CN101852183A - 全方位集风式发电风坝 - Google Patents

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隆武强
冷先银
崔亨
白丹丹
盛凯
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Abstract

一种全方位集风式发电风坝，属于能源利用领域。该风坝发电装置主要包括导流墙、风力发电机组、拉索和墙墩等，导流墙的轮廓由曲面和平面组合而成，导流墙上设置有进风口和泄流窗口或泄流门，导流墙之间形成截面积先减小后扩大的风力通道，风力发电机组安装于通道中截面积较小的部位。本发明的有益效果是，由于采用多个导流墙，能够提升来自不同方向的风速，使风力发电机组所在位置的风速得以显著提高，风功率密度大幅上升，使风力发电机组的功率输出和年发电小时数都能得到大幅的增加，也使更多的地区可以安装风力发电机组，从而使风能在更大范围内得到更好的利用。

Description

全方位集风式发电风坝
技术领域
本发明涉及一种全方位集风式发电风坝，属于能源利用领域。
背景技术
风能是一种清洁的可再生能源资源。风力发电建设周期短，运行维护简单，不消耗资源，无环境污染。因此，发展风力发电有利于节约资源、保护环境，相对于常规的煤电、油电等具有无可比拟的优势。
风能储量巨大、分布广泛，几乎无处不在。但是，风力资源分布不均匀，风速在2.5m/s以下时不能发电；只有在10m高度处年平均风速大于5m/s的地方，才被认为是可利用区；在10m高度处年平均风速达到6m/s的地方，才可以建立较好的风力发电场。能量密度低制约了风力发电的发展，迄今只能在很少的风口建立风力发电场。
发明内容
为解决风能因能量密度低而导致不易广泛利用的问题，本发明提出一种全方位集风式发电风坝，通过风坝将来自不同方向的风速提高，获得更大的风能量密度，方便用来进行风力发电。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全方位集风式发电风坝，它包括一些风力发电机组，它还包括导流构件，所述导流构件采用导流墙和辅助导流墙，在导流墙之间形成截面积先减小后扩大的风力主通道，所述风力发电机组安装在风力主通道截面积较小的区域内，在辅助导流墙与导流墙之间形成风力辅通道4C和4D。
所述导流构件的轮廓由曲面和平面组合而成，在导流构件上设置一定数量用以加强导流构件承受风力的拉索或墙墩。
在所述风力主通道截面积最小处两侧的导流墙上设置向下游补充空气和增加下游风速的进风口。
在所述导流构件上设置一定数量自动开启的泄流窗口或泄流门。
所述风力主通道的底部设置利用山体或人工建造的拱形坡道。
所述风力主通道的最大截面积与最小截面积之比的范围为1.5～10。
上述技术方案的指导思想是：根据空气动力学原理，空气流动过程中流通面积减小，流速将增加，而风能量密度正比于风速的三次方。因此在风力通道截面积最小的部位风速最大，即可以将低速风集中形成高速风，在风力通道截面积最小的部位附近，风能量密度将得到急剧的增加，在此处安装风力发电机组，使风能可以更好地利用。
在主通道4A和4B的最小截面积处两侧的墙上，对称设置两个进风口，可以向下游补充进风，以弥补通道下游因横截面积增加而导致的风速降低，增加通道下游的风功率密度。
在导流墙上设置一定数量的泄流窗口或泄流门。一般来说，当风速超过风力发电机组的切出风速时，应该对风力发电机组进行停机保护。而本发明所述的全方位集风式发电风坝，在通道内的最大风速超过风力发电机组的切出风速时，泄流窗口自动开启，使通道中的风速降低到风力发电机组的切出风速以下，从而使风力发电机组可以继续正常工作，增加风力发电机组的年发电小时数。
在海岸线附近，通常有日夜转换风向的海陆风。因此在海岸线附近的陆地和海洋中全方位集风式风坝尤为适用。
本发明的有益效果是：
(1)使10m高度处年平均风速低于6m/s的地区也可以建立能高效利用风能的风力发电场。
据调查，我国年平均风速达到6m/s的地区，只占全国总面积的1％。采用本发明建立风坝后，可以使更多的地区，如年平均风速只有3m/s的地区，也可以建立风力发电场。从而使更多的地区可以高效利用风能。
(2)大幅增加风力发电场的功率输出。
风能量密度正比于风速的三次方，因此采用本发明所述风坝，如将平均风速增加一倍，风能量密度将增加7倍，风力发电场的功率输出将得到大幅增加。
(3)成倍地增加风力发电场的年有效发电小时数，提高电能输出。
风速低于2.5m/s时不能发电，风坝可以提高风速，将低于2.5m/s的风提高到2.5m/s以上，增加风力发电场的有效发电时间。而导流墙上泄流窗口的存在使风力发电机组在风速过高时也可以发电，从而进一步增加了风力发电场的有效发电时间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是一种全方位集风式发电风坝的示意图。
图2是图1中的I-I剖视图。
图3是图1所示全方位集风式发电风坝的立体示意图。
图4是一种建设在海洋上的全方位集风式发电风坝的示意图。
图5是图4所示在海洋上的全方位集风式发电风坝的立体示意图。
图中：1、导流墙，1a、进风口，1b、泄流窗口，2、拉索，3、风力发电机组，4、风力主通道，5，坡道，6、辅助导流墙。
具体实施方式
图1、2、3给出了一种全方位集风式发电风坝的实例。图中，导流墙1与辅助导流墙6之间形成4A、4B、4C、4D共4个风力通道，导流墙1和辅助导流墙6由拉索2帮助固定；风力发电机组3安装在通道4A和4B之间截面积较小的区域。风坝建造时，合理地选址使通道4A和4B的方向与该地区常年风向一致，通道4B设置在风向较大的一侧，通道4A设置在风速较小的一侧，通道4A两旁的通道4C和4D可以将更多方向的风力收集到风坝之内。
举例说明如下，假设图1中风坝的建造方位为：通道4A位于正南向，通道4B位于正北向，则风向为南风时，风坝主要从通道4A集风；风向为西南风时，风坝可从通道4C和4A集风；风向为东南风时，风坝可从通道4D和4A集风；风向为西风或东风时，风坝可分别从通道4C或4D集风；风向为北风，东北风或西北风时，风坝可从通道4B集风。
如果从通道4A方向进入风坝的风速过大，使通道内的最大风速超过了风力发电机组3的切出风速，则通道4A侧的导流墙上的泄流窗口1b会自动开启，降低通道中的风速，使风力发电机组3可以正常工作。从通道4A方向风坝的风在到达风力主通道4横截面积最小位置之后，风速将降低，而设置于此处的进风口1a可以向通道下游补充进风，以增加通道下游的风功率密度。
图4、5是建造在海洋中的全方位集风式发电风坝的方案，只是在图中省略了在图1、3中所示的辅助导流墙6，实际使用中是采用辅助导流墙6的，其工作原理与图1、3所示方案相同，不再赘述。

