[發(fā)明專利]風(fēng)力發(fā)電站和多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680073884.0
• 申請(qǐng)日: 2016-11-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108368821B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·L·鮑恩;H·庫(kù)德斯克;J·L·紐鮑爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): F03D1/02
• 分類號(hào): F03D1/02;F03D13/20
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

風(fēng)力發(fā)電站包括成行列布置的多個(gè)風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)，并且包括具有至少一個(gè)線纜的線纜支撐系統(tǒng)。所述線纜在第一風(fēng)輪機(jī)上方且在第二風(fēng)輪機(jī)下方聯(lián)接至支撐結(jié)構(gòu)。所述線纜將直接相鄰的風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)聯(lián)接在一起。所述線纜可以沿著至少一行或至少一列的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)包括多個(gè)風(fēng)輪機(jī)以及包括塔架和支撐臂的支撐結(jié)構(gòu)。該線纜支撐系統(tǒng)聯(lián)接至所述風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)，并且被構(gòu)造成將該風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)上的載荷傳遞至風(fēng)力發(fā)電站中的另一個(gè)風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及風(fēng)力發(fā)電站，更具體而言涉及包括多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電站。

背景技術(shù)

風(fēng)輪機(jī)用來(lái)利用可再生資源并且無(wú)需燃燒化石燃料來(lái)產(chǎn)生電能。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)輪機(jī)將運(yùn)動(dòng)風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并且隨后將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。風(fēng)輪機(jī)經(jīng)常以大群體方式放置在一起，從而有效地形成風(fēng)力發(fā)電站。

風(fēng)輪機(jī)的一種通用類型為逆風(fēng)水平軸風(fēng)輪機(jī)(HAWT)。HAWT包括塔架、位于塔架頂點(diǎn)處的機(jī)艙和由機(jī)艙支撐的單個(gè)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子。風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子位于機(jī)艙的前部，并且在其支撐塔架的上游面對(duì)風(fēng)向。風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子與容納在機(jī)艙內(nèi)部的發(fā)電機(jī)直接聯(lián)接或者間接聯(lián)接。風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括中央轂和安裝至該中央轂并從該中央轂徑向地延伸的多個(gè)葉片(例如，三個(gè)葉片)。

從任何風(fēng)輪機(jī)輸出的功率都取決于風(fēng)輪機(jī)處的風(fēng)力。通常，風(fēng)向和風(fēng)速與地球上方海拔強(qiáng)烈相關(guān)。海拔越高相當(dāng)于風(fēng)速越高。例如，海拔翻倍可以使風(fēng)力增加20％到60％。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，海拔翻倍可以使風(fēng)輪機(jī)輸出功率增加34％。因此，在更高海拔處操作的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生相對(duì)比較而言更多的功率。然而，將風(fēng)輪機(jī)定位在更高海拔處比較昂貴。

為了到達(dá)更高海拔，增加塔架高度。增加塔架高度需要增加塔架直徑以避免塔架由于最大風(fēng)載荷的預(yù)期增加而彎曲。例如，塔架高度翻倍可能必須將塔架直徑翻倍。塔架高度翻倍因而導(dǎo)致材料用量增加至少四倍。更高塔架的成本因而可能成為將風(fēng)輪機(jī)升高至更佳海拔以產(chǎn)生能量的限制因素。因此，在所有構(gòu)建成本包括塔架成本與計(jì)劃功率輸出之間存在折衷。對(duì)于HAWT來(lái)說(shuō)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)近似為葉片長(zhǎng)度兩到三倍的塔架高度能夠平衡塔架和其它部件的材料成本和功率輸出。

風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)在任何特定海拔從風(fēng)輸出的功率方面也起重要作用。除了從更高風(fēng)速獲得更大功率之外，從風(fēng)獲得的功率與風(fēng)輪機(jī)葉片的掃掠區(qū)域成比例。對(duì)于HAWT，通過(guò)使用較長(zhǎng)風(fēng)輪機(jī)葉片增加掃掠區(qū)域。葉片越長(zhǎng)，葉片頂端追蹤的面積就越大。還有其它風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)變化來(lái)增加掃掠區(qū)域。

作為包括單個(gè)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子的HAWT的替換方案，多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)在單個(gè)塔架上結(jié)合多個(gè)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子。將轉(zhuǎn)子數(shù)量倍增能夠有效地增加掃掠區(qū)域。這相當(dāng)于將一組葉片的掃掠區(qū)域簡(jiǎn)單地乘以轉(zhuǎn)子數(shù)量的倍數(shù)(假定所有葉片都為相同長(zhǎng)度)。

通常有兩種類型的多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)。一種類型為共面多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)，而另一種類型為同軸風(fēng)輪機(jī)。在共面多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)中，多個(gè)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子與在每個(gè)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的各個(gè)分輪機(jī)葉片平行地布置，從而在相同平面上旋轉(zhuǎn)。這種類型的風(fēng)輪機(jī)還可以被稱為陣列風(fēng)輪機(jī)。在同軸多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)中，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)地布置在單個(gè)軸線上。也就是說(shuō)，風(fēng)驅(qū)動(dòng)前端風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子，然后操作尾端風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子。

鑒于掃掠區(qū)域可通過(guò)多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)倍增，多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)至少提供了相比于單轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)使每個(gè)塔架實(shí)現(xiàn)高得多的容量的前景。然而，多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)在塔架高度方面同樣會(huì)經(jīng)歷與HAWT類似的缺陷。此外，當(dāng)考慮到更為復(fù)雜的塔架系統(tǒng)(包括多個(gè)轉(zhuǎn)子的重量和附加支撐設(shè)備)時(shí)，多轉(zhuǎn)子風(fēng)輪機(jī)塔架的成本可能仍然較大。

因而，需要一種改進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電站和風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)，它們?cè)试S在更高海拔放置多個(gè)風(fēng)輪機(jī)，同時(shí)使資本成本最小化并且不會(huì)犧牲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容