CN102606407A - 风力发电站及其发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能量转换领域，具体涉及一种风力发电站及其发电方法，能够更有效地利用风能进行发电，并降低建造成本，延长使用年限，便于检修。其中，风力发电站包括：竖直风轮组，每组竖直风轮包括竖直方向排列的多个风轮，每个风轮通过竖轴连接一个发电机；或者，水平风轮组，每组水平风轮包括水平方向排列的多个风轮，每个或每组水平风轮通过横轴连接一个发电机；支撑框架，其包括从低到高排列的多层，每组竖直风轮中的多个风轮分别安装在多层，或者，每组水平风轮中的多个风轮安装在支撑框架的同一层；其中，每个竖直风轮或每个水平风轮包括多个风叶，多个风叶围绕所述竖轴或所述横轴设置并围绕所述竖轴或所述横轴旋转。

Description

风力发电站及其发电方法

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及一种风力发电站及其发电方法。

背景技术

现有的一种磁悬浮风力发电站包括多个竖轴，每个竖轴包括多根短轴，每根短轴上安装一个风轮，每个竖轴底端连接一个发电机。每个竖轴上的多个风轮以相同的转速同时转动，通过竖轴带动发电机进行发电。由于高空和低空风速不同，而每个竖轴上的多个风轮转速相同，限制了对不同风速下的风能的利用。

发明内容

本发明提供一种风力发电站及其发电方法，能够更有效地利用风能进行发电。

本发明提供了一种风力发电站，包括：

竖直风轮组，每组竖直风轮包括竖直方向排列的多个风轮，每个风轮通过竖轴连接一个发电机；或者，水平风轮组，每组水平风轮包括水平方向排列的多个风轮，每个或每组水平风轮通过横轴连接一个发电机；

支撑框架，其包括从低到高排列的多层，每组竖直风轮中的多个风轮分别安装在多层，或者，每组水平风轮中的多个风轮安装在支撑框架的同一层；

其中，每个竖直风轮或每个水平风轮包括多个风叶，多个风叶围绕所述竖轴或所述横轴设置并围绕所述竖轴或所述横轴旋转。

在本发明的各实施例中，优选地，每组所述竖直风轮的连接所述发电机的所述竖轴位于同一轴线上；

或者，

当每个所述水平风轮通过横轴连接一个发电机时，每组所述水平风轮的连接所述发电机的所述横轴位于同一轴线上。

在本发明的各实施例中，优选地，所述竖轴或所述横轴通过万向节与所述发电机连接；

和/或，

所述支撑框架包括钢筋混凝土剪力墙结构。

在本发明的各实施例中，优选地，在垂直于所述竖轴或所述横轴的轴线方向上，所述风叶具有直形截面或弧形截面。

在本发明的各实施例中，优选地，所述风叶包括铝镁合金结构；

和/或

当每个风轮的所有风叶在垂直于所述竖轴或所述横轴的轴线方向上具有所述弧形截面时，每个风叶具有相同的弧度和相同的外延形状。

在本发明的各实施例中，优选地，所述的风力发电站进一步包括：

固定或可动的风导向系统，其包括多个风导向单元，每个所述风导向单元与每个所述竖直风轮或每个所述水平风轮相互配合；

其中，每个所述风导向单元包括第一风口和第二风口，所述竖直风轮或所述水平风轮位于所述第一风口和所述第二风口之间；

风从所述第一风口流入并经过所述竖直风轮或所述水平风轮后从所述第二风口流出，或者，风从所述第二风口流入并经过所述竖直风轮或所述水平风轮后从所述第一风口流出；

风从所述第一风口或所述第二风口流入所述风力发电站，并被汇聚至所述竖直风轮的竖轴一侧或所述水平风轮的横轴的一侧。

在本发明的各实施例中，优选地，所述第一风口和所述第二风口具有沿风的进入方向渐缩的形状。

在本发明的各实施例中，优选地，所述风导向单元包括一对风导向结构，所述一对风导向结构分别设置在所述第一风口处和所述第二风口处，所述风导向结构包括直面风导向板和曲面风导向板；

所述直面风导向板从所述第一风口处向所述竖直风轮或所述水平风轮延伸，所述曲面风导向板从所述直面风导向板的末端朝向所述第二风口处延伸，所述曲面风导向板朝向风轮的一面为凹面；或者，所述直面风导向板从所述第二风口处向所述竖直风轮或所述水平风轮延伸，所述曲面风导向板从所述直面风导向板的末端朝向所述第一风口处延伸，所述曲面风导向板朝向风轮的一面为凹面。