Claims (6)

1.一种全方位集风式发电风坝，它包括一些风力发电机组(3)，其特征是：它还包括导流构件，所述导流构件采用导流墙(1)和辅助导流墙(6)，在导流墙(1)之间形成截面积先减小后扩大的风力主通道(4)，所述风力发电机组(3)安装在风力主通道(4)截面积较小的区域内，在辅助导流墙(6)与导流墙(1)之间形成风力辅通道4C和4D。
2.根据权利要求1所述的全方位集风式发电风坝，其特征是：所述导流构件的轮廓由曲面和平面组合而成，在导流构件上设置一定数量用以加强导流构件承受风力的拉索(2)或墙墩。
3.根据权利要求1所述的全方位集风式发电风坝，其特征是：在所述风力主通道(4)截面积最小处两侧的导流墙(1)上设置向下游补充空气和增加下游风速的进风口(1a)。
4.根据权利要求1所述的全方位集风式发电风坝，其特征是：在所述导流构件上设置一定数量自动开启的泄流窗口(1b)或泄流门。
5.根据权利要求1所述的全方位集风式发电风坝，其特征是：所述风力主通道(4)的底部设置利用山体或人工建造的拱形坡道(5)。
6.根据权利要求1所述的全方位集风式发电风坝，其特征是：所述风力主通道(4)的最大截面积与最小截面积之比的范围为1.5～10。
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