槽内の気圧を増加させ、気圧が指定値になると、水槽内の水が出水管により水力タービンに出水させ、出水管内の水が気圧の作用下で一定の運動エネルギーを生じ、それで空気分子位置エネルギーから水運動エネルギーへの変換を完成する；
（4）  運動エネルギーを備える水が出水管に沿って水力タービンに達成し、且つ水力タービンのインペラを回動駆動し、それで水の運動エネルギーから機械エネルギーへの変換を完成し、水力タービンのインペラが主歯車を介して発電機を回転駆動することで、発電ユニットを発電し、最終に機械エネルギーから電力への変換を完成する。
【００１２】
さらに、前記高圧ガス発生装置は、第一高圧ガスタンク及び第二高圧ガスタンクである二つの高圧ガスタンクと、第一空気圧縮機及び第二空気圧縮機である二つの空気圧縮機を含み、前記第二空気圧縮機が第一気管を介して前記第一高圧ガスタンクと連通し、前記第一空気圧縮機が第二気管を介して前記排気管と連通し、
前記手順（2）は具体的に、第一空気圧縮機が吸気管により空気を第一高圧ガスタンクに圧縮し込み、第一高圧ガスタンク内の空気の分子位置エネルギーを増加させる；第二空気圧縮機が吸気管により空気を第二高圧ガスタンクに圧縮し込み、第二高圧ガスタンク内の空気の分子位置エネルギーを増加させる。
【００１３】
さらに、前記貯水装置は第一水槽及び第二水槽である二つの水槽を含み、前記水力タービンの出水口がリターンパイプを介してそれぞれ前記第一水槽及び第二水槽と連通する；
前記手順（3）は具体的に：第一水槽或は第二水槽内に水が入れられており、水を入れた水槽が作動水槽とし、水のない水槽がスタンバイ水槽とし、エネルギー蓄積システムを起動して発電させる必要がある場合、高圧ガスタンク内の高圧ガスを排気管により作動水槽に送り、作動水槽内の気圧を増加させ、当気圧が指定値になると、作動水槽内の水は、出水管により水力タービンに出水させ、水力タービンを作動した後、リターンパイプによりスタンバイ水槽に入り、また、作動水槽内の水が全部スタンバイ水槽に移送された場合、元スタンバイ水槽が新しい作動水槽となり、元作動水槽成が新しいスタンバイ水槽となり、このように発電を循環実行する。
【００１４】
本発明は従来の技術に対する有益な効果は以下の通りである：
1）低風速の風車で発電機を起動し難い場合、水力タービンが補助起動として、風車及び水力タービンの共同駆動下で、発電機を容易に起動できる。
2）発電機が正常運行状態にあり、通過水力タービンで発電機の回転子を駆動し、且つ発電機の回転子を加速させ、発電機を全負荷パワー状態に達させる。
3）超大風速の場合、水力タービンを反方向に回転させるため、発電機の回転子速度の増加を抑制し、発電機の回転子を定格の回転速度状態に回復させ、その発電パワーが対送電網に影響を与えない。
4）エネルギー蓄積システムと発電システムとが相互に協調し、電力を他の形式のエネルギーに転化して蓄積でき、更に電力に再変換するので、電力浪費の問題を一定程度で解決すると共に、大型垂直軸風力発電機のオフグリッド発電の問題を解決する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例1による発電システムの構造見取図である。
【図２】図1のAに沿う拡大図である。
【図３】本発明の実施例2による発電システムの構造見取図である。
【図４】取付け台内部の構造見取図である。
【図５】制動装置の構造見取図である。
【図６】マウスケージの構造見取図である。
【図７】本発明の実施例1によるエネルギー蓄積システムの管路図である。
【図８】本発明の実施例2によるエネルギー蓄積システムの管路図である。
【図９】実施例2によるエネルギー蓄積システムの水槽の断面図である。
【図１０】実施例3によるエネルギー蓄積システムの管路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、明細書の図面を結合して本発明についてより一層説明する。
［実施例 1］
垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システムは、エネルギー蓄積システム及び発電システムを含む。
