专利汇可以提供邱山风力发电机组专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 :邱山 风 力 发 电机 组。属 可再生 能源 —— 风能 开发领域。现行风电开发存在着:风电电价高,风电并网难负面状况。科研发现;采用低效率3 叶片 风车直驱发电机产风电模式,是其技术根源。遂探索、科研、获得了创新技术:(一),邱山风车。在相同条件下测试,输出功率 密度 最大值,邱山风车实验模型的是现行3叶片风车实验模型的4——6倍。(二),启用介质(以空气为例)储能产风电模式。两者组合构成按恒效率运行的邱山 风力 发电机组 。其系统一,自动控制将风能高效率转换为压缩空气能。其系统二,自动控制将压缩空气能稳定转换为合格并网风电。提高设备运行收益,有望超过按恒功率运行的现行3叶片风车直驱发电机产风电的2.5倍。,下面是邱山风力发电机组专利的具体信息内容。
1.本发明:邱山风力发电机组。
与现行风力发电机组的基本构成:(风能)——3叶片风车——齿轮箱——发电机——(风电),即风车直驱发电机产风电模式比较,相同之处是:都有将风能转换为机械能的风车,和将机械能转换成风电的发电机。不相同之处有三:即,
其特征之一是:用效率较高的邱山风车,取代了低效率的3叶片风车。
现行风力发电机组,几近100%采用的是,在轮毂上,辐射、悬臂安装着3根升力型叶片的3叶片风车。理论上有“3叶片的转子效率最高”、“3叶片风轮通常能提供最佳的效率”“三叶片风力发电机是行业标准”等的表述。但感性判断发现、理论分析显示、实验测试验证,得出的结论是:不计1、2叶片风轮,仅计3叶片及3叶片以上的风车风轮,3叶片风轮的效率,不仅不是最高的,反而是最低的。(参见图1)产生如此异常现象的原因,分析后认为(发现):现代风车技术研发者,未经厉必要的风车技术启蒙初级实验实践,对风车技术基本特性缺乏认识,在借鉴先予它半个世纪诞生的风扇技术时缺乏标准,从而发生了风扇技术张冠李戴冒充风车技术指导风车研发,诞生了3叶片风车的历史现象。3叶片风车诞生后,社会实践优于传统风车(如:荷兰4叶片风车),从而被社会接受。后续的引进者、推广者,同样未经厉必要的风车技术启蒙初级实验实践,对风车技术基本特性缺乏认识,也就对风扇技术张冠李戴冒充风车技术缺发鉴别能力。于是乎,3叶片风车效率最高这一欠科学的理论,才得以愚弄人们30多年,形成全世界风电机组几近100%采用3叶片风车的异常现象。为探索创造能提高风场风能利用率的邱山风车,和克服风电开发存在着的风电电价高,风电并网难异常现象,科研实践近十年,理论分析与实验实践相结合,交替进行,相互促进。
风车实验模型正编号达161个,加上付编号共达214个。终于科研实践首先孕育形成了风车技术邱山理论。从而效率较高的邱山风车诞生。宣布了风扇技术张冠李戴冒充风车技术历史的终结。邱山风车诞生,为风车技术回归科学樹立起了榜样。
其特征之二是:启用介质储能产风电模式,取代了实施恒功率运行的抑制风车效率的风车直驱发电机产风电模式
现行风力发电机组,风车输出的机械能,直接或通过齿轮变速箱直驱发电机产风电。启用介质储能产风电模式,风车输出的机械能,先传输给能储能的介质储存起来(如:由空气压缩机转换成压缩空气能存于储罐内)。然后将介质储能转换成机械能(如:通过空气马达转换成机械能)驱动发电机产风电。
风车直驱发电机产风电,按恒功率运行。启用介质储能产风电,按恒效率运行。
其特征之三是:邱山风车,与启用介质储能产风电模式相结合,构成了邱山风力发电机组。两者的优缺点也就成为邱山风力发电机组的优缺点。