本发明还提供了一种如前述的风力发电站的发电方法，包括：

每个所述竖直风轮进行转动并通过所述竖轴将力矩传递给与每个所述竖直风轮连接的发电机进行发电；

或者，

每个所述水平风轮进行转动并通过所述横轴将力矩传递给与每个所述水平风轮连接的发电机进行发电；

或者，

每组所述水平风轮同时进行转动并通过所述横轴将力矩传递给与每组所述水平风轮连接的发电机进行发电。

在本发明的各实施例中，优选地，每个所述竖直风轮在不同高度的风力推动下以不同的转速进行转动；

或者，

当每个所述水平风轮通过横轴连接一个发电机时，每个所述水平风轮在不同高度的风力推动下以不同的转速进行转动；

或者，

当每组所述水平风轮通过横轴连接一个发电机时，不同组的所述水平风轮在不同高度的风力推动下以不同的转速进行转动。

通过本发明的各实施例提供的风力发电站及其发电方法，能够带来以下至少一种有益效果：

1.更有效地利用风能进行发电。本发明通过在每个竖直风轮上都配备一个发电机，或在每个水平风轮或每组水平风轮上配备一个发电机，更适应高空风大、低空风小的特点，让不同高度的风轮能在不同风速的带动下以不同转速进行旋转，让每组发电机和风轮都能充分利用其所在高度的风能。

2.便于检修。当每个竖直风轮上分别配备一个发电机，或每个水平风轮上分别配备一个发电机时，每个风轮之间相互独立，每个发电机之间也相互独立，当有风轮或发电机出现问题时，只需对出现故障的风轮和发电机停下检修即可，不影响其它风轮和发电机的使用。

3.建造成本低，耐久性能好。支撑框架采用钢筋混凝土制成，相比钢材的支撑框架，成本大幅降低。同时，钢筋混凝土比钢材的支撑框架耐久性能好，使用年限可达30年以上。且钢筋混凝土结构不会生锈，维护费用低，受力状况好，能够承受较大的横向力。

4.降低了风轮质量，提高了风轮转速，进而提高了发电效率。风轮采用铝镁合金制造，质量轻、强度高，在同等风速下可高速旋转，收集更多的风能，提高发电效率。同时铝镁合金能够避免风轮出现生锈的情况，改善了风轮的使用效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明的风力发电站的一种实施例的主视图；

图2为本发明的风力发电站的一种实施例的左视图；

图3为本发明的风力发电站的一种实施例的俯视图；

图4为本发明的风力发电站的发电方法的一种实施例的步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种风力发电站，包括：

竖直风轮组，每组竖直风轮包括竖直方向排列的多个风轮，每个风轮通过竖轴连接一个发电机；或者，水平风轮组，每组水平风轮包括水平方向排列的多个风轮，每个或每组水平风轮通过横轴连接一个发电机；

支撑框架，其包括从低到高排列的多层，每组竖直风轮中的多个风轮分别安装在多层，或者，每组水平风轮中的多个风轮安装在支撑框架的同一层；

其中，每个竖直风轮或每个水平风轮包括多个风叶，多个风叶围绕所述竖轴或所述横轴设置并围绕所述竖轴或所述横轴旋转。

本发明的发电站是在类似于楼层的支撑框架上安装风轮，通过风轮的旋转带动发电机进行发电。本发明的发电站可以使用竖直风轮组，也可使用水平风轮组。发电站设置在与当地主风向垂直的方向。例如，北京郊区在夏天的主风向为东南风，冬天的主风向为西北风，发电站就要设置在西南向东北方向延伸的方向。

在竖直风轮组中，从低到高排列的多个风轮为一组，每个风轮通过竖轴连接一个发电机。由于从低到高的风速不同，每个风轮以不同的转速旋转，风轮在转动时产生力矩，风轮通过竖轴将力矩传递给发电机，发电机进行发电。

在水平风轮组中，水平排列的多个风轮为一组，由于每组风轮的水平高度相同，同等高度的风速相差不大，可将每组的多个风轮通过同一根横轴连接至一个发电机，也可分别将每个风轮通过横轴分别连接至一个发电机。

