[發(fā)明專利]渦輪機群大型風(fēng)力發(fā)電機

無效

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• 申請日: 2012-04-17
• 公開（公告）號: CN103375344A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌堅明;陳曉龍
• 申請（專利權(quán)）人: 凌堅明
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D11/00;F03D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機，尤其是涉及三兆瓦級以上大型風(fēng)力發(fā)電機。

背景技術(shù)

現(xiàn)在國際上以歐美技術(shù)主導(dǎo)的現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機技術(shù)不斷地向大型化演進(jìn)，而所謂的大型化都是簡單采用了增大渦輪直徑的方法提高風(fēng)力發(fā)電機的功率，兆瓦級及其以上風(fēng)力發(fā)電機渦輪的直徑動輒70米甚至達(dá)到了145米。這就產(chǎn)生了二個回避不了的大問題，第一、渦輪轉(zhuǎn)速過低，做功效率很低。根據(jù)力學(xué)原理，風(fēng)力發(fā)電機的功率大小，與渦輪轉(zhuǎn)速和扭矩的乘積成正比，這就有一個轉(zhuǎn)速和扭矩合理匹配的乘積最大化問題。現(xiàn)代汽車發(fā)動機技術(shù)發(fā)展是向高轉(zhuǎn)速大扭矩方向演進(jìn)，摒棄了過去的低轉(zhuǎn)速大扭矩技術(shù)，因為風(fēng)力發(fā)電機的渦輪與發(fā)動機的力學(xué)原理是一致的，都是高轉(zhuǎn)速和大扭矩結(jié)合才能得到更高的功率和效率。現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機雖然采用增速箱技術(shù)以提高轉(zhuǎn)速適應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速要求，此舉雖然掩蓋渦輪轉(zhuǎn)速低的問題，但并沒有解決渦輪轉(zhuǎn)速低的問題。第二、有一部分氣流直接穿過渦輪葉片間的空檔而沒有做功。現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機渦輪葉片有三個剪刀差，每一個剪刀差有前后兩片葉片組成，由于現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機的渦輪轉(zhuǎn)速低和渦輪葉片間剪刀差過大，后一片葉片不能及時趕到前一片的位置，對氣流不能形成全面封堵，葉片之間形成一個空檔，造成氣流的能量并沒有全部作用到渦輪葉片上，其中一部分氣流直接從旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片空檔間穿過而沒有做功，這就造成了現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)能利用效率比較低的狀況。

?而導(dǎo)致現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機渦輪轉(zhuǎn)速低的原因是渦輪直徑過大，根據(jù)空氣流體動力的規(guī)律，渦輪直徑大小與轉(zhuǎn)速成反比，因為在轉(zhuǎn)速相同的情況下，渦輪直徑越大其外延的圓周速度就越大，渦輪旋轉(zhuǎn)時排開渦輪周圍空氣的阻力也越大，渦輪直徑增大部分所做功的大部分與渦輪直徑增大部分為克服阻力而消耗的功互相抵消，可以這樣理解，增加的功與消耗的功相抵增加部分十分有限，這與渦輪直徑增加和獲得的收益之間兩者不成比例，表現(xiàn)出來的是扭矩確實增加了，付出的代價是轉(zhuǎn)速反而降低的，這與高轉(zhuǎn)速和大扭矩的乘積最大化的規(guī)律是相悖的。現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機為了提高功率，只是簡單采用增大渦輪直徑的辦法，反過來渦輪直徑增加，又違反了空氣動力的規(guī)律，導(dǎo)致現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機功率越來越大，風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率卻越來越低，年發(fā)電時間也越來越短，直接導(dǎo)致看似免費的風(fēng)能其發(fā)電成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤電、水電和核電，注定了現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電行業(yè)只能走一條由政府硬性推動的外延發(fā)展道路，按經(jīng)濟規(guī)律辦事的民間投資的內(nèi)涵發(fā)展道路離風(fēng)力發(fā)電卻漸行漸遠(yuǎn)。

相對于現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機而言，現(xiàn)有小型風(fēng)力發(fā)電機的渦輪轉(zhuǎn)速比較高，渦輪葉片之間的剪刀差小，氣流在旋轉(zhuǎn)渦輪葉片間無空檔可穿，扭矩相對也不小，符合高轉(zhuǎn)速大扭矩的雛形，所以風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率和發(fā)電效率比現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機高。但是不能回避的是，小型風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電功率比較小，土地和空間利用率低，不符合大規(guī)模利用風(fēng)能資源的特點。

根據(jù)以上分析，以歐美技術(shù)主導(dǎo)的現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)入了一個兩難的境地，大的小不了，小的大不了，現(xiàn)有大型和小型的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)都已經(jīng)山窮水盡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是提供一種風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率高、發(fā)電效率高、發(fā)電成本低廉的大功率大型風(fēng)力發(fā)電機。

本發(fā)明既有現(xiàn)有大型風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電功率大、土地和空間利用率高的優(yōu)點，又有現(xiàn)有小型風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)能利用率高、發(fā)電效率高的優(yōu)點，又克服現(xiàn)有大型和小型風(fēng)力發(fā)電機的弱點。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種大型風(fēng)力發(fā)電機，包括以“中”字型作為架構(gòu)基礎(chǔ)，“中”字中間的一豎為三段式立柱，“中”字上面一橫以上為立柱上段、立柱上段頂部設(shè)置避雷器；“中”字二橫之間方框之內(nèi)的中間一豎為立柱中段設(shè)立水平回轉(zhuǎn)柱，水平回轉(zhuǎn)柱中設(shè)有套筒、軸承總成和蝸輪蝸桿；“中”字左右各一方框即為水平回轉(zhuǎn)柱左右兩側(cè)對稱固定連接兩個框架，所述二個框架處于同一個平面上；框架里面設(shè)多層縱橫交叉的支架點，一個支架點對應(yīng)安裝一個小渦輪風(fēng)力發(fā)電機，數(shù)百個支架點對應(yīng)安裝數(shù)百個小型渦輪風(fēng)力發(fā)電機；水平回轉(zhuǎn)柱和兩側(cè)的框架是個整體，在水平方向可以360°旋轉(zhuǎn)；“中”字下面一橫以下為立柱下段，立于地基中，為整個渦輪機群大型風(fēng)力發(fā)電機的提供基礎(chǔ)和相關(guān)設(shè)備安裝提供場所。

由于本發(fā)明采用的現(xiàn)有小型風(fēng)力發(fā)電機集成的辦法，這就涉及到各個發(fā)電機發(fā)出來的電能合成的問題，本發(fā)明采用了二次變流和二次并網(wǎng)技術(shù)，即把數(shù)百個發(fā)電機分別發(fā)出來的交流電分別逆變成直流電，再把直流電并聯(lián)實現(xiàn)第一次并網(wǎng)，然后再把第一次并網(wǎng)的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，最后再把交流電柔性并入大電網(wǎng)。這樣不僅解決了電能合成問題，而且也解決了風(fēng)電的并大電網(wǎng)時對大電網(wǎng)的沖擊問題。