值得注意的是:邱山风力发电机组,由于是邱山风车取代3叶片风车与启用介质储能产风电模式的结合,实践的是恒效率运行。比由现行3叶片风车直驱发电机产风电模式,按恒功率运行,风电产量有望超过K=2.5倍。
即:一台邱山风力发电机组,有望超过2.5台3叶片风车直驱发电机产风电机组的效益。
2.权利要求1所述的邱山风车,其特征是:
A,叶片有两型:阻力型叶片和升力型叶片。
阻力型叶片:横截而形状:非翼型,——横截面的两条长边线为相似形。功能机理:在风流中,叶片阻挡风流,风能对叶片的作用力FBC,在风轮旋转平面上的分量FBC×sinθ=FDC,就是形成风轮旋转输出机械能P=MΩ的原动力。(参见图2)。
2 2 2
输出功率:PN=A1/2ρW 【SinФ/2Ck cosΦSinΦ/2】Uo
2 2 2
风车效率:CP=σ(1+λ )λo【SinФ/2-Ck cosФSinΦ/2】
升力型叶片:横截面形状:翼型,——横截面的两条长边线为非相似形。功能机理:在风流中,叶片能将风能转换成垂直风速方向的升力dL,和顺风速方向的阻力dD,两者合成
2 2 1/2
气动力:dR=(dL+dD) 。气动力dR在风轮旋转平面上的分量:dRcosβ=dFT,就是形成风轮旋转输出机械能P=MΩ的原动力。(参见图3)。
2 2 2 1/2 2
输出功率:p=A1/2ρW【(CL+CD) sin(Φ-γ)-Ck cosΦSin(Φ-αjia,)】U0
2 2 2 1/2 2
风车效率:CP=σ(1+λ )λ0【(CL+CD) sin(Φ-γ)-Ck cosΦSin(Φ-αjia)】B,两型叶片风车共同的技术规律:
风车输出功率P,与风车叶片面积之和A成正比;(在实度σ≤0.75域内);
风车效率Cp,与风车实度σ成正比。(在实度σ≤0.75域内);
风车输出功率P,风车效率Cp,均与叶片的面积形心所构成的形心圆的直径成正比;
风车风轮的最佳叶尖速比λJIA,是风车风轮结构参数和运行状况的函数。
风车输出功率P,风车效率Cp,最佳叶尖速比λJIA,均与风车风轮的阻尼系数Ck成负相关关系。即:Ck降低,P,Cp,λJIA提高。
C,阻力型叶片风车的技术规律:
阻力型叶片的安装角θ,等于风向角Φ的一半时,效率较高。即θ=Φ/2。
实度σ相等的两个同规格的风车风轮,叶片数多的(叶片窄的)风车的性能,优于叶片数少的(叶片宽的)风车的性能。(参见图4);
叶片安装角固定的风车,在不同风速下,其最佳叶尖速比恒定。(参见图5)
邱山风力发电机组用的风车,(与启用介质储能产风电模式的风电机组配套用的风车),勿需对叶片变距。叶片固定安装在轮毂上。
阻力型叶片风车风轮应设计成摆振刚硬的整体结构。——风轮叶片尖端和中部,设置外圈和中圈(视情况可加装数个圈)。自外圈、中圈,向风轮两边轮毂均布斜拉数对张线。
从而使传统悬臂梁式的众多叶片与轮毂间,在圈与张线的组织下,叶片变成类似简支梁,构成整体结构。其强度、刚度、抗振度,都有所改善。
外圈,中圈的材质、断面形状、联接等,依实际情况,灵活设计。
例如:选用弹性较好的钢丝作圈。穿装进叶片预先钻好的孔中,紮好圈的搭接头。叶片上的钻孔:中圈的孔,在叶片中线上中圈通过的点处,钻适当大于钢丝直径D的孔。两个外圈。叶片上的这两个外圈通过孔是这样钻的:距叶尖适当的距离(如:5D左右)划中线的垂线。在这垂线上距中线相等的两点,钻适当大于D的孔。(该两孔距叶片边,要留有适当的距离,如:5D左右)。(因刚丝轴线与孔的轴线间有夹角,斜穿钢丝,所以钻孔应适当大于刚丝直径D)。由叶尖安装角θj,和叶尖两个孔的距离,可计算出两个外圈的中线距离。用可行、合适的有效措施,将其固定。此是实现、稳定叶尖安装角θj的措施。
