一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括垂直設(shè)置的圓柱形的聚風(fēng)塔，聚風(fēng)塔內(nèi)垂直方向設(shè)有多層平臺(tái)；每層平臺(tái)中心均設(shè)有核心機(jī)組，核心機(jī)組外周沿徑向設(shè)有風(fēng)道，風(fēng)道內(nèi)由內(nèi)向外布置有多級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；風(fēng)道最外側(cè)，即圓柱形聚風(fēng)塔的外立面設(shè)有迎風(fēng)口。風(fēng)道為旋式結(jié)構(gòu)，采用由外向內(nèi)漸縮的風(fēng)道，由于狹管效應(yīng)，風(fēng)從迎風(fēng)口進(jìn)入后，越向內(nèi)風(fēng)力越大，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量也是逐漸向核心區(qū)域遞增的，中心的核心機(jī)組裝機(jī)容量最大。本發(fā)明提供的系統(tǒng)裝機(jī)容量大，占地面積小，發(fā)電效率高，是一種能最高效利用風(fēng)能、具有最大單臺(tái)裝機(jī)容量、集成化程度最高、性價(jià)比最優(yōu)的組合風(fēng)力發(fā)電模式，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為將風(fēng)力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)力而生產(chǎn)電的技術(shù)，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)而生產(chǎn)電的系統(tǒng)。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)全球清潔能源市場(chǎng)有50萬(wàn)億美元的市場(chǎng)份額。
[0003]風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般分為水平軸風(fēng)力發(fā)電和垂直軸風(fēng)力發(fā)電。水平軸風(fēng)力發(fā)電效率高，但是受風(fēng)向影響很大;垂直軸風(fēng)力發(fā)電雖然受風(fēng)向影響不大，但是與水平軸相比效率不高。因此，在垂直軸風(fēng)力發(fā)電中，如何提高其發(fā)電效率，是急需解決的問(wèn)題。
[0004]傳統(tǒng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組為桅桿結(jié)構(gòu)，通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)立桿將風(fēng)力發(fā)電機(jī)舉高到空中，為了保持長(zhǎng)立桿在強(qiáng)風(fēng)作用下還具有足夠的強(qiáng)度，往往還需要在長(zhǎng)立桿頂端和地面之間用數(shù)條與地面傾斜的鋼纜加固。如果應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)獲取較高的發(fā)電功率時(shí)，就需要安裝較多的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)以增加總的風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪掃風(fēng)面積。為了減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間在風(fēng)場(chǎng)中的互相干擾，還需要使他們之間具有適當(dāng)?shù)拈g隔，占地面積很大。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利CN102953935A公開(kāi)了一種聚風(fēng)塔式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括一個(gè)外形帶有豎立的圓柱面的聚風(fēng)塔，以及可以圍繞聚風(fēng)塔圓柱面軸線回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)車(chē)架，風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在掛臂上，掛臂支承在回轉(zhuǎn)車(chē)架上，回轉(zhuǎn)車(chē)架可以帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)繞聚風(fēng)塔圓柱面的外側(cè)面回轉(zhuǎn)。聚風(fēng)塔塔體的外形可以將吹向它表面的風(fēng)流導(dǎo)向位于其圓柱面外側(cè)的各小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力和有效運(yùn)行時(shí)間。
[0006]聚風(fēng)塔式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)改變了一般小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)用一條長(zhǎng)立桿舉高到空中的形式，可以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，有更好的穩(wěn)固性、安全性和與周?chē)h(huán)境的協(xié)調(diào)性。但是其僅在聚風(fēng)塔的兩端掛臂上從上到下布置兩列小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，裝機(jī)容量小，占地面積大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種裝機(jī)容量大、占地面積小、發(fā)電效率高的垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括垂直設(shè)置的圓柱形的聚風(fēng)塔，聚風(fēng)塔內(nèi)垂直方向設(shè)有多層平臺(tái)；每層平臺(tái)中心均設(shè)有核心機(jī)組，核心機(jī)組外周沿徑向設(shè)有風(fēng)道，風(fēng)道內(nèi)由內(nèi)向外布置有多級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;風(fēng)道最外側(cè)，即圓柱形聚風(fēng)塔的外立面設(shè)有迎風(fēng)口。
