CN102748229A - 聚风式新型风力发电装置 - Google Patents

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黄树友
刘江川
任玉珊
张锦光
尹志刚
李凤霞
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Changchun Institute Technology
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Changchun Institute Technology
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Abstract

本发明为聚风式新型风力发电装置,涉及新能源的开发与利用类,其由机架、风力电机和聚风装置构成,其中起聚风作用并加强风速的聚风装置可以随风向的改变而旋转,以保证它的进风口始终对着风向;聚风装置的设置使得自然风受到压缩,出风口部位的风速加大,动能增加,风速的大小决定风力电机的输出功率大小,通过聚风装置的进、出风口断面尺寸比,能够得到聚风装置进、出风口风速之间的函数关系;聚风装置的进口形状为正方形,出风口为圆形,纵剖面形状为喇叭口式,其悬挂在机架两侧。本发明具有结构简单、便于模块化制作安装、风机输出功率大、风机有效工作时间长、输出电压稳定等优点。

Description

聚风式新型风力发电装置
技术领域
[0001] 本发明属于风力发电技术领域,涉及新能源的开发与利用类,以及风电的长距离输送技术,尤指利用该项技术可以提供相对稳定风电电力的聚风式新型风力发电装置。
背景技术
[0002] 随着我国经济的发展、化石能源供应日趋紧张,开发新型能源迫在眉睫,这样人们就把目光集中在风能、太阳能等可再生能源上。我国是一个风力资源丰富的国家,东北、华北、西北等三北地区风力丰富带,风能功率密度在200〜300w/m2以上,甚至有的可达500w/m2 ;沿海及其岛屿地风力丰富带,年有效风能功率密度在200w/m2以上。在这两个风能丰富带之外的内陆风能丰富地区,风能功率密度一般在lOOw/m2以下,可以利用小时数3000小 时以下。要把这些分散的风力资源能够合理的开发利用,对我国经济发展、改善能源结构具有重要意义,而要做到这些,就必须研究出性能稳定、造价低、效率高、使用方便的风力发电设施,以满足国民经济对电力的需求。
[0003]目前,现有的风力发电技术是利用自然状态下的自然风,风机的安装方位,地域受到限制,风机的利用效率低下;同时风机的运行时间受到限制,风机的输出功率变化幅度大,风力发电对当地的电网波动影响较大,不利于风电的长距离输送。现在人们为了提高风机的输出功率,而加长风机叶片长度,这给风机的制造、运输、安装带来一定的困难。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种结构简单、输出功率大、出力稳定、工作时间长的聚风式新型风力发电装置。解决现有的风力发电是利用自然风,风机的安装方位受到地域限制;风机的利用效率低下,同时风机的运行时间受到限制,风机的输出功率变化幅度大,风力发电对当地的电网波动影响较大,不利于风电的长距离输送的问题。以及研究如何利用外部构造,以提高风力电机的输出功率,减小风力电机输出功率的变化幅度,延长风机的工作时间,提高风机的发电量,并提高风电在电网中的比重。特别是借鉴水利大坝蓄能发电原理,而将风速提高,而增加风机的输出功率,延长风机的工作时间,提高风机的发电量。
[0005] 本发明由机架、风力电机和聚风装置所构成,其中聚风装置是一种加强风速、起聚风作用的装置,能够随风向的改变而转动,以保证它的进风口始终对着风向;聚风装置的设置使得自然风受到压缩,出风口部位的风速加大,动能增加,风速的大小决定风力电机的输出功率大小,通过聚风装置的进、出风口断面尺寸比,能够得到聚风装置进、出风口风速之间的函数关系式:
Pr, £3
—£ =--H-O
L2V1= JOr2V7 V1 贫2
式中:L -聚风设备进口边长Cm);
F1—聚风设备进口风速(mis);r-聚风设备出口半径(jm);
F2-聚凤设备出口凤速。
[0006] 上式(1-1)中可以看出,改变£与『的长度大小关系,可以调节聚风装置进、出风口的风速比值(这里忽略了气体的可压缩性对风速的影响)。
[0007] 风力发电机的功率P = Jbrf2V' (1-2)
式中:p-功率(it);
Jfc-凤力利用系數,一般取01125™ 0J2 ;
I-风机叶片半径(爾);
v—凤速(_mfM');
a-风速影响因子,一般大于2。
[0008] 上式(1-2)显示风力发电机功率跟风速成n(n>2)次方的关系,只跟风机叶片长度成二次方关系,要想提高风机功率,仅仅依靠加大风机的叶片长度,很难大幅度提高风机的输出功率,同时也要受到风机支架的高度、强度、加工工艺、运输等因素限制。如果是提高风速,风速每增加一倍,输出功率相应增加2"倍,这对研制大功率的风力电机有一定的借鉴意义。
[0009] 本发明主要结构包括机架、风力电机、聚风装置。其机架起支撑风力电机与聚风装置作用,固定在坚固的基础上;
风力电机采用常规的风力电机,固定式安装在聚风装置出风口处;
可转动的聚风装置悬挂在机架的两侧,进风口形状为正方形、出风口形状为圆形,纵剖面形状为喇叭口式,悬挂在机架两侧;
聚风装置进风口正方形边长L比聚风装置出风口圆形直径2 r,使它的比值保持在
I. 2〜I. 3之间,这样在聚风装置出风口近似得到I. 8〜2.0倍于进风口风速。
[0010] 实际应用中还要考虑其它因素的影响,比如安装质量、材料强度等问题,在实际应用中对风速应有一定的限制。
[0011] 本发明具有如下特点:
一、本发明的最大特点是在风机叶片长度一定的情况下,可以提高风机输出功率;延长风机的工作时间,并提高风机的稳定出力,减小风电对电网波动的影响,有利于风电的长距离运输。其理论计算中风速每增加一倍,输出功率相应增加2R倍(n>2)。
[0012] 二、本发明具有结构简单、便于模块化制作安装、风机工作时间长、出力稳定等特点,具有较高的推广价值。
附图说明
[0013] 附图I为本发明的正视示意图。
[0014] 附图2为本发明聚风装置的正视示意图。
[0015] 附图3为本发明聚风装置的俯视示意图。
[0016] 附图4为本发明聚风装置的侧视示意图。、[0017] 附图5为本发明聚风装置的A-A剖面图。
[0018] 附图中序号及符号含义:1.机架、2.风力电机、3.聚风装置;31.聚风装置进风口、32.聚风装置出风口。
具体实施方式
[0019] 本发明聚风式新型风力发电装置,包括机架I、风力电机2、聚风装置3、聚风装置进风口 31和聚风装置出风口 32。其中机架1,为圆柱形钢质结构,固定在坚固的基础上;风力电机2为常规的风机类型,安装在聚风装置出风口 32部位;聚风装置3设有的聚风装置进风口 31和聚风装置出风口 32,由轻钢制作支架,由复合材料制作表层组合而成,固定在旋转机架I的两侧;由于聚风装置进风口 31和聚风装置出风口 32的尺寸上的变化结构,亦即聚风装置进风口 31的尺寸大于聚风装置出风口 32的尺寸结构,而起到聚风并提高风 速的作用,只要设计时按需要改变聚风装胥3的进、出风口比例关系,就可以改变出风口风速,而风速提高一倍,输出功率相应增加2B倍,这样单机输出功率在不改变风机叶片长度的条件下,风机输出功率能够成倍增加。