図1、2の示すように、前記エネルギー蓄積システムは、中心塔柱24と、中心塔柱24に設置される一つ以上の発電ユニットとを含み、本実施例には、前記中心塔柱24に一つの発電ユニットが設置される場合、該発電ユニットが地面に近づく。本実施例には、さらに前記中心塔柱24に二つの発電ユニット設置される場合、これらの発電ユニットが上下配置される。前記発電ユニットは、風車17と、主歯車18と、二つ以上の発電機20と、前記発電機20が取付けられるための取付け台23とを含む。本実施例には、主歯車18の周辺に二つの発電機20が対称に設置され、前記風車17がΦ形の風車であり、前記風車17が二枚の対称設置されるブレードにより構成される。前記中心塔柱24における風車17の上端に対応する位置に、第一軸受16が設置され、中心塔柱24における風車17の下端に対応する位置には、第二軸受19が設置される。ブレードの上端が第一接続フランジ27を介して第一軸受16の外輪と接続し、ブレードの下端が順次に、第二接続フランジ28、カップリング29、第三接続フランジ（未図示）及び主歯車18を通過して且つ第二軸受19の外輪と接続する。その中で、本実施例の第一、二軸受16、19が二列のターンテーブル玉軸受であり、且つ該軸受が従来の技術を利用するので、ここに詳細に記述しなく、当業者がその構造及び作動原理を知るべきである。前記風車17が、第一軸受16及び第二軸受19を介して前記中心塔柱24と枢軸で連結され、且つ風車17と前記主歯車18が同期の回転速度を備える。
【００１７】
前記主歯車18がそれぞれ歯車伝動手段を介してと前記発電機20の回転軸と連接し、本実施例には、前記歯車伝動手段が一つの傘歯車22とし、前記傘歯車22が主歯車18に噛合し、且つ水平に放置される発電機20の回転軸に外嵌されるため、風車17が主歯車18及び傘歯車22を介して前記発電機20の回転軸と連動し、風車17の垂直回転を発電機20の水平回転に転変することを実現し、垂直軸風力発電機に対して、発電機20の取付けをより簡単で便利にする。
【００１８】
図6の示すように、前記第一軸受16と第二軸受19との間に、二つ以上の均一に同一円周に分布する接続管26が設置され、接続管26の上端が第一接続フランジ27を介して第一軸受16の外輪と固接し、接続管26の下端が第二接続フランジ28と接続し、第一軸受16の外輪が前記接続管26を介して前記第二軸受19の外輪の連動と同期する。前記第一接続フランジ27、接続管26及び第二接続フランジ28の分布は、一つのマウスケージ41の構造を構成する。ブレードの上端の風速が下端の風速と異なる場合があり、上端の風速が一般的に下端の風速よりも大きくなるので、このブレードが回転する時、上端の速度が下端の速度が速くさせるが、ブレードは一体構造とするので、ブレードの上端及び下端が同期する回転速度を備えなければならず、そうでなければブレードが捻じ曲がる恐れがあり、ブレードの最適な風上面積を破壊し、ブレードによる風力エネルギーの利用率を低下させる。マウスケージ41の設計は、ブレード上端のモメントをブレード下端に伝送し、ブレードが回転する過程で、出来るだけブレードの歪曲程度を低下させるためである。
【００１９】
前記主歯車18と傘歯車22との間に、歯車伝動システムと主歯車18との連接を制御するためのクラッチ（未図示）が設置され、前記風車17及び発電機20の回転軸に速度センサー（未図示）が設置され、前記速度センサーが前記クラッチと電気に接続する。速度センサーで風車17或は発電機20の回転軸回転速度が所定値を超したことを検出する場合、信号をクラッチに発送し、クラッチが歯車伝動システムと主歯車18との接続を切断させる。速度センサーで風車17の回転速度が所定値内に回復することを検出する場合、信号をクラッチに発送し、クラッチが新たに歯車伝動システムと主歯車18とを接続させる。
【００２０】
図4の示すように、前記中心塔柱24が中空の鉄筋コンクリート構造とし、前記取付け台23が前記中心塔柱24を取り囲み、且つ前記中心塔柱24と一体注射成型される。前記取付け台23の内部に工形鋼が設置され、前記工形鋼が水平に設置されて所述中心塔柱24を貫通し、且つ相互に垂直に交錯してグリッド状の分布に形成され、また中心塔柱24内の建築構造用鉄筋30が前記取付け台23内に延出する。前記取付け台23上に取付けねじ孔が設置され、発電機20、制御キャビネット25等の発電設備がボルトにより前記取付け台23に固定される。前記取付け台23に防護フード21が設置され、前記防護フード21が前記取付け台23を取り取り囲、前記防護フード21に門窓を設置して風雨防止の室を形成し、前記発電機20を前記室内に設置されることで、発電機20、制御キャビネット25及び歯車伝動システム等の発電設備に外界環境による影響を与えないように保護し、安全の環境での運転を確認し、発電設備の使用寿命を増加できる。所述隣接の両取付け台23間の間隔内に発電ユニットの風車17が取付けられる。今後の補修に便利するために、中心塔柱24には中心塔柱24内のチャンネル31へ通じる補修口を設置し保守担当者が補修口により中心塔柱24のチャンネル31内に入る。チャンネル31内に吊りケージを設置し、保守担当者が吊りケージにより中心塔柱24の異なる高さまで到達し、多層の発電ユニットを備える垂直軸風力発電機20に十分に利用される。なお、該チャンネル31により上位層の発電ユニットのケーブルを更に配線できる。