竖直风轮组和水平风轮组中的风轮包括围绕竖轴或横轴设置的多个风叶，优选地，设置8个风叶，也可设置8个以上的风叶。风叶在风力推动作用下围绕竖轴或横轴进行转动。

支撑框架类似于常见的楼层，包括从低到高分布的多层。每组的竖直风轮可分别分布在支撑框架的每一层，每组的水平风轮可分布在支撑框架的同一层。

在本发明的各实施例中，优选地，每组所述竖直风轮的连接所述发电机的所述竖轴位于同一轴线上；

或者，

当每个所述水平风轮通过横轴连接一个发电机时，每组所述水平风轮的连接所述发电机的所述横轴位于同一轴线上。

每组的竖直风轮的竖轴位于同一轴线，或每组的水平风轮的横轴位于同一轴线，使发电站的结构整齐，便于制造，同时便于设置一体的风导向系统。

在本发明的各实施例中，优选地，所述竖轴或所述横轴通过万向节与所述发电机连接；

和/或，

所述支撑框架包括钢筋混凝土剪力墙结构。

万向节可调节竖轴或横轴与发电机的轴不同心的情况。

在本发明中，支撑框架可采用钢筋混凝土剪力墙结构，建设成本低、不生锈、维护费用低，且受力状况好，能够承受较大的横向力，耐久性能好，使用年限可达到30年以上。

在本发明的各实施例中，优选地，在垂直于所述竖轴或所述横轴的轴线方向上，所述风叶具有直形截面或弧形截面。

在本发明的各实施例中，优选地，所述风叶包括铝镁合金结构；

和/或

当每个风轮的所有风叶在垂直于所述竖轴或所述横轴的轴线方向上具有所述弧形截面时，每个风叶具有相同的弧度和相同的外延形状。

铝镁合金结构的风叶，不生锈，强度更高，耐磨性更好，质量更轻，能够更高速地进行旋转。

优选地，风叶使用完整的、没有镂空的矩形面板或弧形面板，可利用较多的风力并进行快速旋转。较佳地，风叶使用弧形面板，即风叶在垂直于风轮转轴方向的截面为弧形，即在沿风轮转轴的方向上，风叶为凹面或凸面，弧形面板类似于船帆的形状，更易兜风，利用更多的风力进行高速旋转。当风叶为矩形面板时，即风叶在垂直于风轮转轴方向的截面为直形，即在沿风轮转轴的方向上，风叶为矩形面，较佳地，每个风轮上的所有风叶大小相同，能够匀速旋转，为发电机提供均匀的力矩。当风叶为弧形面板时，较佳地，每个风轮上的所有风叶具有相同的弧向和弧度，所有风叶在从风轮的旋转轴向风轮四周延伸的方向上具有相同的外延形状。相同的弧向朝向可以使风轮在旋转时不会产生反向力矩，相同的弧度能够使风轮匀速旋转，为发电机提供均匀的力矩。当风轮转过一定角度时，例如，一个风轮上具有8片弧形面板的风叶，当风轮转过45°后，风叶与旋转前其相邻风叶的位置重合。

在本发明的各实施例中，优选地，所述风力发电站进一步包括：

固定或可动的风导向系统，其包括多个风导向单元，每个所述风导向单元与每个所述竖直风轮或所述水平风轮相互配合；

其中，每个所述风导向单元包括第一风口和第二风口，所述竖直风轮或所述水平风轮位于所述第一风口和所述第二风口之间；

风从所述第一风口流入并经过所述竖直风轮或所述水平风轮后从所述第二风口流出，或者，风从所述第二风口流入并经过所述竖直风轮或所述水平风轮后从所述第一风口流出；

风从所述第一风口或所述第二风口流入所述风力发电站，并被汇聚至所述竖直风轮的竖轴一侧或所述水平风轮的横轴的一侧。

在本发明的各实施例中，优选地，所述第一风口和所述第二风口具有沿风的进入方向渐缩的形状。

由于风向不定且较分散，可设置风导向系统将风导向并汇聚至风轮处，对风力进行有效的利用。风导向系统固定设置在支撑框架上，也可根据当地风向的改变进行改动，以有效配合当地的风向。