阻力型叶片用材和结构:金属板材,扇形双折板,θ=Φ/2。薄漠材料,叶片支架,蒙薄漠,θ=Φ/2。塑料成形,θ=Φ/2。
金属板材。扇形双折板的加工:对扇形叶片胚料划中线。划叶根宽线,将叶根宽线两端点与叶尖中点连线。所构成的等腰3角形的两腰线,就是双折板的折线。迎风边,顺风折。
背风边。迎风折。折好后叶尖成直线。叶根直线与叶尖直线间的夹角Δθ,应等于叶根安装角θg与叶尖安装角θj之差,即θg-θj=Δθ。
叶片之间的间隙应尽可能的均匀。考虑到直径、实度相同的两个风车,叶片多、叶片窄的性能好的特点,以及叶片的强度、刚度、在轮毂上的安装等。可采用长、短叶片相间组合来解决。长叶片装到轮毂上,短叶片不与轮毂直接相连接。而是利用所设置的外圈,数层中圈来支持,间接与轮毂相连。
为了减轻重量,选板材要薄和比重小;但整体又要有足够的强度、刚度。可在长叶片中选取数根(如3根或x根)均布的叶片,对其适当加厚,或好的材质。以其充当“柱、梁”的作用。
按风车技术邱山理论,设计制做的邱山风车实验模型,与现行3叶片风车实验模型,实验测试结果是:风车外径相同,在相同风场中,用相同的测试设备和方法,两者的功率密度最大值之比:邱山风车实验模型的功率密度最大值/现行3叶片风车实验模型的功率密度最大值=H=4——6。(见图1,图4)
D,升力型叶片风车的技术规律(略) 。
3.权利要求1所述的启用介质储能产风电模式,其特征是:
A,介质。
能够储能并方便再利用的物质。如:水,油,气,----等,可根据具体条件选用。
如:安装风电机组处有水源的,又附近有高处可置放储水池的,就可选水作介质。有风时风车将水提升注入高处储水池内储能。需要电能时,通过水轮机驱动发电机生产出风电来。
B,启用空气介质储能产风电机组的结构
(选用其它介质时,其结构自然需相应调整啦。功能、效果,基本相同。)
其由三部分构成:
(一),将风能尽可能高效率转换成压缩空气能——系统一。
(二),稳定产并网合格风电——系统二。
(三)。支持、协调机组各部完成使命——系统三。
考虑到:(1),风电机组构成设备尽可能不装在塔架顶端,而移装在地面上。这可以减轻多方负担。如:体积,重量,外形,安装,保养,维修------等。(2),有条件时多套系统一,共用同一套系统二。
则启用空气储能产风电模式基本构成的三个系统就成为:
系统一:风能——定距叶片风车(含安装座及偏航轴承)——机械动力传输系统〖——锥齿轮箱(水平轴变为垂直轴)——垂直传动轴和万向联轴器——锥齿轮箱(垂直轴变为水平轴)——可自动控制的多轴输出变速箱〗——多规格空气压缩机——系统一的自动控制系统——压缩空气。
系统二:压缩空气——〖多个规格不同单向阀——多个规格不同分开关——前分路管件——总开关——压缩空气储罐——总开关——后分路管件〗——〖可自动控制的多个规格不同分开关——多个规格不同空气定压阀——多个规格不同空气马达——多台规格不同发电机〗——系统二的自动控制系统——并网合格风电。”,
系统三:安装风车的塔架,机组部件的支持、安装设施。
如此,整个风电机组,只有风车(包括安装座及偏航轴承),锥齿轮箱(水平轴变为垂直轴),垂直传动轴和万向联轴器,这3个部件安装在地面以上支高风车的塔架上。其余的均安装在地面上或地面下。
鉴于塔台顶“宽畅”,为在下风处再装一个风轮提供了方便。实验室测试,下风处的风轮,仍能输出可观的机械能。两个风轮同轴线反转,两轴上装相同的锥齿轮,分别从前后驱动同一个从动锥齿轮。后风轮轴上的锥齿轮与轴之间,装一个飞轮,用以协调前、后轴的转速偏差。——后轴转速慢时,后锥齿轮空转。从而,可成为双风轮风车。