【００２１】
図5の示すように、前記カップリング29が弾性のカップリングであり、カップリング29の上端が第二接続フランジ28を介して風車17の下端と接続し、カップリング29の下端が第三接続フランジを介して主歯車18と接続し、主歯車18が第二軸受19の外輪に固定されることで、風車17、カップリング29及び主歯車18が同期できるようにする。前記カップリング29内には、環形ブレーキディスク32及び一つ以上の制動装置36を含む制動装置が設置されており。前記ブレーキディスク32が固定部40及び摩擦部39を含み、前記固定部40と摩擦部39との間に過渡斜面が設置され、前記固定部40がカップリング29に固定される。前記摩擦部39の上・下面に半径方向に沿って呈放射状とする滑り止めストライプが設置されることで、ブレーキとブレーキディスク32との間の摩擦力を増大させ、その制動効果を増強する。前記制動装置36がブレーキガスケット35、ダンパー34、ダンパーガスケット33、ブレーキ38及びブレーキを駆動するための動力源37を含む。前記中心塔柱24に環形のボス43が延出に設置され、前記ダンパーガスケット33が前記ボス43上に設けられ、前記ダンパー34が前記ダンパーガスケット33上に設けられ、前記ブレーキガスケット35が前記ダンパー34上に設けられる。前記ブレーキ38は、前記ブレーキガスケット35に設けられ、均一に前記中心塔柱24周辺に分布して多点制動を形成する。前記ブレーキ38がブレーキディスク32の上下両側に設置される制動片を含み、前記制動片がブレーキディスク32の摩擦部39に嵌合する。前記制動装置36の動力源37が油圧駆動システムであり、信頼的な強力のある動力を提供する。
【００２２】
制動時、実際的には制動装置がカップリング29を制動するが、カップリング29が風車17と主歯車18とを一体に接続するので、垂直軸風力発電機20の風車17及び主歯車18の速度を低下でき、これで風車17が失速で損壊されないように保護できるだけでなく、発電機20が発電パワーの高過ぎで火傷破損されないように保護できる。このような制動装置と垂直軸風力発電機20とが相互に協調し、且つ構造が簡単で、制動効果が顕著になる。
【００２３】
風車17が風力作用で回転させ、その動力が順次に主歯車18、歯車伝動システムを介して各発電機20の回転軸に伝送され、各発電機20が機械エネルギーを提供し、発電できる。歯車伝動システムにより主歯車18と発電機20の回転軸の回転速度比を変更でき、風車17の回転速度が低くなるかにかまわず、歯車伝動システムの調整により、同様に比較的大きい回転速度を発電機20の回転軸に出力できるので、高回転速度の発電機20を利用でき、高回転速度の発電機20が従来の技術による低回転速度発電機20と比べて、同様の発電パワーで、高回転速度の発電機20の体積がもっと小さくなる。本発明では、風車17の負荷を減少させ、起動の風速が小さくなり、風力発電機20が低風速でも発電できるのに有利する。各発電ユニットの発電機20の体積が比較的小さいので、その製造コストが低く、且つ検査・修理難度を低下させ、また中心塔柱24に取付けられる発電ユニットの数量がより多くなり、垂直軸風力発電機の発電システムの発電パワーをより一層向上させる。
【００２４】
図7の示すように、前記エネルギー蓄積システムは、高圧ガス発生装置、貯水装置及び水力タービンを含む。前記高圧ガス発生装置は、少なくとも一つの密閉の高圧ガスタンク2及びそれに対応する空気圧縮機1を含み、本実施例には一つの密閉の高圧ガスタンク2及び一つの空気圧縮機1だけを含む。前記貯水装置が少なくとも一つの密閉の水槽3を含み、本実施例には一つの水槽3だけを含む。前記空気圧縮機1は、手動弁8が設置された吸気管4を介して、前記高圧ガスタンク2と連通する。前記高圧ガスタンク2が調節弁9を介して排気管道5と接続し、手動弁8を設置した排気管5が前記水槽3頂部と連通する。空気圧縮機1は、手動弁8が設置された第二気管14を介して排気管5と連通する。前記水槽3は、底部から出水管6を引出し、出水管6を介して前記水力タービン10の進水口と接続し、前記出水管6にそれぞれ手動弁8及び少なくとも一つの昇圧機13が設置され、前記出水管6が昇圧弁11を介して水力タービン10の進水口と接続し、前記水力タービン10が発電ユニットの下方に設置され、水力タービン10が、前記中心塔柱24を取り囲インペラ102と、このインペラを被覆するハウジング101とを含み、前記水力タービンのインペラ102が主歯車18と接続する。