风导向系统包括多个风导向单元，每个风导向单元与一个风轮进行配合。每个风导向单元都设置两个风口，两个风口分别为进风口和出风口，进风口和出风口可在两个风口之间进行转换。优选地，进风口和出风口相对设置，进风口和出风口的方向平行，风从进风口流入后经过风轮即从出风口流出。优选地，进风口和出风口可设置成相同的结构，以适应风向改变后风的流动。例如北京郊区在从夏天的东南风转成冬天的西北风时，风导向单元在夏天时的进风口即变为冬天时的出风口，夏天时的出风口即变为冬天时的进风口。优选地，风轮设置在从进风口到出风口的风的通路的中间位置。

优选地，进风口和出风口设置成喇叭形状，沿风的进入方向渐缩，即在出风口处为沿风的流出方向扩大。优选地，风从进风口进入后，被导向至竖轴或横轴的一侧，以使风轮在旋转时全部产生正向力矩，不产生反向力矩。例如，当竖直风轮设置有8个风叶，风从进风口进入后被导向至竖轴一侧的4个风叶，不仅可以更大限度的利用风力，同时能够避免反向力矩的产生。

在本发明的各实施例中，优选地，所述风导向单元包括一对风导向结构，所述一对风导向结构分别设置在所述第一风口处和所述第二风口处，所述风导向结构包括直面风导向板和曲面风导向板；

所述直面风导向板从所述第一风口处向所述竖直风轮或所述水平风轮延伸，所述曲面风导向板从所述直面风导向板的末端朝向所述第二风口处延伸，所述曲面风导向板朝向风轮的一面为凹面；或者，所述直面风导向板从所述第二风口处向所述竖直风轮或所述水平风轮延伸，所述曲面风导向板从所述直面风导向板的末端朝向所述第一风口处延伸，所述曲面风导向板朝向风轮的一面为凹面。

优选地，直面风导向板具有一定的斜度，可将风有效导向至风轮处。直面风导向板也可具有一定的曲度，只要能将风平滑导向至风轮即可。优选地，将直面风导向板的末端向出风口处沿平滑的曲面延伸，可将平滑的曲面一直延伸至出风口处，也可至延伸一段距离，使风吹过风轮时被曲面包围即可，曲面在朝向风轮的一面为凹面，可在风吹过风轮时起到兜风作用，使风轮能够利用更多的风力。

在本发明的一个实施例中，所述风力发电站进一步包括：

竖向风导向系统，其包括多个风导向单元，每个所述风导向单元之间通过挡板隔开，每个所述风导向单元与每个所述竖直风轮相互配合；

其中，每个所述风导向单元包括一对风导向结构，每对所述风导向结构围绕所述竖直风轮相对分布，所述风导向结构包括相互连接的竖向矩形风导向板和竖向弧形风导向板，所述竖向矩形风导向板从所述支撑框架的边界沿当地的主风向的方向延伸，所述竖向弧形风导向板的朝向所述竖直风轮的一面为凹面，所述凹面沿围绕所述竖直风轮的方向延伸，所述凹面的两端分别延伸至相邻的所述风导向单元之间的所述挡板和所述竖向矩形风导向板；沿所述竖直矩形风导向板的方向，所述竖直风轮的所述竖轴被包裹在所述竖向弧形风导向板的凹面内部。

在本发明的各实施例中，优选地，所述风力发电站进一步包括横向风导向系统，所述横向风导向系统包括横梁和斜面，所述横梁设置在所述竖直风轮的顶部，所述斜面从所述横梁的底部延伸至所述支撑框架的边界。

在如图1、2、3所示的本发明的一个实施例中，在北京郊区设置本发明的风力发电站，当地的主风向为西南风和东北风。风力发电站使用竖直风轮组，支撑框架4包括多层，每层设置有多个竖直风轮。每个风轮包括8个弧形面板状的风叶3，风叶3围绕竖轴2均匀分布，风轮通过竖轴2连接至发电机1。风叶3由铝镁合金结构制成。在夏天时，风从风口6处流入，经过风轮后从风口5流出。在冬天时，风从风口5处流入，经过风轮后从风口6流出。风在从进风口流入时，被直面风导向板7导向至风轮处，并在流经风轮时，从曲面风导向板8平滑流过，后从出风口流出。

