一种全超导电机发电系统

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种全超导电机发电系统。

背景技术

可再生能源是实现“双碳”目标、构建新型电力系统的主力军，不过，风电和光伏发电等可再生能源电力具有随机性和波动性特征，因此，需要提升电力支撑和保障能力。发展风电和光伏发电是能源转型的必然，但如何解决发电间歇性，是风电和光伏发电面临的难题，而抽水蓄能是有效的解决方法。水电技术成熟、经济性好、可大规模开发，既能代替煤电提供稳定绿色的电力供应，又能发挥灵活调节和储能作用，保障电力系统安全稳定运行，并带动更大规模新能源开发利用。

然而，部分抽水蓄能电站落在生态红线区内，存在环境敏感制约的因素，同时，位于高水压力地区的抽水蓄能电站面临水资源短缺的风险，另外，建设大型抽水蓄能电站对水资源、地形、土地规划和移民条件都有一定要求。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种全超导电机发电系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全超导电机发电系统，以解决上述的抽水蓄能电站存在诸多制约因素的问题。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种全超导电机发电系统，包括超导电机、水轮机和若干个发电机；

所述超导电机输入端接入电网一，所述超导电机输出轴连接有齿轮箱；

所述水轮机输出轴连接于所述超导电机输出轴与所述齿轮箱输入轴连接处，所述水轮机一侧设有蓄水池；

所述发电机输入轴连接于所述齿轮箱输出轴，所述发电机输出端电性连接有并网变流器和升压变压器，所述升压变压器接入电网二。

进一步地，所述超导电机输入端的输入功率为5000KW。

进一步地，所述超导电机上设有冷却水进入端和冷却水出水端，用于降低超导电机的温度，使得超导电机能够保持满功率状态，进而可以大大降低整体能量损耗，保证发电转换率。

进一步地，所述水轮机一侧设有增压泵，所述增压泵输入端与水轮机相连接，所述增压泵输出端连接有三通管，所述三通管的其中一个接口连接于所述超导电机冷却水进入端，所述三通管的另一个接口连接于所述蓄水池，在增压泵运行时，可以抽取尾水槽内的液体，使得液体能够在蓄水池和水轮机之间循环流动，不仅可以带动水轮机正常运行，用于减轻超导电机的载荷，同时，循环流动的液体还以对超导电机进行降温，使得超导电机保持满功率状态，避免能量损耗，提高发电转换率。

进一步地，所述发电机的数量为三个，用于分别承担超导电机和水轮机输送的动力，避免发电机因转速过快而发生损坏；

其中一个所述发电机与所述增压泵电性连接，可以实现电能的高效利用。

进一步地，所述齿轮箱设有三个输出轴，三个所述发电机输入轴分别与齿轮箱三个输出轴相连接，所述齿轮箱的每个输出轴的输出功率为2000KW，避免发电机转速过快而发生损坏。

进一步地，所述水轮机包括混凝土基础，用于安装水轮机体，所述混凝土基础内设有尾水槽，水轮机体使用后的液体会汇聚在尾水槽内，以便增压泵抽取；

所述混凝土基础上连接有排液管，所述排液管两端分别与尾水槽和所述增压泵输入端相连接，增压泵通过排液管可以抽取尾水槽内的液体，进而可以实现液体的循环流动，可以起到节约资源的作用，同时也可以使得水轮机体能够持续运行，另外，也可以对超导电机进行降温，避免超导电机因温度过高而出现功率下降的问题。

进一步地，所述混凝土基础上侧安装有水轮机体，水轮机体用于分担超导电机的负载，所述水轮机体包括下壳，所述下壳上连接有外上壳，所述外上壳内转动连接有水斗转轮，所述水斗转轮上固定连接有主轴，所述主轴连接于所述超导电机输出轴与所述齿轮箱输入轴连接处，当水斗转轮转动时，水斗转轮带动主轴转动，进而可以分担超导电机的负载。

进一步地，所述下壳上连接有进水管，所述进水管与所述蓄水池之间连接有导水斜管，蓄水池内的水通过导水斜管和进水管冲击水斗转轮，使得水斗转轮能够旋转，进而可以带动主轴进行转动，以便分担超导电机的负载。

