[發明專利]回旋體風力發電系統及其發電方法

有效

• 申請號: 201410060821.4
• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN103790775A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 嚴強
• 申請（專利權）人: 嚴強
• 主分類號: F03D5/02
• 分類號: F03D5/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 龔敏

技術領域

本發明涉及風力發電領域，尤其是一種可工業化應用的大型風力發電系統及其發電方法。

背景技術

為了更好的利用風能，人們設計了多種形式的風力發電系統，從風力發電機旋轉軸在空間的結構形式上分類，主要有旋轉軸呈水平方向布置的的水平軸風力發電機以及旋轉軸為垂直方向布置的垂直軸風力發電機。

現有的垂直軸風力發電機的風輪采用具有一定翼形的葉片，如圖1所示，這些葉片一般被固定在繞回轉中心旋轉的懸臂上，并由這些葉片通過懸臂連接到垂直軸上而組成垂直軸風力發電機的風輪。該風輪安裝在一個塔架上，風輪可繞設于垂直軸風力發電機的中心，即垂直軸，進行旋轉。隨著風輪直徑的增大，垂直軸的長度也越來越長，相應的垂直軸的直徑也越來越大，不僅難以加工，而且成本也難以承受，同時伴隨著風輪直徑的增大，對塔架的高度和強度要求也越來越高，在中國專利CN200810108995.8中，雖然采用了空心垂直軸或垂直軸內部采用桁架結構，但當風輪直徑增加到一定值后，垂直軸的直徑仍會非常巨大，依然難以加工，這非常不利于垂直軸風力發電機向更大型化的規模發展，將很難突破300KW或500KW，甚至更大的規模。

此外，對于現有固定葉片角度的垂直軸風力發電機的風輪，當其在轉動時，葉片所處的不同位置，其扭矩大小、方向都不同，葉片在風輪旋轉一周的軌跡中，在有些位置扭矩大、在有些位置扭矩小、在有些位置扭矩為正、在有些位置扭矩為負。而且，隨著風輪直徑的增大和風輪轉速的下降，這些扭矩變化的絕對值尤其明顯。而風輪最終的輸出扭矩是這些扭矩的合力矩，這樣垂直軸風力發電機的風輪氣動效率就較低，因此必須對葉片的角度進行調整，進一步根據葉片所處位置進行實時調節從而提高垂直風輪的效率。調整葉片角度變化的機構一般采用在葉片中心位置設置葉片轉軸，以使得葉片可環繞該葉片轉軸旋轉從而實現調整葉片角度的目的。但旋轉扭矩會隨著葉片不同尺寸、葉片轉軸設置的不同位置、葉片所受風的風向、風速，以及葉片的角度等多種因素密切相關，因此在工業化應用實施中，需根據具體情況，例如在一定的風速和風向情況下，采用固定葉片角度的方法以使得垂直軸風力發電機的輸出功率保持恒定，參見中國專利CN2014100561114，名稱為一種大型垂直軸風力發電機葉片轉角調節和鎖定裝置。

在中國專利CN200610028267.7中，較適合的風輪半徑是葉片寬度（弦長）的1.8到4倍，按此計算，一個12米直徑的風輪，較佳的葉片寬度近2米，一個30米直徑的風輪，較佳的葉片寬度達到5米，40米直徑的風輪，較佳的葉片寬度近7米，50米直徑的垂直風輪葉片寬度達到8米以上，而50米直徑的垂直軸風力發電機的風輪如果以風輪高度和風輪直徑1:1的比例設計，在13米/秒風速下的功率也僅在1兆瓦左右，而如此寬的物件（50米長*5米寬）不僅難以加工、更難以運輸，因此也難以實現工業化應用和商業化實施。

此外，現有的風力發電機一般都是按照設計要求，以確定的額定功率為要求，設計生產而成，然后運輸到現場進行安裝調試。但限于場地以及風力發電機的額定功率，往往不能充分有效的加以利用現場的有限土地和風力資源。例如，一般的風力發電機以10KW，30KW，50KW，100KW這樣單獨生產，但因不同功率的風力發電機其零件的生產、加工、裝配，甚至結構都是不一樣的，有繁有簡，所需的生產設備和工藝要求也都有很大的區別。因此對工業化流水線生產作業而言，存在相當大的難度。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種可實現工業化生產、且具有模塊化設計的風力發電系統。

本發明的具體技術方案是：回旋體風力發電系統，包括有環繞一圈的回旋體22、支撐回旋體的支撐件11、回旋體上設有軌道32，若干個相互連接的臺車31、臺車連接有可受控調整轉動角度的葉片55、若干個固定在回旋體上的發電機61，、回旋體上和臺車上分別安裝有發送和接受信號的若干定位裝置71、每個臺車上設有伺服信號無線發送和接收的無線伺服信號傳輸裝置、臺車上安裝有可接收動力電的受電裝置81、測風儀91。

上述回旋體可以是單元模塊結構，兩個回旋體之間可通過插接方式互相連接，根據設計需要，由若干回旋體組成所設計的形狀。

上述葉片可以是對稱翼型，或一面凸、一面凹的葉片翼型；或一面凸、一面平的葉片翼型。