本发明还提供了一种如前述的风力发电站的发电方法，包括：

每个所述竖直风轮进行转动并通过所述竖轴将力矩传递给与每个所述竖直风轮连接的发电机进行发电；

或者，

每个所述水平风轮进行转动并通过所述横轴将力矩传递给与每个所述水平风轮连接的发电机进行发电；

或者，

每组所述水平风轮同时进行转动并通过所述横轴将力矩传递给与每组所述水平风轮连接的发电机进行发电。

本发明使用竖直风轮组或水平风轮组进行发电。在竖直风轮组中，每个风轮都通过竖轴连接一个发电机，每个风轮转动后通过竖轴将力矩传递给与竖轴连接的发电机进行发电，所有的风轮分别以其独有的姿态和转速转动，风轮之间互不影响。在水平风轮组中，可包括两种方案：1)同等水平高度设置的水平风轮为一组，一组风轮通过一根完整的横轴连接一个发电机，由于同等水平高度的风速接近，一组中的多个风轮以相同的转速旋转，不同高度的风轮组的转速不同，一组中的多个风轮同时旋转并通过其共同的旋转轴将力矩传递给发电机进行发电；2)同等水平高度的多个风轮相互独立，每个风轮都通过横轴连接一个发电机，每个风轮转动后通过横轴将力矩传递给与其连接的发电机进行发电，所有的风轮分别以其独有的姿态和转速转动，风轮之间互不影响。

在本发明的各实施例中，优选地，每个所述竖直风轮在不同高度的风力推动下以不同的转速进行转动；

或者，

当每个所述水平风轮通过横轴连接一个发电机时，每个所述水平风轮在不同高度的风力推动下以不同的转速进行转动；

或者，

当每组所述水平风轮通过横轴连接一个发电机时，不同组的所述水平风轮在不同高度的风力推动下以不同的转速进行转动。

本发明的发电方法是利用不同高度的风推动不同高度的风轮分别以不同的转速进行旋转，对不同高度的风进行有效利用。低处的风速小，风轮的转速就小，高处的风速大，风轮的转速就大。低处的风轮不会对高处的风轮产生牵制。在竖直风轮组中，每个竖直风轮独立旋转，相互之间的转速不同。在水平风轮组中，1)每组水平风轮独立旋转，不同组的水平风轮的转速不同；2)每个水平风轮独立旋转，风轮相互之间的转速不同。

本发明的发电站是在类似于楼层的支撑框架上安装风轮，通过风轮的旋转带动发电机进行发电。本发明的发电站可以使用竖直风轮组，也可使用水平风轮组。发电站设置在与当地主风向垂直的方向。例如，北京郊区在夏天的主风向为东南风，冬天的主风向为西北风，发电站就要设置在西南向东北方向延伸的方向。

在竖直风轮组中，从低到高排列的多个风轮为一组，每个风轮通过竖轴连接一个发电机。由于从低到高的风速不同，每个风轮以不同的转速旋转，风轮在转动时产生力矩，风轮通过竖轴将力矩传递给发电机，发电机进行发电。

在水平风轮组中，水平排列的多个风轮为一组，由于每组风轮的水平高度相同，同等高度的风速相差不大，可将每组的多个风轮通过同一根横轴连接至一个发电机，也可分别将每个风轮通过横轴分别连接至一个发电机。

在如图4所示的本发明的一个实施例中，风力发电站使用竖直风轮组，发电方法包括以下步骤：

步骤401：每个竖直风轮进行转动；

步骤402：每个竖直风轮通过竖轴将力矩传递给与其连接的发电机；

步骤403：发电机利用此力矩进行发电。

发电站设置的方向必须和当地的主风向相垂直，假如发电站设置在北京郊区，夏天以东南风为主，冬天以西北风为主，这两个方向来的风，经过发电站的风导向墙吹向风轮都能产生顺时针方向的力矩。