【００２５】
本発明の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電原理は次の通りである：
（1）発電システムは、余裕の電量をケーブルによりエネルギー蓄積システムの空気圧縮機1に輸送する。
（2）空気圧縮機1の通電による作動は、吸気管4により空気を高圧ガスタンク2内に圧縮し込み、高圧ガスタンク2内の空気の分子位置エネルギーを増加させ、電力から空気の分子位置エネルギーへの変換を完成する。
（3）水槽3内に水が入れられており、エネルギー蓄積システムを発電起動させる必要がある場合、高圧ガスタンク2内の高圧ガスを排気管5により水槽3に送り、水槽3内の気圧を増加させ、気圧が指定値になると、水槽3内の水が出水管6により水力タービン10に出水され、出水管6内の水が気圧の作用下で一定の運動エネルギーを生じ、それで空気分子位置エネルギーから水運動エネルギーへの変換を完成する。
（4）運動エネルギーを備える水が出水管6に沿って水力タービン10に達成し、且つ水力タービン10のインペラ102を回動駆動し、それで水の運動エネルギーから機械エネルギーへの変換を完成し、水力タービン10のインペラ102が主歯車18を介して発電機20を回転駆動することで、発電ユニットを発電し、最終に機械エネルギーから電力への変換を完成する。
発電ユニットに対して、エネルギー蓄積システムも以下のように発電機20の出力パワーの調節目的を達成できる。
【００２６】
発電機20の起動方式
低風速で発電機20を起動させ難い場合、起動エネルギー蓄積システムは、水力タービン10を回動駆動し、風車17及び水力タービンのインペラ102の共同作用で発電機20の起動を実現する。
発電機20の発電方式
発電機20が正常に発電するが、全負荷発電に達しない場合、速度センサーが出風車17の回転速度を測定し、且つ信号をコントローラーにフィードバックし、コントローラーが該信号を既設信号と比較し、出水管路内の電磁弁の流量を制御し、出水管内の水流が昇圧機13の再昇圧により強大の水柱を形成して水力タービンのインペラ102に突撃することで、水力タービンのインペラ102及び発電機20の回転子の回動速度を速め、風車17の速度が次第に上昇することにより、電磁弁の流量が次第に減少し、出水管内の水柱による水力タービンのインペラ102への作用を弱化させ、発電機20の回転子を平穏に定格の回転速度に達させることができる。エネルギー蓄積システムの補助下で、発電ユニットが常に全負荷発電状態に保持でき、該発電単元が送電網にアクセスする時により安定にさせる。
発電機20の制動方式
超大風で発電機20の回転速度が定格の回転速度を超させる場合、速度センサーが風車17の回転速度度を測定し、且つ信号をコントローラーにフィードバックし、コントローラーが該信号を既設信号と比較し、電磁弁の流量及び水力タービンの進水口の方向を制御する。出水管6内の水柱が、インペラ102の回転方向と逆向にインペラ102に作用し、インペラ102に逆向の推力を加えるため、発電機20の回転子速度の最大値を制限し、発電ユニットの発電状態を全負荷状態に保持させる。
【００２７】
［実施例 ２］
垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システムは、エネルギー蓄積システム及び発電システムを含む。
