[發明專利]多風輪聚能風力發電機組及系統

無效

• 申請號: 200710177693.1
• 申請日: 2007-11-20
• 公開（公告）號: CN101158335A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 陳曉通
• 申請（專利權）人: 陳曉通
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03B13/00;H02K7/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種新型風力發電機組，尤其是通過“多壓點槳輪式水輪機”將在多個較小風輪上形成的分散動力聚能，實現集中大功率發電目標的風力發電機組及其系統。

背景技術

水平軸葉槳迎風旋轉式風力發電機組及其采用的風力機的設計形態，是當今全球風電機組設備種類中應用最廣泛、規格型號最齊全的風力機機型，其最初是以較小風輪直徑的產品為主體，小型葉槳迎風旋轉式風力機具有設計、制造、安裝、應用簡單方便，風輪旋轉速度很快，風輪用風能力、風能轉換能力均很強，風輪轉頭對風方式靈活，旋轉結構簡單等諸多獨特的性能優勢。

但是，隨著風電機組大功率需求的推進與發展，水平軸葉槳迎風旋轉式風電機組的風輪直徑在逐步加大，當前國外較大型的風輪旋徑已達126米。然而實踐數據與應用結果確實證明，當風輪旋轉直徑放大到超出一定區域限制范圍的情況下，其性能指標就將出現逐漸下降乃至急劇變差的發展趨勢，且該趨勢是隨著風輪直徑的超限放大呈現出幾何級數加劇的態勢。

如：希望增加的出力能力與所需配合增加的風輪旋轉掃風面積的比值在急速下降，導致優質風場風能資源的有效利用程度大幅降低；其單位時間旋轉的轉數加劇下降，導致需要配合的齒輪箱傳動比值急劇上升，從而導致齒輪箱設計加工難度與設備體積的大幅增加；其對材料強度的需求快速提升，導致材料成本與制造成本大幅提高；其調控調頻與對風難度大幅加大，導致調控結構復雜，調控困難，調控效果較差，且故障率大幅增加；此外還包括：其不斷搖動的高大“長臂”十分影響城市景區景觀和人們的視覺環境，因為人的眼睛有“總是優先捕捉高大移動物體”的習性；“長臂”還難于避免高強度臺風的沖擊搖晃；其形成的運行噪音逐漸增大乃至十分嚴重等。

因此，接近于兆瓦級及其以上單機出力能力設計的風電機組，均建議采用07年最新發明專利技術“聯合聚風特大功率、聯合聚風極大功率及其旋轉型極大功率風力發電機組”三大適合于單機超大、特大功率出力能力設計的風力機機型形態，其可輕松地實現超過20-50兆瓦及其以上的單機出力能力設計及可方便地形成梯級出力方式設計與其之間的相互轉換與方便調控，可帶來成本、效率等系列綜合優勢，可分別適合于各種風力、風向與地理與氣候條件下采用。

然而，小型“葉槳迎風旋轉式風力機”具有的前述諸多綜合優勢是“聯合聚風三大創新機型”所形成的優勢難于替代的，尤其是在中小分散靈活安裝應用的情況下，因此對其具有的唯一弱點需要進行改造，使其加強。分析中小型“葉槳迎風旋轉式風電機組”最大的應用能力不足是其單機出力能力極其低下，用戶需要分別對眾多個分散設置在風電機組上的小型發電機同時進行有效的調頻、調控、并網控制是十分困難的事情，因此致使一些電網部門將其產生的電力列入影響電網平和穩定運行的制造者來看待，使其難于積極接納；此外，與大功率發電機比較小的發電機的能量轉換效率一般只有60％-70％，而大功率發電機可達到93％以上。

中國發明專利[200510120802]提出了“一種風力發電機組和系統”的技術解決方案與本發明提出的技術方案有部分內容相近，均是采用“將多個在小風輪上形成的分散風力動力與能量，通過液壓動力轉換裝置與液壓傳動系統裝置的一體化配合設置，使分散液壓動力匯集形成集中巨大出力能力，從而形成大功率風電發電能力”的風電機組系統設計方式。即：是將在各個風輪上形成的分散動力首先分別傳遞到在各自風輪背后與其直接連接配合的各個“液壓泵”上，由其轉換形成液壓形式的分散動力，再通過液壓傳動系統裝置匯集到同一個“液壓馬達”上形成集中動力輸出，然后通過該“液壓馬達”與一個大功率的發電機配合形成較大的發電能力。

然而，其采用的“滾動轉子式液壓馬達”(或稱為：旋轉式液壓馬達)以及現有常用的、可提供自由選擇的所有流體液壓動力轉換設備的設計結構與出力方式均呈現出“出力轉換能力與形成效率較低(這是由其流體推動方式與整體設計結構造成的)、或是結構復雜、或是體積龐大，或是形成的單機過流能力較低，或是難于進行出力能力的有效調控，或是上述狀況同時多項并存”等多方面的問題與不足。

如：“滾動轉子式液壓馬達”尤其是在形成大流量集中出力轉換需求后(因為其作用方式能夠形成的單機過流能力很低，集中大的過流能力需要大體積的設備來完成)，其就需要大型的“滾動轉子式液壓馬達”來完成，且其結構還需要形成“多腔并聯一體化設計的復雜結構”才能形成旋轉運行穩定的出力效果，即使如此其出力轉換能力也是很低，這些均將導致上述“分能-聚能”發電系統設計路線難于理想實現，因此“液壓馬達”的問題就成為其最大的阻力與關鍵的不足。