[發(fā)明專利]一種鉸接式桁架定變槳組合葉片裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310017796.7
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103089553A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾攀;陸紅亞;馬源;雷麗萍;謝煒
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00;F03D7/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)今的大部分能源來源是化石燃料：煤、石油以及天然氣，以現(xiàn)在的使用速度，已知的剩余煤礦礦藏將在約200年后被用完，而石油和天然氣將在不到100年內(nèi)使用殆盡?；剂显谑褂脮r會造成大量的環(huán)境污染，其中包括導(dǎo)致全球變暖的溫室氣體。風(fēng)能是最具商業(yè)潛力、最具活力的可再生能源之一，使用清潔，成本較低，而且取用不盡。風(fēng)力發(fā)電具有裝機(jī)容量增長空間大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等優(yōu)勢。風(fēng)力發(fā)電在為經(jīng)濟(jì)增長提供穩(wěn)定電力供應(yīng)的同時，可以有效緩解空氣污染、水污染和全球變暖問題。在各類新能源開發(fā)中，風(fēng)力發(fā)電是技術(shù)相對成熟、并具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)開發(fā)條件的發(fā)電方式，風(fēng)力發(fā)電可以減少化石燃料發(fā)電產(chǎn)生的大量的污染物和碳排放，大規(guī)模推廣風(fēng)電可以為節(jié)能減排做出積極貢獻(xiàn)。在全球能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益嚴(yán)重的背景下，風(fēng)能資源開始受到普遍關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電規(guī)模化發(fā)展給風(fēng)力發(fā)電裝備制造業(yè)提供了廣闊的市場空間和前景。據(jù)估計，全球潛在風(fēng)力發(fā)電能力超過70萬億千瓦，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。隨著未來常規(guī)能源成本持續(xù)上升，風(fēng)電優(yōu)勢更為明顯，發(fā)展會更快，估計未來多年內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)容量年均增速將高達(dá)20%。根據(jù)全球風(fēng)能委員會的報告，目前德國、西班牙、美國、印度、丹麥、意大利、英國、荷蘭、中國、日本和葡萄牙等國的風(fēng)電裝機(jī)容量相對較多。國際綠色和平組織和世界風(fēng)能協(xié)會發(fā)布的全球產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書認(rèn)為，到2020年全世界風(fēng)能裝機(jī)容量將達(dá)到12.6億千瓦，屆時風(fēng)電電量達(dá)3.1萬億千瓦時，風(fēng)電將占世界電力供應(yīng)的12%（同時，這種清潔能源將減少約110億噸的二氧化碳排放）。

可以看出，包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等在內(nèi)的可再生能源的利用進(jìn)入了一個嶄新的發(fā)展時期，風(fēng)能被認(rèn)為是最有希望與傳統(tǒng)能源在發(fā)電成本上相抗衡的清潔能源。英國、丹麥等歐洲國家風(fēng)電機(jī)組的平均單機(jī)功率已經(jīng)達(dá)到2.5兆瓦，中國平均為1.6兆瓦。海上風(fēng)機(jī)的安裝成本較高，因此大型機(jī)組更有成本優(yōu)勢，丹麥Vestas的6MW風(fēng)機(jī)即將投入使用，美國Clipper公司開發(fā)了10MW樣機(jī)，下一代海上風(fēng)電兆瓦級機(jī)組將達(dá)到6MW至10MW。

近年來中國風(fēng)電行業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)性增長，從2005年的年裝機(jī)容量不到1000MW，到2009年年裝機(jī)容量超過14000MW，五年時間增長了14倍，“十二五”期間（2011-2015年）中國的新增風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到40000MW，中國已成為全球矚目的風(fēng)電大國。

從19世紀(jì)末到20世紀(jì)初的風(fēng)力發(fā)電，都是小規(guī)模的直流發(fā)電，直到20世紀(jì)前半期，才開始實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的大型化，并通過提高空氣動力性能來增大輸出功率。到了20世紀(jì)90年代末期，已經(jīng)大規(guī)模采用1MW-1.5MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。進(jìn)入21世紀(jì)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率及風(fēng)輪直徑更加趨于大型化，風(fēng)輪直徑達(dá)到60-80m、輸出功率達(dá)2MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成為主導(dǎo)機(jī)組，同時，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也更加大型化。

當(dāng)今，風(fēng)力發(fā)電的最新技術(shù)及發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出大型化、變速運行、變槳距及無齒輪箱等發(fā)展趨勢，即

一、在大型化方面，現(xiàn)在兆瓦級的風(fēng)電機(jī)組已具備了商業(yè)化價值，其單機(jī)容量可達(dá)2～3MW，目前最大的風(fēng)電機(jī)組的海上單機(jī)容量可達(dá)5MW，風(fēng)輪葉片長度也大于30m，發(fā)電機(jī)組的重量也較重，必然在運輸及安裝上帶來較大的困難，風(fēng)電機(jī)組在大風(fēng)時的結(jié)構(gòu)安全性也面臨較大的風(fēng)險。

二、在變速運行方面，即與恒速運行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，變速運行的風(fēng)機(jī)具有發(fā)電量大、對風(fēng)速變化的適應(yīng)性好、生產(chǎn)成本低、效率高等優(yōu)點，但對于大型風(fēng)機(jī)，由于葉片較長及較重，針對其慣性的控制將是一個難點。

三、在變槳距設(shè)計及操作方面，目前定槳距在向變槳距方向發(fā)展，變槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點是機(jī)組起動性能好、輸出功率穩(wěn)定、機(jī)組結(jié)構(gòu)受力小、停機(jī)方便安全，但變槳距的機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，也增加了變槳裝置的故障幾率，控制程序比較復(fù)雜。結(jié)合變槳距技術(shù)的應(yīng)用以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，大多風(fēng)電機(jī)組開發(fā)制造廠商開始使用變速恒頻技術(shù)，并開發(fā)出了變槳變速風(fēng)電機(jī)組，使得在風(fēng)能轉(zhuǎn)換上有了進(jìn)一步完善和提高

四、在無齒輪箱（直驅(qū)式）方面，即采用無齒輪箱的直驅(qū)方式，可以有效地提高系統(tǒng)的效率以及運行可靠性，但需要發(fā)展低轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)技術(shù)。

五、在葉片技術(shù)方面，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的翼型從當(dāng)初采用飛機(jī)機(jī)翼的翼型，發(fā)展為最近使用的專門針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的翼型，并且在低雷諾茲數(shù)范圍內(nèi)得到更高的升阻比，與飛機(jī)使用的翼型相比，翼型變厚，葉片的強(qiáng)度及剛度也大大地提高。