[0009]優(yōu)選地，所述風(fēng)道為旋式結(jié)構(gòu)。
[0010]更優(yōu)選地，所述風(fēng)道的旋轉(zhuǎn)偏向與其所處地理位置的洋流、氣旋的旋轉(zhuǎn)偏向一致。
[0011]進(jìn)一步地，中國(guó)身處北半球，地球的物理特性是北半球的洋流、氣旋都是左旋式，所以本風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安裝在中國(guó)時(shí)，將風(fēng)道設(shè)計(jì)為左旋式。
[0012]優(yōu)選地，沿半徑方向由外向內(nèi)，所述風(fēng)道的截面積逐漸縮小。
[0013]優(yōu)選地，相鄰所述風(fēng)道之間通過(guò)墻體隔開(kāi)。
[0014]優(yōu)選地，每條所述風(fēng)道內(nèi)由內(nèi)向外布置有I?5級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
[0015]優(yōu)選地，所述核心機(jī)組為2?10萬(wàn)千瓦每臺(tái)。
[0016]優(yōu)選地，所述聚風(fēng)塔頂部設(shè)有雨水收集平臺(tái)。
[0017]優(yōu)選地，所述聚風(fēng)塔頂部設(shè)有光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明提供的三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，采用由外向內(nèi)漸縮的風(fēng)道，由于狹管效應(yīng)，風(fēng)從迎風(fēng)口進(jìn)入后，基本每向內(nèi)100米長(zhǎng)度，風(fēng)力會(huì)增加3級(jí)左右，空氣密度、風(fēng)速也同步升級(jí)，可以最大限度地將大氣環(huán)流在人工控制條件下形成聚能。所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量也是逐漸向核心區(qū)域遞增的，中心的核心機(jī)組裝機(jī)容量最大。
[0019]本發(fā)明提供的系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，裝機(jī)容量大，占地面積小，發(fā)電效率高，且使用壽命長(zhǎng)，是一種能最高效利用風(fēng)能、具有最大單臺(tái)裝機(jī)容量、集成化程度最高、性價(jià)比最優(yōu)的組合風(fēng)力發(fā)電模式，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)施例提供的三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0022]圖1為本實(shí)施例提供的三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖，所述的三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括垂直設(shè)置的圓柱形的聚風(fēng)塔I，聚風(fēng)塔I內(nèi)垂直方向布置有多層平臺(tái)，每層平臺(tái)中心均布置有核心機(jī)組2，核心機(jī)組2外周沿徑向布置有左旋式的風(fēng)道3，每條風(fēng)道3內(nèi)由內(nèi)向外布置有I?5級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組4。風(fēng)道3最外偵U，即圓柱形聚風(fēng)塔I的外立面開(kāi)有巨大的迎風(fēng)口。
[0023]風(fēng)道3為外大內(nèi)小型，即越向內(nèi)側(cè)延伸風(fēng)道越窄。則由于狹管效應(yīng)，風(fēng)從迎風(fēng)口進(jìn)入后，基本每向內(nèi)100米長(zhǎng)度，風(fēng)力會(huì)增加3級(jí)左右，空氣密度、風(fēng)速也同步升級(jí)。當(dāng)外界年均風(fēng)力6級(jí)時(shí)，風(fēng)道內(nèi)的壓力風(fēng)速以5級(jí)機(jī)組計(jì)(由外向內(nèi)依次為第一級(jí)、第二級(jí)……)，第一級(jí)機(jī)組受風(fēng)風(fēng)力9級(jí)(27m/s)，第二級(jí)機(jī)組受風(fēng)風(fēng)力11級(jí)以內(nèi)(扣除機(jī)組阻力作用、風(fēng)道摩擦、擾流系數(shù)等)，第三級(jí)機(jī)組受風(fēng)風(fēng)力大于12級(jí)，第四級(jí)機(jī)組受風(fēng)第風(fēng)力大于13級(jí)，五級(jí)機(jī)組受風(fēng)風(fēng)力大于14級(jí)(42m/s)。隨后風(fēng)會(huì)在圓柱形聚風(fēng)塔I中心聚集，驅(qū)動(dòng)核心機(jī)組2做功。
[0024]本實(shí)施例中，核心機(jī)組2為2萬(wàn)?10萬(wàn)千瓦每臺(tái)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組4最大為1.2萬(wàn)千瓦m* π ο
