[發(fā)明專利]一種采用直流輸電的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110241038.4
• 申請(qǐng)日: 2011-08-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102269116A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王一平;朱麗;黃群武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): F03D1/02
• 分類號(hào): F03D1/02;F03D9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 陸藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)能利用領(lǐng)域，涉及一種采用直流輸電的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著世界性能源危機(jī)和全球環(huán)境污染加劇，許多國(guó)家都更加重視潔凈的可再生能源的研究、開(kāi)發(fā)和利用。全球風(fēng)能理事會(huì)指出，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比其它可再生能源技術(shù)而言更成熟，其效率也更高，產(chǎn)業(yè)前景最好，其開(kāi)發(fā)利用增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于常規(guī)能源，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是世界上發(fā)展最快的可再生能源技術(shù)之一。

風(fēng)輪是風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的核心部件，因此葉片的性能決定風(fēng)電機(jī)組的性能，葉片在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，受水平推力、慣性力和重力的綜合作用。受風(fēng)切變影響，水平推力的大小始終變化，無(wú)論對(duì)葉片還是傳動(dòng)系統(tǒng)和塔架都產(chǎn)生大的交變載荷；慣性力的方向隨時(shí)變化；重力在葉片根部產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)頻率同頻率的交變載荷。上述三個(gè)交變載荷以及由此產(chǎn)生的振動(dòng)是葉片破壞的主要原因。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)功率越做越大，目前國(guó)際上比較一致的看法是：?jiǎn)螜C(jī)功率越大，成本越低，其原因是一般認(rèn)為風(fēng)力機(jī)功率越大，所需的風(fēng)力機(jī)數(shù)目越少，需要維修的部件越少，成本越低。

實(shí)際上，由于受建筑物和地面的摩擦作用，隨著高度的增加，風(fēng)速逐漸增大，這種現(xiàn)象稱之為風(fēng)切變，葉片在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)處于不同位置時(shí)，風(fēng)速會(huì)有差異，因而在回轉(zhuǎn)平面垂直方向上葉片承受的水平推力和回轉(zhuǎn)力矩的大小會(huì)不同，導(dǎo)致葉片受到疲勞載荷。同時(shí)，重力也會(huì)在葉片上產(chǎn)生交變載荷。因此，葉片越長(zhǎng)，重量越重，受風(fēng)切變和重力載荷的影響越大，導(dǎo)致葉片所承受的交變載荷越大，葉片越容易發(fā)生破壞。目前，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片破壞的報(bào)道還不多見(jiàn)，主要是因?yàn)榘惭b時(shí)間短，問(wèn)題還沒(méi)有完全暴露，若干年后，也許會(huì)大面積爆發(fā)。一旦出現(xiàn)問(wèn)題，風(fēng)電場(chǎng)由于停機(jī)、停電造成經(jīng)濟(jì)損失，再算上維修、吊裝及更換零部件、超限運(yùn)輸、重復(fù)安裝等等花費(fèi)，加之風(fēng)機(jī)大多安裝在偏遠(yuǎn)或者交通不便的地區(qū)，吊裝拆卸難度大，最后付出的代價(jià)巨大。因此，雖然風(fēng)電機(jī)組的制造成本隨功率增加而降低，但考慮到后期的維修等費(fèi)用，其總成本反而會(huì)上升。另一方面，巨型風(fēng)電機(jī)組其葉片長(zhǎng)度將達(dá)到60-70m，陸上運(yùn)輸、安裝極為困難，安裝用的吊車容量將超過(guò)1200-1400t，很多地區(qū)不具備這個(gè)條件，從而限制了巨型風(fēng)電機(jī)組的使用。

對(duì)于多個(gè)集中布置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如果每個(gè)風(fēng)力機(jī)的電能都單獨(dú)通過(guò)導(dǎo)線輸送，不僅需要大量的導(dǎo)線，而且由于電壓較低，其輸送損失也較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種采用直流輸電的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

一種采用直流輸電的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括下部塔架1、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置3和風(fēng)力機(jī)，還包括上部塔架2、梁6，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在上部塔架和下部塔架之間，梁設(shè)置在上部塔架上，風(fēng)力機(jī)與上部塔架的頂部和梁固定連接，風(fēng)力機(jī)包括風(fēng)輪5和機(jī)艙4，風(fēng)力機(jī)為2-100個(gè)，機(jī)艙內(nèi)設(shè)置還有整流器，上部塔架上設(shè)置有輸配電柜8，輸配電柜內(nèi)設(shè)置有2-100路直流電路串并聯(lián)裝置，風(fēng)力機(jī)發(fā)出的電通過(guò)導(dǎo)線依次與整流器、直流電路串并聯(lián)裝置連接。

風(fēng)力機(jī)的功率為0.5～500kW，優(yōu)選的是2～100kW。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

(1)葉片壽命長(zhǎng)。本發(fā)明的上部塔架上安裝多個(gè)中、小型風(fēng)力機(jī)，其葉片短，在高度方向上受風(fēng)切變影響小，短葉片的疲勞載荷小，同時(shí)短葉片的制造技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，因而葉片的壽命長(zhǎng)。

(2)占地面積小?？紤]到尾流的影響，現(xiàn)有技術(shù)的普通風(fēng)電機(jī)組在安裝時(shí)要相隔一定的距離，而本發(fā)明的在一個(gè)塔架上的多個(gè)風(fēng)力機(jī)僅僅需要考慮風(fēng)力機(jī)側(cè)向的相互影響，大大節(jié)省了占地面積。同時(shí)，中、小型機(jī)組的尾流影響距離短，在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)可以布置更多本發(fā)明，有利于提高風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)容量，提高風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)獨(dú)特的安裝方式。本發(fā)明的上部塔架連接有梁，在正常使用時(shí)，作為風(fēng)力機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)，在安裝和維修時(shí)梁可以作為吊支架，不需要或者僅需要小型起吊機(jī)械就可以進(jìn)行設(shè)備安裝與拆裝，有效降低安裝維修成本。

(4)維修成本低。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是由于采用中、小型風(fēng)力機(jī)，其葉片不僅短而且重量輕，運(yùn)輸方便和更換簡(jiǎn)便；二是規(guī)?；б娓?，利于集成化和模塊化和規(guī)?；?，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；三是中、小型風(fēng)力機(jī)技術(shù)成熟，零部件價(jià)格便宜。

(5)系統(tǒng)的可靠性好。本發(fā)明由于采用的是在一個(gè)塔架上布置多個(gè)風(fēng)力機(jī)的方式，當(dāng)單個(gè)或某幾個(gè)風(fēng)力機(jī)發(fā)生故障，不會(huì)對(duì)其他風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生影響，系統(tǒng)仍然能夠基本保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力機(jī)數(shù)目更多，單個(gè)風(fēng)力機(jī)發(fā)生故障對(duì)系統(tǒng)和電網(wǎng)的影響微乎其微。