进一步地，所述外上壳内侧设有内上壳，避免液体冲击外上壳，同时也用于安装弧形管，所述内上壳与外上壳之间设有弧形管，所述弧形管上连接有若干高压喷头，所述尾水槽内设有高压泵，所述高压泵上连接有输水管，所述输水管的一端与弧形管相连接，当高压泵运行时，高压泵会抽取尾水槽内的部分液体，通过输水管输送到弧形管内，并通过多个高压喷头喷射出，喷射的液体可以冲击水斗转轮，使得水斗转轮能够快速旋转，进而可以起到水斗转轮增速的作用，以便更好的分担超导电机的负载。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过超导发电技术与水轮机的相互配合，可以有效的克服传统抽水蓄能电站受到环境制约、需水量大和占地面积广的缺点，进而可以提高水电的综合转换效率，促进可再生能源的持续发展。

附图说明

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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中一种全超导电机发电系统的工作原理图；

图2为本发明一实施例中水轮机的剖面图；

图3为图1中A处结构示意图；

图4为本发明一实施例中水轮机的立体图。

图中：1.混凝土基础、101.尾水槽、102.排液管、2.水轮机体、201.下壳、202.外上壳、203.水斗转轮、204.进水管、205.主轴、206.内上壳、207.弧形管、208.高压喷头、209.高压泵、210.输水管。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明公开了一种全超导电机发电系统，参考图1-图4所示，包括超导电机、水轮机、齿轮箱、蓄水池、若干个发电机、并网变流器和升压变压器。

其中，超导电机输入端接入电网一，超导电机输出轴连接有齿轮箱。超导电机通过电网一提供电能，达到需要的能量，启动运行通过齿轮箱带动发电机运行，最终实现超导发电。

优选的，超导电机输入端的输入功率为5000KW。

另外，本申请采用的超导电机内设有超导线材，超导线材上镀有微量元素金属膜，使得超导电机具有极高的密封度，利于交变电流通过时的集肤效应形成超导状态，进而可以大大降低励磁电流损耗，降低热损、铁损、铜损和风磨损等同时还可以提高扭矩，提高运行效率，使得本申请采用的超导电机具有高产能、低耗能的优点，完全符合“双碳”目标。

具体地，超导电机上设有冷却水进入端和冷却水出水端，用于降低超导电机的温度，尤其是降低超导线材的问题，使得超导电机能够保持满功率状态，进而可以大大降低整体能量损耗，保证发电转换率。

参考图1-图4所示，水轮机输出轴连接于超导电机输出轴与齿轮箱输入轴连接处，水轮机用于分担超导电机负载，水轮机一侧设有蓄水池，蓄水池内设有液体，液体为水。

优选的，蓄水池的地势高度大于水轮机安装位置的地势高度，利用高度差来带动水轮机进行旋转，进而可以分担超导电机的负载，起到发电的作用。

其中，水轮机一侧设有增压泵，增压泵输入端与水轮机相连接，增压泵输出端连接有三通管，三通管的其中一个接口连接于超导电机冷却水进入端，三通管的另一个接口连接于蓄水池。

优选的，蓄水池内的水循环达到1万次后排放，避免水资源浪费。

在增压泵运行时，可以抽取尾水槽101内的液体，使得液体能够在蓄水池和水轮机之间循环流动，不仅可以带动水轮机正常运行，用于减轻超导电机的载荷，同时，循环流动的液体还以对超导电机进行降温，使得超导电机保持满功率状态，避免能量损耗，提高发电转换率。

优选的，增压泵的额定电压为220V。

另外，水轮机包括混凝土基础1，用于安装水轮机体2，混凝土基础1内设有尾水槽101，水轮机体2使用后的液体会汇聚在尾水槽101内，以便增压泵抽取。

具体地，混凝土基础1上连接有排液管102，排液管102两端分别与尾水槽101和增压泵输入端相连接。增压泵通过排液管102可以抽取尾水槽101内的液体，进而可以实现液体的循环流动，可以起到节约资源的作用，同时也可以使得水轮机体2能够持续运行，另外，也可以对超导电机进行降温，避免超导电机因温度过高而出现功率下降的问题。