Claims (4)

1. 一种聚风式新型风力发电装置,其特征在于包括有:机架(I )、风力电机(2)和聚风装置(3),其中起聚风作用并加强风速的聚风装置(3)能够随风向的改变而转动,以保证它的进风口始终对着风向;聚风装置(3)的设置使得自然风受到压缩,出风口部位的风速加大,动能增加,风速的大小决定风力电机的输出功率大小,通过聚风装置(3)的进、出风口断面尺寸比,能够得到聚风装置(3)进、出风口风速之间的函数关系式: L2V1=W7V7^ ^ (1_1) 式中:L -聚风设备进口边长Cm); F1-聚凤设备进口风速(Mls); r-聚风设备出口半径(in); V7 -聚风设备出口风速(mis) ■ 及,风力发电机的功率公式: (1-2) 式中:Jp-功率(Ir); Jfc-凤力利用系數,一般取0-125 ~ 0J2 ; I-风机叶片半径(爾); V—凤速(、観羞厲); H-风速影响因子,一般大于2,亦即风速每增加一倍,输出功率相应增加2*倍。
2.依据权利要求I所述的聚风式新型风力发电装置,其特征在于: 起支撑风力电机(2)与聚风装置(3)作用的机架(I),固定在坚固的基础上; 风力电机(2)采用常规的风力电机类型,固定式安装在聚风装置(3)出风口处; 能够转动的聚风装置(3)悬挂在机架(I)的两侧部。
3.依据权利要求I所述的聚风式新型风力发电装置,其特征在于:聚风装置(3)的进口形状为正方形,出风口为圆形,纵剖面形状为喇叭口式,其悬挂在机架(I)两侧。
4.依据权利要求3所述的聚风式新型风力发电装置,其特征在于:聚风装置进风口(31)正方形边长L比聚风装置出风口(32)圆形直径2 r,使它的比保持在I. 2〜I. 3的数值,而在聚风装置出风口(32)近似得到I. 8〜2. 0倍于进口风速。
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