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建筑型联合聚风风电机组
2012-06-04 来源:中国风能设备网

单机功率最大、风能利用最大——建筑型联合聚风风电机组。
风机机型的多样化设计可满足特殊地理、气候、风向的应用需求,从而达成最佳适应、最佳效益。山口地区风力强劲是建设风电工程的优选地址,其间的风力是以固定方向来回直线式运动的;在许多区域一年中绝大多数时间的风向或风力强度的主体运行方向也是相对固定的,因此在上述区域最理想的风电开发方式是采用“定向迎风式的风电设备”,这可节省偏航系统设置与消除叶片偏航旋转空间的占用。
设定在定向或相对定向风力区域的专用风电设备“联合聚风风电机组”历经8年8项发明专利的结构演变设计形成重大优势效果,其宏大化的建筑型分风聚风体(下简称:建筑体)是由钢筋混凝土构成,通常形成几十层楼房的建设高度与相似体积,在建筑体的中部并列设置两个立式风轮并使建筑体的两侧分别遮挡并列风轮的左右半幅旋转弧面;立式风轮的垂直主轴延伸到地面并通过齿轮配合达成多发电机调控系统的设置。
此外,通过对立式风轮桨叶乘风面积的增减变化调控(通常采用将移动叶片并入或者移出固定叶片的调控方式达成变化(见图4),从而实现风轮出力能力对应风力强度的变化,通过对多发电机调控系统增减发电机工作数量的调控,达成分风机组对应风力强度变化的调控,将两种调控方式配合导致大范围、高效、价值化调控能力的形成,达成风能最大程度利用。
上述功能结构形态的风机称为:建筑型分风式风力发电机组(下简称:分风机组),将两个以上规格相同的“分风机组”进行间隔并列联合设置,并使相邻机组的风轮桨叶外侧旋转弧面接近设置即形成建筑型联合聚风风力发电机组(下简称:联合聚风风电机组,见图1),联合设置的分风机组数量越多,联合聚风风电机组形成的宏大阻风升压效果就越好,从俯视图中可见,联合聚风风电机组对于在宽泛角度的风向变化几乎没有影响,因此其适合建设的地域广泛。
对于联合聚风风电机组运行方法的描述是:通过分风机组的间隔并列联合设置形成分风聚风的效果,导致建筑体占用的迎风过流空间气流转移到间隔过流通道内,同时使立式风轮外侧幅面并列处于过流通道中,而并列立式风轮的内侧在建筑体的避风掩护下达成无风压的回转,从而形成聚集加强风力正面压迫、持续推动处于过流通道中的立式风轮叶片旋转运行,当风向反向变化后风轮反向旋转乘风工作环境相同。
对于联合聚风风电机组出力能力效果的通俗化的描述解析是:其是采用风力正面切向推动桨轮风轮桨叶旋转的乘风出力方式,也称“风帆式”出力推动,巨大风力“风帆式”推动地面火车车厢甚至可以使其掀翻,因此通过“风帆式”推动拥有比火车车厢数倍大的风轮桨叶乘风幅面,况且桨叶是在高空设置、又是形成聚风加强后的强力推动、又是在风轮外侧最大力矩处推动,从而形成的实际出力能力效果是空前巨大的,出力能力的拓展设计是简单方便的,因此在较强风力地区建设的一般大小的“分风机组单机功率”即可轻易到达50-100兆瓦以上的出力能力设计水平,强大风力地区可以更大能力设计。
根据迎风形态的不同联合聚风风电机组又可分为低、高、中风速机型。
低风速联合聚风风电机组(见图2)是将分风机组中的两个立式风轮完全横向并列设置,使建筑体拥有最大的横向迎风空间面积的占用,从而强化了建筑体的分风聚风效果,使中低风力获得“最大程度的汇集集中出力”利用。
高风速联合聚风风电机组是将分风机组中的两个立式风轮实现顺风向的最大化交错式并列设置,导致建筑体拥有最小的正面迎风面积,从而弱化了建筑体分风聚风功效,其可充分利用高速风力地区的自然风力驱动风轮旋转发电,同时也减轻了风力冲击建筑体的压迫面积与力量,这也强化了超高建筑体抗拒风力水平推力的能力。
中风速联合聚风风电机组是介于高速与低速结构之间的过渡结构,其使两个立式风轮呈现一般性交错并列,过渡设计的范围选择较宽泛,因此又可形成中低速机型、中高速机型(见图3)的设计,是应用最为广泛的形态。
联合聚风风电机组结构简捷、功能全面、能力巨大、调控高效方便,运行安全稳定,制造相对容易,单位千瓦造价极低,外型美观,经久耐用(主体结构可200年以上无损害),还天然具备多重安全、稳定、耐用的形成因素,其将使风力发电真正进入规模化的开发应用阶段,将使风电成为最广泛、最丰富、最廉价的电力来源。 
(文章内容图示摘自专利说明书文件,发明专利已经公开)
       
1建筑型联合聚风风电机组迎风面主视图                    

 
2低风速联合聚风风电机组横向剖面俯视图
                
3中高风速联合聚风风电机组横向剖面俯视图          

图4风轮叶片调控变化:弱风展开(左);强风泻风(右)

用漂浮型风电机组化解海上风电发展困难
当前海上风电建设面临许多因为风机形态引发的原发性的技术难题,而漂浮型大型立轴风电机组可进行完美化解,可化解的难题包括:
①实现水面漂浮建设,无需基础建设施工,导致海上风电最大发展困难与难度的化解。
②因为低纬度地区潮汐起伏的高度大于低纬度北欧地区,因此形成海上风电建设的困难加剧,而漂浮方式简单化解了海上风电面临的涨潮问题,机组可随着海水的起落变化,其锚链也可根据海面高度变化进行调控。
③消除了因海上风电杠杆撬动基础效应加大引发的倒塌危险:采用当前风机建设海上风电与建设陆地风电风机的结构最大力学区别是风机塔架高度的不同,海上风电塔架基础需要应付水深+涨潮+巨浪+因风机功率加大被迫导致的叶片加长的4重叠加延长因素影响,因此海上风机塔架高度同比陆地风电极大程度加长后,将导致顶部风轮水平迎风出力+超长塔架形成的杠杆撬动基础效应超级放大;而采用漂浮型大型立轴风电机组可以消除上述4大叠加,并可通过立式风轮出力方式的变化,从风轮乘风出力原理与立式桨轮风轮安装位置上进一步消除杠杆撬动基础效应。
④完全解决风机功率难于加大的问题,如上所述海上风电的环境从整体力学角度上限制了水平轴风机功率的拓展设计;而漂浮型大型立轴风电机组可通过立式风轮排列叶片的宽度、高度、乘风力矩、风力板数量的设计参数变化轻松拓展单机出力能力空间设计。
⑤北欧地区没有热带气旋(台风)的困难影响因素,而亚热带地区热带气旋形成海上风电的极大威胁,立式风轮拥有台风时刻通过完全收缩叶片减少乘风的调控方式状态,可轻易化解台风威胁。
⑥消除成本高昂的问题,多方面综合预计漂浮型大型立轴海上风电机组的单位千瓦成本比当前建设陆地风电还要低。
⑦海上雷电频繁,漂浮型大型立轴风电机组的结构天然消除雷电威胁。
⑧通过多发电机调控系统形成价值化调控,导致风能利用程度实现最大价值化。
相关风机了解搜索:漂浮型风电机组与海上漂浮型风电站


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