[0025]中國(guó)身處北半球，地球的物理特性是北半球的洋流、氣旋都是左旋式，而南半球的洋流、氣旋是右旋式的，所以將風(fēng)道3設(shè)計(jì)為左旋式，順應(yīng)自然科學(xué)、地球的物理特性，可以達(dá)到事半功倍的效果。相鄰風(fēng)道3之間通過(guò)墻體隔開(kāi)。
[0026]本實(shí)施例提供的三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以最大限度地將大氣環(huán)流在人工控制條件下形成“聚能腔式”，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量也是逐漸向核心區(qū)域遞增的，中心的核心機(jī)組裝機(jī)容量最大。核心區(qū)域每平方米壓力可達(dá)10公斤左右，甚至更大，這是確保十萬(wàn)千瓦級(jí)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組正常發(fā)電的保障因素。
[0027]本實(shí)施例提供的三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，可以在直徑1100米(0.949km2)面積上獲得最大裝機(jī)容量約2700萬(wàn)千瓦以上;是一種能最高效利用風(fēng)能、具有最大單臺(tái)裝機(jī)容量、集成化程度最高、性價(jià)比最優(yōu)的組合風(fēng)力發(fā)電模式。該模式裝機(jī)有效發(fā)電率為88%以上。丹麥學(xué)者測(cè)得中高寬區(qū)域風(fēng)力、風(fēng)期均優(yōu)于低空，年風(fēng)期達(dá)6500小時(shí)左右。即使在東南沿海臺(tái)灣海峽優(yōu)質(zhì)風(fēng)源地福建泉州海上風(fēng)電場(chǎng)，測(cè)得年風(fēng)期3800小時(shí)左右。本實(shí)施例以年風(fēng)期3800h計(jì)算，則年發(fā)電量達(dá)到902.88億千瓦時(shí)，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益極為可觀。
[0028]此外，聚風(fēng)塔頂部還可以作為雨水收集平臺(tái)，或者放置光伏電池板進(jìn)行光伏發(fā)電。
[0029]同時(shí)，本風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在上層建造的同時(shí)下層就可以運(yùn)行發(fā)電，屬于一種邊建邊發(fā)電的優(yōu)勢(shì)風(fēng)電模式，而不需要一次性建成后發(fā)電。這樣，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)全部建成之時(shí)，已發(fā)電相當(dāng)可觀了。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括垂直設(shè)置的圓柱形的聚風(fēng)塔(I)，聚風(fēng)塔(I)內(nèi)垂直方向設(shè)有多層平臺(tái)；每層平臺(tái)中心均設(shè)有核心機(jī)組(2)，核心機(jī)組(2)外周沿徑向設(shè)有風(fēng)道(3)，風(fēng)道(3)內(nèi)由內(nèi)向外布置有多級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(4)；風(fēng)道(3)最外側(cè)，即圓柱形聚風(fēng)塔(I)的外立面設(shè)有迎風(fēng)口。2.如權(quán)利要求1所述的一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)道(3)為旋式結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求2所述的一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)道(3)的旋轉(zhuǎn)偏向與其所處地理位置的洋流、氣旋的旋轉(zhuǎn)偏向一致。4.如權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:沿半徑方向由外向內(nèi)，所述風(fēng)道(3)的截面積逐漸縮小。5.如權(quán)利要求1所述的一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:相鄰所述風(fēng)道(3)之間通過(guò)墻體隔開(kāi)。6.如權(quán)利要求1所述的一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:每條所述風(fēng)道(3)內(nèi)由內(nèi)向外布置有I?5級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(4)。7.如權(quán)利要求1所述的一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述核心機(jī)組(2)為2?10萬(wàn)千瓦每臺(tái)。8.如權(quán)利要求1所述的一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述聚風(fēng)塔(I)頂部設(shè)有雨水收集平臺(tái)。9.如權(quán)利要求1或8所述的一種三維空間全向聚能垂直軸大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述聚風(fēng)塔(I)頂部設(shè)有光伏發(fā)電系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】F03D9/25GK105909475SQ201610407174
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】朱安心
【申請(qǐng)人】朱安心