C,启用介质储能产风电模式的功能与效果
按职设岗,各司其职,发挥长处,避开短板,分工合作,稳产高产,合格风电,造福人类。
启用介质储能产风电模式,。
一可充分发挥风车的功能,高效率将风能量转换成机械能,随即(由空气压缩机,-------等)转换为介质储能。
二可在储能环节,风能密度的随机变化,对风电的不良影响,被消解了。
三可独立自主将介质储能转换成合格风电。
四可实现恒效率运行,为收获设备运行效益最大化创造了条件。
(如:图6中所示的功率密度图线II和效率图线V),取代恒功率运行。收获设备运行效益最大化。
两个模式比较,我们将看到:对V=0——22m/s的风能,设两个模式都循序均匀转换风电一遍。各得功率密度之和,列表计算得知:(见表1)
2
启用介质储能产风电模式,按效率Cp=0.4计,功率密度之和是∑16.57904(kw/m ),风车直驱发电机产风电模式,以GW77/1500机组为代表,功率密度之和是
2
∑4.6717(kw/m),
两个模式比较:∑16.57904/∑4.6717=3.5488(倍)
即,启用介质储能产风电模式机组1台,抵得上风车直驱发电机产风电模式机组3.5台。
2
启用介质储能产风电模式,按效率Cp=0.5计,功率密度之和是∑20.724175(kw/m ),风车直驱发电机产风电模式,以GW77/1500机组为代表,功率密度之和是
2
∑4.6717(kw/m),
两个模式比较:∑20.724175/∑4.6717=4.4361(倍)
取其平均值:(3.5488+4.4361)/2=7.9849/1=3.99245=4
即,启用介质储能产风电模式机组1台,抵得上风车直驱发电机产风电模式机组4台。
D,启用介质储能产风电模式存在着两个缺点
一个是:启用介质储能产风电模式,多了两次效率损失。
两种模式比较即可看到:
启用介质储能产风电模式,有4次能量转换:
第1次,风能 机械能,由风车完成;
第2次,机械能 压缩空气能,由空气压缩机完成;
第3次,压缩空气能 机械能,由空气马达完成;
第4次,机械能 电能,由发电机完成。
风车直驱发电机产风电模式,只有第1次和第4次这两次能量转换:
能量转换效率是小于1的。多了两次能量转换,就多了两次能量损失。
另一个是:启用介质储能产风电模式,比风车直驱发电机产风电模式,结构组成复杂。
多了从“空气压缩机,----到空气马达”。多出这一串装置,无异增大了建造成本。
不过,当条件具备,能实现“N套系统一,共用同一套系统二。”时,“这一串装置,无异增大了建设成本。”平均分配到每一台风车上,就成为1/N了。
两项缺点换来3项收益
(1),50Hz风电,勿须压低风车效率而能稳定产出。
(2),风电并网难被彻底排除。
(3),不计多出的两项:能量转换效率损失和建设成本增大,启用介质储能产风电机组,比风车直驱发电机产风电机组,理论概算,风电产量多3倍。
若功过相抵,看结果如何?
就以第(3)项收益,作为功过相抵的标的吧。这3倍收益,被“建设成本高。”和“多了两次效率损失。”假定抵消了1.5倍。(估计,1.5倍“收益”抵消“损失”,可能够了。)启用介质储能产风电模式,比风车直驱发电机产风电模式,其收益为:
(1),稳产50Hz风电;
(2),并网不再难。
(3),风电产量为K=2.5倍。
(一),技术领域:
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