受风面积大，风经过导向墙以后，能够同时吹向风轮的四个风叶，对竖轴产生较大的力矩。

发电机是采用交流竖轴低转速的，额定转速每分种约100转，低转速交流发电机，更适合低风速发电。采用变频器和逆变器调整供电质量，向电网输送质量好的电。

我们研发的帆轮式组合风力发电站在多方面都进行了改进，它的特点是：

1、发电成本低

据统计，

三叶式风力发电机，每度的成本是：0.60元/KW     167％

帆轮式组合风力发电站每度的成本是：0.15元/KW   42％

煤电成本是：0.36元/KW                         100％

核电是：0.33元/KW                             92％

水电是：0.25元/KW                             69％

按设备摊销计算，每千瓦发电成本仅0.15元/kw，是所有发电方式成本最低的。我们采取的措施是：

①支撑系统为钢筋混凝土剪力墙结构，受力状况好。根部弯矩小，不需要那么大的根基。所以基础成本低、支撑系统成本也低。

②我们的风轮直径小，用铝镁合金来做，重量轻，有效功率大。

2、发电质量好，可以入网，可以调度

我们采取的措施是，当电网需要电时我们通过变频器和逆变器将电变成50赫兹，直接入网。当电厂不需要电时，我们就用电解氢的办法蓄能。电解氢技术成熟，设备费用不高，是储能的好办法。氢可以有两种用法：其一是，通过燃料电池再发出质量好的电，直接入网，比系统中现有的蓄能电站更好。另一个方法是，将氢气与天然气并网。解决天然气的供应缺口。

用燃料电池再发电，是可以调度的，对电网的削峰能起到很大作用。

3、风能利用系数高，装机容量大。

我们的竖轴帆式风轮组合风力发电站，安装的方向只要和当地的主风向相垂直就可以了，由于我们的发电站是有风导向装置的，所以不论哪个方向来风都能直接吹向风叶的最佳受力位置，产生较大的力矩。同等的过风面积，帆轮式组合风力发电站产生的扭矩是三叶式的9倍，三叶式发电机发电功率是1.5兆瓦，帆轮式组合风力发电站装机容量是13.5兆瓦。

4、能够改善生态环境。

大量的建起了帆轮式组合风力发电站后，相当于建起了相当多的防护林，地面风速能够降低到5米/秒以下，在沙漠地区，风速降低后会制止沙山的流动，防止沙尘暴的生成，其实改造沙漠并不难，新疆和内蒙地区有相当丰富的地下水资源，大部分地区不透水层很深，植物吸不到水，我们只要在地面以下1米左右，铺上一层防渗地膜，再把肥和水供应上就可以把沙漠变成良田。这对这对我们的国家和我们的子孙后代都是极大的贡献。

5、由于我们的竖轴帆式风轮组合风力发电站风轮直径小，震动小，几乎没有噪音。

6、投资少，经济效益高。

我们采取的方式是，自己管理竖轴帆式风轮组合风力发电站，向电网公司卖电，长期效益也很好

1、新疆的阿克苏地区的风场，每年大风天气约250天

2、每个帆轮式组合风力发电站的功率是；50kw x60个＝3000kw

3、当地的上网电价为0.581元/kw

4、每个发电站年发电3000x250x24＝1800万kw

5、每个发电站年发电收入1800x0.581＝1046万元/年

6、每个发电总成本；1500万元

7、每个发电站每年摊销成本为；

①结构部分每年摊销费用为1000万元÷30年＝33万元/年

②贷款利息120万元/年

③运行管理费用20万元/年

④发电机及配电设备每年摊销费用为760万元÷8＝95万元/年

⑤摊销成本合计268万元/年

⑥每度电的成本268万元÷1800万千瓦＝0.15元/千瓦

8、每个发电站每年净利润778万元/年

通过本发明的各实施例提供的风力发电站及其发电方法，能够带来以下至少一种有益效果：

1.更有效地利用风能进行发电。本发明通过在每个竖直风轮上都配备一个发电机，或在每个水平风轮或每组水平风轮上配备一个发电机，更适应高空风大、低空风小的特点，让不同高度的风轮能在不同风速的带动下以不同转速进行旋转，让每组发电机和风轮都能充分利用其所在高度的风能。

2.便于检修。当每个竖直风轮上分别配备一个发电机，或每个水平风轮上分别配备一个发电机时，每个风轮之间相互独立，每个发电机之间也相互独立，当有风轮或发电机出现问题时，只需对出现故障的风轮和发电机停下检修即可，不影响其它风轮和发电机的使用。

3.建造成本低，耐久性能好。支撑框架采用钢筋混凝土制成，相比钢材的支撑框架，成本大幅降低。同时，钢筋混凝土比钢材的支撑框架耐久性能好，使用年限可达30年以上。且钢筋混凝土结构不会生锈，维护费用低，受力状况好，能够承受较大的横向力。