図1、2の示すように、前記エネルギー蓄積システムは、中心塔柱24と、中心塔柱24に設置される一つ以上の発電ユニットとを含み、本実施例には、さらに前記中心塔柱24に二つの発電ユニット設置される場合、これらの発電ユニットが上下配置される。前記発電ユニットは、風車17と、主歯車18と、二つ以上の発電機20と、前記発電機20が取付けられるための取付け台23とを含む。本実施例には、主歯車18の周辺に二つの発電機20が対称に設置され、前記風車17がΦ形の風車であり、前記風車17が二枚の対称設置されるブレードにより構成される。前記中心塔柱24における風車17の上端に対応する位置に、第一軸受16が設置され、中心塔柱24における風車17の下端に対応する位置には、第二軸受19が設置される。ブレードの上端が第一接続フランジ27を介して第一軸受16の外輪と接続し、ブレードの下端が順次に、第二接続フランジ28、カップリング29、第三接続フランジ及び主歯車18を通過して且つ第二軸受19の外輪と接続する。その中で、本実施例の第一、二軸受が二列のターンテーブル玉軸受であり、且つ該軸受が従来の技術を利用するので、ここに詳細に記述しなく、当業者がその構造及び作動原理を知るべきである。前記風車17が、第一軸受16及び第二軸受19を介して前記中心塔柱24と枢軸で連結され、且つ風車17と前記主歯車18が同期の回転速度を備える。
前記主歯車18がそれぞれ歯車伝動手段を介してと前記発電機20の回転軸と連接し、本実施例には、前記歯車伝動手段が一つの傘歯車22とし、前記傘歯車22が主歯車18に噛合し、且つ水平に放置される発電機20の回転軸に外嵌されるため、風車17が主歯車18及び傘歯車22を介して前記発電機20の回転軸と連動し、風車17の垂直回転を発電機20の水平回転に転変することを実現し、垂直軸風力発電機に対して、発電機20の取付けはより簡単で便利する。
【００２８】
図6の示すように、前記第一軸受16と第二軸受19との間に、二つ以上の均一に同一円周に分布する接続管26が設置され、接続管26の上端が第一接続フランジ27を介して第一軸受16の外輪と固接し、接続管26の下端が第二接続フランジ28と接続し、第一軸受16の外輪が前記接続管26を介して前記第二軸受19の外輪の連動と同期する。前記第一接続フランジ27、接続管26及び第二接続フランジ28の分布は、一つのマウスケージ41の構造を構成する。ブレードの上端の風速が下端の風速と異なる場合があり、上端の風速が一般的に下端の風速よりも大きくなるので、このブレードが回転する時、上端の速度が下端の速度が速くさせるが、ブレードは一体構造とするので、ブレードの上端及び下端が同期する回転速度を備えなければならなく、然もなくばブレードが捻じ曲がる虞があり、ブレードの最適な風上面積を破壊し、ブレードによる風力エネルギーの利用率を低下させる。マウスケージ41の設計は、ブレード上端のモメントをブレード下端に伝送し、ブレードが回転する過程で、出来るだけブレードの歪曲程度を低下させるためである。
【００２９】
前記主歯車18と傘歯車22との間に、歯車伝動システムと主歯車18との連接を制御するためのクラッチ（未図示）が設置され、前記風車17及び発電機20の回転軸に速度センサー（未図示）が設置され、前記速度センサーが前記クラッチと電気に接続する。速度センサーで風車17或は発電機20の回転軸回転速度が所定値を超したことを検出する場合、信号をクラッチに発送し、クラッチが歯車伝動システムと主歯車18との接続を切断させる。速度センサーで風車17の転速が所定値内に回復することを検出する場合、信号をクラッチに発送し、クラッチが新たに歯車伝動システムと主歯車18とを接続させる。
図4の示すように、前記中心塔柱24が中空の鉄筋コンクリート構造とし、前記取付け台23が前記中心塔柱24を取り囲、且つ前記中心塔柱24と一体注射成型される。前記取付け台23の内部に工形鋼が設置され、前記工形鋼が水平に設置されて所述中心塔柱24を貫通し、且つ相互に垂直に交錯してグリッド状の分布に形成され、また中心塔柱24内の建築構造用鉄筋30が前記取付け台23内に延出する。前記取付け台23上に取付けねじ孔が設置され、発電機20、制御キャビネット25等の発電設備がボルトにより前記取付け台23に固定される。前記取付け台23に防護フード21が設置され、前記防護フード21が前記取付け台23を取り取り囲、前記防護フード21に門窓を設置して風雨防止の室を形成し、前記発電機20が前記室内に設置されることで、発電機20、制御キャビネット25及び歯車伝動システム等の発電設備に外界環境による影響を与えないように保護し、安全の環境での運転を確認し、発電設備の使用寿命を増加できる。所述隣接の両取付け台23間の間隔内に前記垂直軸風力発電機の風車17が取付けられる。今後の補修を便利にするために、中心塔柱24には中心塔柱24内のチャンネル31へ通じる補修口を設置し、保守担当者が補修口により中心塔柱24のチャンネル31内に入る。チャンネル31内に吊りケージを設置し、保守担当者が吊りケージにより中心塔柱24の異なる高さまで到達し、多層の発電ユニットを備える垂直軸風力発電機に十分に便利する。なお、該チャンネル31により上位層の発電ユニットのケーブルを更に配線できる。