参考图2-图4所示，混凝土基础1上侧安装有水轮机体2，水轮机体2用于分担超导电机的负载。

其中，水轮机体2包括下壳201，下壳201上连接有外上壳202，外上壳202内转动连接有水斗转轮203，水斗转轮203上固定连接有主轴205，主轴205连接于超导电机输出轴与齿轮箱输入轴连接处。当水斗转轮203转动时，水斗转轮203带动主轴205转动，进而可以分担超导电机的负载，用于发电。

另外，下壳201上连接有进水管204，进水管204与蓄水池之间连接有导水斜管。蓄水池内的水通过导水斜管和进水管204冲击水斗转轮203，使得水斗转轮203能够旋转，进而可以带动主轴205进行转动，以便分担超导电机的负载。

具体地，外上壳202内侧设有内上壳206，避免液体冲击外上壳202，同时也用于安装弧形管207。

此外，内上壳206与外上壳202之间设有弧形管207，弧形管207上连接有若干高压喷头208，尾水槽101内设有高压泵209，高压泵209上连接有输水管210，输水管210的一端与弧形管207相连接。

优选的，高压喷头208的数量为四个。

当高压泵209运行时，高压泵209会抽取尾水槽101内的部分液体，通过输水管210输送到弧形管207内，并通过多个高压喷头208喷射出，喷射的液体可以冲击水斗转轮203，使得水斗转轮203能够快速旋转，进而可以起到水斗转轮203增速的作用，以便更好的分担超导电机的负载。

参考图1-图4所示，发电机的数量为三个，用于分别承担超导电机和水轮机输送的动力，避免发电机因转速过快而发生损坏。

优选的，每个发电机的功率均为2000KW，电压为690V，频率为50Hz，效率为96.2％，额定扭矩为39666Nm。

其中一个发电机与增压泵电性连接，可以实现电能的高效利用。

另外，齿轮箱设有三个输出轴，三个发电机输入轴分别与齿轮箱三个输出轴相连接，齿轮箱的每个输出轴的输出功率为2000KW，避免发电机转速过快而发生损坏。

优选的，齿轮箱的输入功率为5000KW，输入转速为500rmin，主速比为1。

具体地，发电机输入轴连接于齿轮箱输出轴，发电机输出端电性连接有并网变流器和升压变压器，升压变压器接入电网二。发电机输出电并由并网变流器输出给升压变压器，与供电局接线并网，进而完成发电。

具体使用时，超导电机通过电网一提供电能，达到需要的能量，启动运行。超导电机输出轴带动齿轮箱输入轴转动，齿轮箱输出轴带动3个发电机输入轴运行，最终实现超导发电。

在超导电机运行时，蓄水池内的水通过导水斜管和进水管204冲击水斗转轮203，使得水斗转轮203和主轴205同步旋转，通过主轴205与超导电机输出轴一起带动齿轮箱输入轴旋转，使得齿轮箱输出轴的输出功率为5000KW，进而可以利用水轮机体2来分担超导电机的负载，提高发电效率。

在水轮机体2运行时，其中一个发电机可以给增压泵供电，增压泵抽取尾水槽101内的水，水经过三通阀分成两路，其中一路进入到超导电机内，用于对超导电机进行降温，避免超导电机温度升的过高，进而可以保证超导电机能够满功率运行，避免能量消耗。另一水路会直接进入到蓄水池内，如此循环往复，能够推动水斗转轮203持续转动。

另外，在水斗转轮203转动时，尾水槽101内的高压泵209也会运行，高压泵209抽取部分水，通过输水管210输送到弧形管207内，并利用四个高压喷头208冲击水斗转轮203，用于加快水斗转轮203的转速，进而可以保证水轮机体2的发电效率。

发电机输出电并由并网变流器输出给升压变压器，一回10Kv出线接入电网二。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。