4.降低了风轮的质量，提高了风轮转速，进而提高了发电效率。风轮采用铝镁合金制造，质量轻、强度高，在同等风速下可高速旋转，收集更多的风能，提高发电效率。同时铝镁合金能够避免风轮出现生锈的情况，改善了风轮的使用效果。

本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种风力发电站，其特征在于，包括：

竖直风轮组，每组竖直风轮包括竖直方向排列的多个风轮，每个风轮通过竖轴连接一个发电机；或者，水平风轮组，每组水平风轮包括水平方向排列的多个风轮，每个或每组水平风轮通过横轴连接一个发电机；

支撑框架，其包括从低到高排列的多层，每组竖直风轮中的多个风轮分别安装在多层，或者，每组水平风轮中的多个风轮安装在支撑框架的同一层；

其中，每个竖直风轮或每个水平风轮包括多个风叶，多个风叶围绕所述竖轴或所述横轴设置并围绕所述竖轴或所述横轴旋转。

2.如权利要求1所述的风力发电站，其特征在于，

每组所述竖直风轮的连接所述发电机的所述竖轴位于同一轴线上；

或者，

当每个所述水平风轮通过横轴连接一个发电机时，每组所述水平风轮的连接所述发电机的所述横轴位于同一轴线上。

3.如权利要求1所述的风力发电站，其特征在于，

所述竖轴或所述横轴通过万向节与所述发电机连接；

和/或，

所述支撑框架包括钢筋混凝土剪力墙结构。

4.如权利要求1所述的风力发电站，其特征在于，

在垂直于所述竖轴或所述横轴的轴线方向上，所述风叶具有直形截面或弧形截面。

5.如权利要求4所述的风力发电站，其特征在于，

所述风叶包括铝镁合金结构；

和/或

当每个风轮的所有风叶在垂直于所述竖轴或所述横轴的轴线方向上具有所述弧形截面时，每个风叶具有相同的弧度和相同的外延形状。

6.如权利要求1-5任一项所述的风力发电站，其特征在于，进一步包括：

固定或可动的风导向系统，其包括多个风导向单元，每个所述风导向单元与每个所述竖直风轮或每个所述水平风轮相互配合；

其中，每个所述风导向单元包括第一风口和第二风口，所述竖直风轮或所述水平风轮位于所述第一风口和所述第二风口之间；

风从所述第一风口流入并经过所述竖直风轮或所述水平风轮后从所述第二风口流出，或者，风从所述第二风口流入并经过所述竖直风轮或所述水平风轮后从所述第一风口流出；

风从所述第一风口或所述第二风口流入所述风力发电站，并被汇聚至所述竖直风轮的竖轴一侧或所述水平风轮的横轴的一侧。

7.如权利要求6所述的风力发电站，其特征在于，所述第一风口和所述第二风口具有沿风的进入方向渐缩的形状。

8.如权利要求6所述的风力发电站，其特征在于，所述风导向单元包括一对风导向结构，所述一对风导向结构分别设置在所述第一风口处和所述第二风口处，所述风导向结构包括直面风导向板和曲面风导向板；

所述直面风导向板从所述第一风口处向所述竖直风轮或所述水平风轮延伸，所述曲面风导向板从所述直面风导向板的末端朝向所述第二风口处延伸，所述曲面风导向板朝向风轮的一面为凹面；或者，所述直面风导向板从所述第二风口处向所述竖直风轮或所述水平风轮延伸，所述曲面风导向板从所述直面风导向板的末端朝向所述第一风口处延伸，所述曲面风导向板朝向风轮的一面为凹面。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的风力发电站的发电方法，其特征在于，包括：

每个所述竖直风轮进行转动并通过所述竖轴将力矩传递给与每个所述竖直风轮连接的发电机进行发电；

或者，

每个所述水平风轮进行转动并通过所述横轴将力矩传递给与每个所述水平风轮连接的发电机进行发电；

或者，

每组所述水平风轮同时进行转动并通过所述横轴将力矩传递给与每组所述水平风轮连接的发电机进行发电。

10.如权利要求9所述的发电方法，其特征在于，

每个所述竖直风轮在不同高度的风力推动下以不同的转速进行转动；

或者，

当每个所述水平风轮通过横轴连接一个发电机时，每个所述水平风轮在不同高度的风力推动下以不同的转速进行转动；

或者，

当每组所述水平风轮通过横轴连接一个发电机时，不同组的所述水平风轮在不同高度的风力推动下以不同的转速进行转动。

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