【００３０】
図5に示すように、前記カップリング29が弾性のカップリングであり、カップリング29の上端が第二接続フランジ28を介して風車17の下端と接続し、カップリング29の下端が第三接続フランジを介して主歯車18と接続し、主歯車18が第二軸受19の外輪に固定されることで、風車17、カップリング29及び主歯車18が同期できるようにする。前記カップリング29内には、環形ブレーキディスク32及び一つ以上の制動装置36を含む制動装置が設置されており。前記ブレーキディスク32が固定部40及び摩擦部39を含み、前記固定部40と摩擦部39との間に過渡斜面が設置され、前記固定部40がカップリング29に固定される。前記摩擦部39の上・下面に半径方向に沿って呈放射状とする滑り止めストライプが設置されることで、ブレーキとブレーキディスク32との間の摩擦力を増大させ、その制動効果を増強する。前記制動装置36がブレーキガスケット35、ダンパー34、ダンパーガスケット33、ブレーキ38及びブレーキを駆動するための動力源37を含む。前記中心塔柱24に環形のボス43が延出して設置され、前記ダンパーガスケット33が前記ボス43上に設けられ、前記ダンパー34が前記ダンパーガスケット33上に設けられ、前記ブレーキガスケット35が前記ダンパー34上に設けられる。前記ブレーキ38は、前記ブレーキガスケット35に設けられ、均一に前記中心塔柱24周辺に分布して多点制動を形成する。前記ブレーキ38がブレーキディスク32の上下両側に設置される制動片を含み、前記制動片がブレーキディスク32の摩擦部39に嵌合する。前記制動装置36の動力源37が油圧駆動システムであり、信頼性のある強力な動力を提供する。
【００３１】
制動時、実際的には制動装置がカップリング29を制動するが、カップリング29が風車17と主歯車18とを一体に接続するので、発電ユニットの風車17及び主歯車18の速度を低下でき、これで風車17が失速で損壊されないように保護できるだけでなく、発電機20の発電パワーが高過ぎて火傷破損されないように保護できる。このような制動装置と垂直軸風力発電機とが相互に協調し、且つ構造が簡単で、制動効果が顕著になる。
風車17が風力作用で回転し、その動力が順次に主歯車18、歯車伝動システムを介して各発電機20の回転軸に伝送され、各発電機20が機械エネルギーを提供し、発電できる。歯車伝動システムにより主歯車18と発電機20の回転軸の回転速度比を変更でき、風車17の回転速度が低くても、歯車伝動システムの調整により、同様に比較的大きい回転速度で発電機20の回転軸に出力できるので、高回転速度の発電機20を利用でき、高回転速度の発電機20が従来の技術による低回転速度発電機20と比べて、同様の発電パワーで、高回転速度の発電機20の体積がより小さくなる。本発明では、風車17の負荷を減少させ、起動の風速が小さくなり、風力発電機20が低風速で発電できることを有利にする。各発電ユニットの発電機20の体積が比較的小さいので、その製造コストが低く、且つ検査・修理難度を低下させ、また中心塔柱24に取付けられる発電ユニットの数量がより多くなり、垂直軸風力発電機の発電システムの発電パワーをより一層向上させる。
【００３２】
図8、9の示すように、前記エネルギー蓄積システムは、高圧ガス発生装置、貯水装置及び水力タービン10を含む。前記高圧ガス発生装置は、第一高圧ガスタンク2a及び第二高圧ガスタンク2bである二つの密閉の高圧ガスタンクと、第一空気圧縮機la及び第二空気圧縮機lbである二つの空気圧縮機とを含む。前記貯水装置は、第一水槽3a及び第二水槽3である二つの水槽を含むb。前記第一空気圧縮機laが吸気管4を介して前記第一高圧ガスタンク2aと連通し、前記吸気管4に手動弁8が設置される。前記第二空気圧縮機lbは、手動弁8が設置された吸気管4を介して、前記第二高圧ガスタンク2bと連通し。前記第二空気圧縮機lbは、手動弁8が設置された第一気管15を介して、前記第一高圧ガスタンク2aと連通する。前記第一高圧ガスタンク2aが調節弁9を介してそれぞれ二つの排気管5と接続し、手動弁8を設置した前記排気管5が、それぞれ前記第一水槽3a及び第二水槽3b各自の頂部と連通する。第一空気圧縮機laは、手動弁8が設置された第二気管14を介して、排気管5と連通し。前記第二高圧ガスタンク2bが調節弁9を介して二つの排気管5と接続し、前記排気管5がそれぞれ前記第一水槽3a及び第二水槽3b各自の頂部と連通し、前記排気管5に手動弁8が設置される。前記第一水槽3a及び第二水槽3b各自の底部から出水管6を引出し、前記出水管6が昇圧弁11を介して水力タービン10の進水口と接続し、且つ前記出水管6に手動弁8及び昇圧機13が設置される。前記水力タービン10が地面に近づく発電ユニットの下方に設置され、水力タービン10が、前記中心塔柱24を取り囲インペラ102と、インペラを被覆するハウジング10とを含み、前記水力タービンのインペラ102が主歯車18と接続し、前記水力タービン10の出水口は、手動弁8が設置されたリターンパイプ7を介して、それぞれ前記第一水槽3a及び第二水槽3bの頂部と連通する。
