[發(fā)明專利]風(fēng)能系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080059968.1
• 申請(qǐng)日: 2010-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN102869879A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·露西;M·布萊文斯;C·格林;N·布利特爾斯維克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 綠色電力公司;一個(gè)馬薩諸塞州公司
• 主分類號(hào): F03D3/04
• 分類號(hào): F03D3/04;F03D3/02;F03D11/00
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標(biāo)代理有限公司 11012
• 代理人: 鄭世奇

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2010年4月30日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.12/771,898的優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)通過引用方式將其整體合并于此，而該專利申請(qǐng)要求2009年10月29日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.61/256,174和2009年10月30日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.61/256,474的優(yōu)先權(quán)，這兩份專利申請(qǐng)通過引用方式將其整體合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)能系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

分布式發(fā)電風(fēng)能系統(tǒng)，尤其是發(fā)電量在10-1,000千瓦(kW)范圍內(nèi)的中等風(fēng)電市場(chǎng)中的分布式發(fā)電風(fēng)能系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生重要的環(huán)境影響并且滿足對(duì)可再生能源逐漸增長(zhǎng)的需求。然而，這樣的系統(tǒng)并不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)槎鄶?shù)分布式發(fā)電的風(fēng)力渦輪機(jī)在低于實(shí)用規(guī)模的高度處工作，而在這些高度，風(fēng)速低于使得能量回收經(jīng)濟(jì)可行所需的最小速度。

通常用于分布式發(fā)電的渦輪機(jī)的類型是垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)(vertical?axis?wind?turbine)(“VAWT”)。當(dāng)前的VAWT不能通過槳葉系統(tǒng)有效地轉(zhuǎn)換來自氣流的能量，因?yàn)樗鰳~系統(tǒng)不能在100英尺以下的低空有效旋轉(zhuǎn)，此時(shí)要求槳葉帶動(dòng)高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(MOI)的發(fā)電機(jī)(需要50kW及更大的發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)動(dòng)。

解決該問題的一種途徑是改變風(fēng)力渦輪機(jī)或其構(gòu)件的設(shè)計(jì)，以嘗試提高效率。已知的調(diào)節(jié)包括改變渦輪機(jī)槳葉的形狀、引入螺旋槳固定片，甚至通過利用其他形式的可再生能源(例如陽光)來提高效率(例如通過向風(fēng)能系統(tǒng)添加太陽能電池)。然而，這些途徑增加了生產(chǎn)成本，因?yàn)閷?huì)要求專門的工廠來生產(chǎn)不同的渦輪機(jī)設(shè)計(jì)。添加太陽能電池也增加了提供和安裝風(fēng)能系統(tǒng)的成本。

其他的風(fēng)能系統(tǒng)向渦輪機(jī)添加風(fēng)力加速器，以增加與渦輪機(jī)槳葉接觸的空氣的氣流速度。在這樣的系統(tǒng)的一個(gè)示例中，加速器是截頭圓錐的漏斗型設(shè)備，旨在引導(dǎo)氣流經(jīng)過所述設(shè)備到達(dá)風(fēng)車的葉輪上。該系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)是，漏斗型設(shè)備是大體積、易損壞且難看的。更重要地，其配合水平入口(horizontal?access)風(fēng)力渦輪機(jī)，而不是常見于分布式發(fā)電應(yīng)用的垂直軸渦輪機(jī)進(jìn)行工作。

因此，存在對(duì)于經(jīng)濟(jì)的分布式發(fā)電風(fēng)能系統(tǒng)的需求，所述系統(tǒng)能夠配合現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)模型進(jìn)行工作。具體地，存在對(duì)于風(fēng)能系統(tǒng)的需求，所述系統(tǒng)不需要額外的或?qū)ｉT的渦輪機(jī)構(gòu)件。總之，存在對(duì)于分布式發(fā)電風(fēng)能系統(tǒng)的需求，所述系統(tǒng)采用風(fēng)力加速器，以提高效率并且能夠配合現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)模型進(jìn)行工作。

發(fā)明內(nèi)容

通過提供一種包括風(fēng)力加速器的風(fēng)能系統(tǒng)，本發(fā)明(在其多個(gè)實(shí)施例中)在很大程度上克服了已知的分布式發(fā)電風(fēng)能系統(tǒng)的缺點(diǎn)，所述風(fēng)力加速器具有前區(qū)和后區(qū)、在所述后區(qū)中或所述后區(qū)附近的最寬點(diǎn)，以及安裝在所述風(fēng)力加速器的后區(qū)上的一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)。通過風(fēng)/速度加速技術(shù)，所公開的實(shí)施例允許低空(大約100英尺的高度)的風(fēng)能發(fā)電，通過將空氣從空氣進(jìn)入所公開的結(jié)構(gòu)之處加速至空氣與VAWT達(dá)里厄或薩沃紐斯槳葉系統(tǒng)(取決于使用的結(jié)構(gòu))接觸之處，這進(jìn)而允許所公開的實(shí)施例在低處有效地發(fā)電。這還降低了對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Moment?of?Inertia，MOI)所需的扭矩，并且優(yōu)化了所公開的系統(tǒng)在無風(fēng)至低風(fēng)速時(shí)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的能力。實(shí)施例使用風(fēng)和速度加速技術(shù)使達(dá)里厄和薩沃紐斯渦輪機(jī)槳葉系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)里厄和薩沃紐斯渦輪機(jī)槳葉系統(tǒng)通常在不受影響的獨(dú)立式戶外環(huán)境中通過我們所擁有的風(fēng)/速度加速技術(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述風(fēng)力加速器可以包括支撐組件和圍繞所述支撐組件的外部結(jié)構(gòu)。風(fēng)力加速器的后區(qū)本質(zhì)上比前區(qū)更寬。所述外部結(jié)構(gòu)從所述加速器的后區(qū)向所述加速器的前區(qū)逐漸變窄。風(fēng)力加速器的形狀可以是以下形狀中的一種：楔形、淚滴形、蝌蚪形、V形、W形，或變形的楔形、淚滴形或蝌蚪形。所述渦輪機(jī)可以是任意類型的風(fēng)力渦輪機(jī)。示例性的實(shí)施例使用垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)，例如達(dá)里厄或薩沃紐斯渦輪機(jī)。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使得，當(dāng)空氣流經(jīng)風(fēng)力加速器時(shí)，空氣隨著其從所述前區(qū)行進(jìn)經(jīng)過所述外部結(jié)構(gòu)到達(dá)所述后區(qū)而加速。風(fēng)力加速器將空氣導(dǎo)入一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)，使得與所述一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)接觸的空氣以高于空氣流經(jīng)風(fēng)力加速器的前區(qū)的速度行進(jìn)。這種速度提高大約是10-50％。