[發(fā)明專利]一種風(fēng)能采集裝置及其風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110311559.2
• 申請日: 2011-10-14
• 公開（公告）號: CN102384035A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱永波
• 申請（專利權(quán)）人: 朱永波
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D1/02;F04B17/02;F04B23/06;F03B13/06;F03B1/00
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，尤其是一種風(fēng)能采集裝置及其風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電是世界獲取能源最重要的方式之一。隨著地球的資源枯竭，人們獲取能源的成本也越來越高。但是，風(fēng)是太陽照射地球使空氣流動自然產(chǎn)生的產(chǎn)物，風(fēng)能嚴格來說是太陽能的一種產(chǎn)物。風(fēng)能安全，清潔，資源豐富，取之不竭。最重要的是風(fēng)能是一種永久性的大量存在的本地資源，可以為我們提供長期穩(wěn)定的能源供應(yīng)，它沒有原料風(fēng)險，更沒有燃料價格風(fēng)險，也不會產(chǎn)生碳排量。盡管風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點很多，但是，由于發(fā)電設(shè)備的局限，使得風(fēng)力發(fā)電不能得到有、廣泛的應(yīng)用，尤其是由于發(fā)電系統(tǒng)的種種缺陷造成的發(fā)電效率不高，而設(shè)備成本投資大。目前，傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備只要存在的問題如下：

1、傳統(tǒng)的單渦輪風(fēng)力發(fā)電機為了吸收較大的風(fēng)能，一般都是依靠加大掃風(fēng)面積來實現(xiàn)，這樣就會導(dǎo)致某些基礎(chǔ)部件與輔助設(shè)施的配置成本（如地基、塔身、偏航系統(tǒng)、平臺、機艙、運輸、安裝等）增加。

2、傳統(tǒng)的葉片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速恒定的風(fēng)力發(fā)電機，其只能保證風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率在某個風(fēng)速下，葉尖速比最優(yōu)，達到最高的風(fēng)能捕捉效率。另外，對現(xiàn)有的某些專利所述的同樣采用液壓泵來轉(zhuǎn)換風(fēng)能，并通過液力傳動的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，通過采用變量泵來控制輸出流量，或者在液力輸送的管道中設(shè)置各種各樣的液壓功能元件來控制傳輸流體的壓力與流速來滿足最佳葉尖速比的要求，這樣雖然勉強滿足了葉尖速比的要求，但是也使得能量在傳遞的過程中，沿程壓力損失增加，能耗增加，發(fā)電量較少。

3、大自然的風(fēng)速大小隨時變化，傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機，在其整個能量的傳輸與轉(zhuǎn)換鏈上，每個功能組件都需要按最高要求的參數(shù)來配置才能滿足其使用安全性要求，但在大部分的低風(fēng)速時間里，只能小負荷出力，存在極大的裝機資源浪費，即年發(fā)電利用小時數(shù)（折算到滿負荷裝機容量）特別低，只能達到一般水電站發(fā)電機組的40%左右。

4、傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機，其傳動鏈短，且剛性足，當風(fēng)速突變時，會對機械零件造成意外的沖擊損傷，零件提早出現(xiàn)的疲勞損壞，大大降低系統(tǒng)的整體使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種風(fēng)能采集裝置及其風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該風(fēng)能采集裝置設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單，有利于提高風(fēng)能的利用率；該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的水泵的容積和水輪機的噴嘴都是定量的，確保整個水力傳動系統(tǒng)的總阻力系數(shù)是恒定的，從而得到，水泵的驅(qū)動轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速之比恒定，即葉片的葉尖速比是恒定的，風(fēng)力渦輪機對風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率，對應(yīng)不同的風(fēng)速都可以達到最高值。

本發(fā)明的技術(shù)方案在于：一種風(fēng)能采集裝置，包括立于地面上的圓筒式或銜架式塔身，其特征在于：所述塔身頂端背靠背地安裝有兩臺獨立運轉(zhuǎn)的水泵，兩水泵的驅(qū)動轉(zhuǎn)軸的末端處各安裝有一臺風(fēng)力渦輪機，所述兩臺風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)方向相反（葉片攻角相反）。

上述水泵為低轉(zhuǎn)速柱塞泵，該低轉(zhuǎn)速柱塞泵包括驅(qū)動轉(zhuǎn)軸、安裝在驅(qū)動轉(zhuǎn)軸上的凸輪以及若干個沿驅(qū)動轉(zhuǎn)軸的軸向和徑向布置的柱塞，所述柱塞由凸輪驅(qū)動，使其能夠在各自的缸體內(nèi)做往復(fù)直線運動，所述缸體上安裝有低壓進水單向閥和高壓出水單向閥。

上述水泵為定量泵。

上述塔身的頂端設(shè)置有一個可繞塔身回轉(zhuǎn)中心偏航旋轉(zhuǎn)的安裝平臺，所述安裝平臺為受控偏航旋轉(zhuǎn)平臺，所述兩水泵固定在安裝平臺的上側(cè)面。

上述的低轉(zhuǎn)速柱塞泵上的缸體上的高壓出水單向閥，連接高壓出水口，所有的高壓出水口通過一定層級的匯流，最終匯流在一個匯流總管中，所述浮動連接套包括可以作相對360度轉(zhuǎn)動的外套與內(nèi)套，內(nèi)、外套之間設(shè)置有密封圈，內(nèi)、外套配合形成了浮動的中空管道，所述的匯流總管與可旋轉(zhuǎn)的浮動連接套的內(nèi)套固定連接，所述浮動連接套的外套固定在高壓輸水管道的上端部，所述高壓輸水管道設(shè)置在塔身內(nèi)，直通到地面。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于：一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括均勻分布在風(fēng)電場中的一定數(shù)量的風(fēng)能采集裝置，其特征在于：從每個風(fēng)能采集裝置的高壓輸水管道輸送到地面的高壓水流，經(jīng)匯流后通入高壓輸水總管，所述高壓輸水總管末端設(shè)置有噴嘴，高壓水流從噴嘴中噴射出來，驅(qū)動水輪機旋轉(zhuǎn)，水輪機再驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能。

上述噴嘴為定量噴嘴。

上述高壓輸水管道系統(tǒng)中不設(shè)置壓力控制與流速控制元件，所述水輪機的出水口經(jīng)低壓回流管路逐級連接至每個風(fēng)能采集裝置的水泵的低壓進水口。

上述水輪機的出水口為敞開式，即與大氣相通，所述低壓回流管路上設(shè)置有吸程輔助回流泵。

這里要聲明的是，整個系統(tǒng)的介質(zhì)不局限于是水，也可以是其他形式的液態(tài)流體。

本發(fā)明的優(yōu)點有以下幾點：