【００３３】
本発明の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電原理は次の通りである：
（1）発電システムは、余裕の電量をケーブルによりエネルギー蓄積システムの第一空気圧縮機la及び第二空気圧縮機lbに輸送する。
（2）第一空気圧縮機la及び第二空気圧縮機lbの通電済み作動は、第一空気圧縮機laが吸気管4により空気を第一高圧ガスタンク2aに圧縮し込み、第一高圧ガスタンク2a内の空気分子位置エネルギーを増加させる；第二空気圧縮機lbが進気管4により空気を第二高圧ガスタンク2bに圧縮し込み、第二高圧ガスタンク2b内の空気分子位置エネルギーを増加させ、電力から空気の分子位置エネルギーへの変換を完成する。必要の場合、第二空気圧縮機lbが第一気管15により空気を第一高圧ガスタンク2aに圧縮し込み、第一高圧ガスタンク2aのガス貯蔵速度を向上させる。
（2）第一水槽3a或は第二水槽3b内に水が入れられており、水を入れた水槽が作動水槽であり、水のない水槽がスタンバイ水槽であり、エネルギー蓄積システムを起動して発電させる必要がある場合、第一高圧ガスタンク2a及び/或は第二高圧ガスタンク2b内の高圧ガスが排気管5により作動水槽に送られ、作動水槽内の気圧を増加させる。気圧が指定値になると、作動水槽内の水を出水管6により水力タービン10に出水し、出水管6内の水は気圧作用下で一定の運動エネルギーを発生し、これにより空気分子位置エネルギーから水の運動エネルギーへの変換を完成する。エネルギー蓄積発電システムを起動する時、発電所が余裕の電力を備えるか、或は第一高圧ガスタンク2a及び第二高圧ガスタンク2b内の気圧が作動状態になれることができない場合、第一空気圧縮機laが第二気管14及び排気管5により直接的に高圧ガスを作動水槽に注入する。
（3）運動エネルギーを備える水が出水管6に沿って水力タービン10に達し、且つ水力タービン10のインペラ102を回動駆動し、これで水の運動エネルギーから機械エネルギーへの変換を完成し、水力タービン10のインペラ102が歯車伝動システムにより発電機20を回転駆動し、発電ユニットを発電させ、最終に機械エネルギーから電力への変換を完成する。
（4）運動エネルギーを備える水が水力タービン10を作動させた後、リターンパイプによりスタンバイ水槽に入り、また、作動水槽内の水が全部でスタンバイ水槽に移送された場合、元スタンバイ水槽が新しい作動水槽となり、元作動水槽が新しいスタンバイ水槽となる。
（5）第一高圧ガスタンク2a及び/或は第二高圧ガスタンク2b内の高圧ガスが排気管5により新しい作動水槽に送られ、このように前記手順（2）〜（4）を循環実行することで、最終に第一高圧ガスタンク2a及び第二高圧ガスタンク2b内の高圧ガスを全て排気させる。
地面に近づく発電ユニットに言えば、エネルギー蓄積システムは発電機20出力パワーを調節する目的を達成する。
発電機20の起動方式
低風速で発電機20を起動させ難い場合、起動エネルギー蓄積システムは、水力タービン10を回動駆動し、風車17及び水力タービンのインペラ102の共同作用で発電機20の起動を実現する。
発電機20の発電方式
発電機20が正常に発電するが、全負荷発電に達しない場合、速度センサーが出風車17の回転速度を測定し、且つ信号をコントローラーにフィードバックし、コントローラーが該信号を既設信号と比較し、出水管6路内の電磁弁の流量を制御し、出水管6内の水流が昇圧機13の再昇圧により強大の水柱を形成して水力タービン10のインペラ102に突撃することで、水力タービン10のインペラ102及び発電機20の回転子の回動速度を速め、風車17の速度が次第に上昇することにより、電磁弁の流量が次第に減少し、出水管6内の水柱による水力タービン10のインペラ102への作用を弱化させ、外回転子発電機20の回転子を平穏に定格の回転速度に達させることができる。エネルギー蓄積システムの補助下で、発電ユニットが常に全負荷発電状態に保持でき、該発電単元が送電網にアクセスする時により安定にさせる。
