[發明專利]定向風多層式風輪及其風電場的布局

無效

• 申請號: 201210305547.3
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN102787985A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 戴克發
• 申請（專利權）人: 戴克發
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

風能是綠色可再生能源，其巨大的潛力可用于發電事業。我國幅員遼闊，地理和氣象環境千姿百態，因而風能資源表現為多樣性。我國西北部以及浩瀚的大北方地區，有大片的沙漠和沙化平原，有連綿千里的山脈，造成這些地區風能資源的定向性。本專利申請提出定向風風輪的設計，和以這種風輪為主體，提出形式多樣化的風電場布局。

多層式風輪(圖1)是本專利申請的主體設備，其結構特點是以輪轂(中心軸，件1)為中心，以等距離佈置若干個同心風輪圈(件2)，在風輪圈之間布置若干個翼片(件3)，其最外層則以風輪箍(件4)圈定，形成一個完整的風輪。風輪軸兩端用風輪托架(件5)托住，牢固地固定在地基上。輪軸之一端以機械傳動機構(件6)與發電機(件7)相運接(見圖2)，合成一套(風輪+發電機)單元機組。圖2顯示，風輪與發電機的連接有落地式連接與高架式連接兩種方式。

定向風風輪采用多層式高捕捉率設計。采用多層式、使大型、特大型單元高捕捉率風輪成為可能。翼片(件3)在層與層之間有序排列，翼片與風輪中心軸(件1)線成一穩定的傾斜角α(見圖3)。每層的翼片形狀完全相同，而各層的翼片則基本相似，只是每層按輪圈直徑的差異，布置不同數量的翼片，因此整個風輪迎面望去類似于魚類身披井然有序的鱗片。翼片群基本上覆蓋了整個迎風面，故稱之為高捕捉率。當風能接觸到風輪時，由于翼片有一個傾角α，使風能流經風輪時發生一個轉向運動，其結果是產生了一個沿風輪切向的分力，它推動了風輪的旋轉運動。這個旋轉運動通過風輪軸和發電機之間的機械傳動，(件6)帶動了發電機(件7)產生電能。

在定向風地區，往往有定時性反向風的特點，本專利申請提出的風輪設計完全適應于項定時性反向風的特點，只是風輪在反向風時作反向旋轉。本專利申請為此，提出在風輪軸和發電機軸之間布置一個反轉切換排檔(見圖4)，無論風輪是正轉抑或是反轉，發電機始終作同一方向的旋轉，使其發電功能較為穩定。

采用定向風風輪后，風電場的布局隨地理和氣象條件的差異，有豐富多彩的形式。本專利申請提出三大類布局：

第一類棋盤式布局(圖5A型)如果定向風地區有成片的平原，可采用棋盤式布局，使每個風輪都能承接到較為穩定、均衡的風能。

第二類擋風墻式布局(圖5B型)采用多臺風輪排成直線的，或某種弧線的長蛇陣般的擋風墻，擋住風的去路，迫使它給出動能。這種風墻般的電場，正面面對風的方向，一方面產生電能，另一方面也產生迫使風所攜帶沙塵產生沉降的作用。如果這種擋風墻般的風電場，沿由西向東的萬里疆土上，每隔一個距離布設一堵，有阻止沙化向東擴展的作用。如果在東部地區的特大城市的上風面，布設若干道這種面對來風的擋風墻型風電場，可有效地防止沙塵暴的侵襲和沙化的東漸。

第三類風洞式布局(圖5C型)在多山地區選擇適當山體，開鑿前后貫通的巖洞，其中布設一套風輪發電機組。山體面對定向風，因而風洞有明顯的聚風效果。風洞中的風速往往大于山前的風速，更有利于風輪發電機組的發電功能。本專利申請提出四種風洞的造型，即直筒型風洞、束腰型風洞、前喇叭型風洞和后喇叭型風洞，為實施者提供更多的選擇。當今，機械化的隧道鑿巖機國內已有能力進行批量生產，為風洞式風電場的建設提供了有效的技術支持。

特別提示

①多層式高捕捉率風輪在本專利申請人的前一宗專利申請(申200610067799.1)中已經有過詳細的介紹。該專利申請是專門為非定向風的風能利用而提出來的。本專利申請為定向風的風能利用再次提出了同一設計原理和基本結構的多層式風輪，清楚地說明了這項風輪的設計，可廣泛應用于定向風和非定向風，因此本專利申請人認為這項風輪的設計有能力完全替代目前國內、外通用的各式風輪。

②多層式高捕捉率風輪是本專利申請(以及上述專利申請200610067799.1)的創新性設計，根本區別于目前常用的各式設計。因此，在實施時，比之于單純的采用引進設備，或基于國外技術進行的“國內創造”，肯定會有各種困難和不確定因素。以本專利申請人個人的觀察，目前國內標榜“開發風電技術”的單位不少，但是有足夠技術力量獨立開發創新技術的風電成套設備的單位可謂鳳毛麟角。因此，本專利申請人殷切地盼望這項事業有國家的政策扶持，籌組一個強有力的領導班子，組建一個高水平的技術核心隊伍，指定主要生產單位，併力攻關，才能尅日奏效。