発電機20の制動方式
超大風で外回転子発電機20の回転速度が定格の回転速度を超させる場合、速度センサーが風車17の回転速度度を測定し、且つ信号をコントローラーにフィードバックし、コントローラーが該信号を既設信号と比較し、電磁弁の流量及び水力タービン10の進水口の方向を制御する。出水管6内の水柱が、インペラ102の回転方向と逆向にインペラ102に作用し、インペラ102に逆向の推力を加えるため、外回転子発電機20の回転子速度の最大値を制限し、発電ユニットの発電状態を全負荷状態に保持させる。
【００３４】
［実施例 ３］
図10の示すように、実施例1との相違点は、エネルギー蓄積システムの高圧ガス発生装置は、一つの密閉の高圧ガスタンク2及び一つの空気圧縮機1だけを包含む。前記貯水装置は、二つの相互連結通の水槽を含み、第一水槽3a及び第二水槽3b、二つの水槽との間に設置される弁（未図示）制御と連通する。前記空気圧縮機1が、手動弁8を設置した吸気管4を介して前記高圧ガスタンク2と連通する。前記高圧ガスタンク2が調節弁9を介して、動弁8を設置した排気管5と接続し、排気管5が前記第一水槽3aの頂部に連通する。空気圧縮機1は、手動弁8が設置される第二気管14を介して、排気管道5と連通する。前記第一水槽3aは、その底部から出水管6を引出し、出水管6を介して前記水力タービン10の進水口と接続し、前記出水管6に手動弁8及び少なくとも一つの昇圧機13がそれぞれ設置され、前記出水管6が昇圧弁11を介して水力タービン10の進水口と接続する。水力タービン10の出水口がリターンパイプ7を介して第二水槽3bと連通する。
【００３５】
本発明の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電原理は、次の通りである：
（1）発電システムは、余裕の電量をケーブルでエネルギー蓄積システムの空気圧縮機1に輸送する。
（2）空気圧縮機1通電による作動は、空気圧縮機1が吸気管4により空気を高圧ガスタンク2に圧縮し込み、高圧ガスタンク2内の空気分子位置エネルギーを増加させる。
（2）第一水槽3a内に水が入れられており、エネルギー蓄積システムを起動して発電する必要がある場合、高圧ガスタンク2内の高圧ガスを排気管5により第一水槽3aに排出し、第一水槽3a内の気圧を増加させ、気圧が指定値になると、第一作水槽3a内の水が出水管6により水力タービン10に出水され、出水管6内の水に気圧作用下で一定の運動エネルギーを生じ、これで空気分子位置エネルギーから水の運動エネルギーへの変換を完成する。エネルギー蓄積発電システムを起動する場合、発電所が余裕の電力を備えるか、或は高圧ガスタンク2内の気圧が作動状態になれないと、空気圧縮機1が第二気管14及び排気管5により直接的に高圧ガスを第一水槽3aに注入する。
（3）運動エネルギーを備える水が出水管6に沿って水力タービン10に到達し、且つ水力タービン10のインペラ101を回動駆動し、それで水の運動エネルギーから機械エネルギーへの変換を完成する；水力タービン10のインペラ101が外回転子発電機12の回転子を回転駆動し、底層の発電ユニットを発電させ、最終に機械エネルギーから電力への変換を完成する。
（4）運動エネルギーを備える水は水力タービン10を作動させた後、リターンパイプ7により第二水槽3bに入り、このままで、第一水槽3a内の水を全部第二水槽内に移送した後、第一水槽3a内の高圧ガスを排出させ、最終に第二水槽3b内の水を新たに第一水槽3aにリフローする。
（5）高圧ガスタンク内の高圧ガスが再度、排気管5により新しい第一水槽に送られ、このように前記手順（2）〜（4）を循環に実行することで、最終に高圧ガスタンク2内の高圧ガスを排出させる。
要約すると、本発明の垂直軸風力発電機のエネルギー蓄積発電システムは、グリッド接続発電する場合、その発電パワーが送電網に影響することなく、電力を他の形式のエネルギーに転化して蓄積でき、そうして電力に変換するので、一定程度で電力浪費の問題を解決し、同時に大型の垂直軸風力発電機のオフグリッド発電の問題を解決する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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