CN105179171A - 风能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风能发电技术领域，尤其是涉及一种风能发电系统。该风能发电系统包括发电单元；所述发电单元包括风道和多个发电设备；所述风道的延伸方向连接有集风口，所述集风口为漏斗状，所述集风口的进风处的截面积大于所述风道相应的截面积；所述发电设备包括位于所述风道外的发电机组和位于所述风道内的风轮；所述风轮的输出轴伸出所述风道，并驱动连接所述发电机组的输入轴，令所述发电机组的输入轴随所述风轮的输出轴旋转。本发明的目的在于提供一种风能发电系统，通过风道和多个发电设备，以提高土地的使用率、提高风能的利用率、减少噪声污染、减少环境污染和便于维护。

Description

风能发电系统

技术领域

本发明涉及风能发电技术领域，尤其是涉及一种风能发电系统。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球可利用的风能比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍；我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算)，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。

风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染，是一种清洁能源；其原理是把风的动能转变成机械动能，再把机械动能转化为电力动能；利用风力带动风轮的叶片旋转，来促使发电机发电。

参见图1所示，现有的风力发电装置主要包括风轮1’、发电机2’和塔架3’；其中，塔架3’支撑连接风轮1’和发电机2’；为了获得较大的和较均匀的风力，塔架一般修建得比较高，其高度一般在6-20米范围内，然而现有的风力发电装置需占用大量的土地，其风能利用率低，噪声污染严重、维护不便。

因此，针对上述问题急需提供一种新的风能发电系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风能发电系统，通过风道和多个发电设备，以提高土地的使用率、提高风能的利用率、减少噪声污染和便于维护。

本发明提供了一种风能发电系统，包括发电单元；所述发电单元包括风道和多个发电设备；

所述风道的延伸方向连接有集风口，所述集风口为漏斗状，所述集风口的进风处的截面积大于所述风道相应的截面积；

所述发电设备包括位于所述风道外的发电机组和位于所述风道内的风轮；所述风轮的输出轴伸出所述风道，并驱动连接所述发电机组的输入轴，令所述发电机组的输入轴随所述风轮的输出轴旋转。

进一步地，所述发电单元还包括设备间，所述多个发电设备位于所述设备间内，所述设备间与所述风道相邻，且所述设备间的长度方向平行于所述风道的长度方向。

进一步地，所述风轮的旋转轴垂直于所述风道的延伸方向；

多个所述风轮沿所述风道的延伸方向依次设置,并沿竖直方向错开。

进一步地，所述风轮的旋转轴的两端分别搭接在所述风道相对的两个墙壁上。

进一步地，所述集风口的侧壁与所述集风口的进风处的表面相邻，且所述集风口的侧壁与所述集风口的进风处的表面的夹角范围为30°-40°。

进一步地，所述设备间、所述风道的墙壁包括墙壁内层和墙壁外层。

进一步地，所述设备间的长度为100m-200m，宽度为9.5m，高度为8m-9m；

所述风道的长度与所述设备间的长度相等，所述风道的高度与所述设备间的高度相等，所述风道宽度为5m；

所述设备间、所述风道的墙壁的厚度分别为1.3m-1.8m。

进一步地，所述发电单元的排布不少于一层、一列。

进一步地，所述设备间的宽度与所述风道的宽度之和等于所述集风口的进风处的宽度；所述集风口的进风处的高度与所述设备间的高度相等；

所述风能发电系统的迎风面墙壁的厚度大于背风面墙壁的厚度；与所述迎风面墙壁和所述背风面墙壁相邻的外围侧壁的厚度大于内部墙壁的厚度。

进一步地，所述发电设备包括变速齿轮箱；所述风轮的输出轴驱动连接所述变速齿轮箱的输入轴，所述变速齿轮箱的输出轴驱动连接所述发电机组的输入轴；

所述风轮外套有防护罩。

本发明提供的风能发电系统包括发电单元，该发电单元包括风道和多个发电设备；风道用于收集风能，令发电设备将风能转化为电能，其结构紧凑、相对于现有的塔式发电装置，占地面积较小；发电设备的风轮位于风道内，一方面便于将收集到的风能作用于风轮上，提高风轮将风能转化为旋转机械能的效率，进而提高与风轮驱动连接的发电机组将旋转机械能转化为电能的效率，另一方面风道降低了风轮在旋转时的噪声，减少了风能发电系统周边的噪声污染，还便于维修风轮和发电机组；同时，通过采用漏斗状的集风口、以及集风口的进风处的截面积大于风道相应的截面积，从而便于收集大量的风，而大量的风经过漏斗状的集风口后，风速加快，从而导致作用于风轮上的风能更大，令发电机组的输入轴随风轮的输出轴旋转的速度更快，进一步提高了风能转化为电能的效率；综上，所述风能发电系统的结构紧凑、占地面积小、风能利用率高、噪声相对较小、维护简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的风力发电装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的风能发电系统的发电单元的平面示意图；

图3为本发明实施例一提供的风能发电系统的集风口的正视图；

图4为本发明实施例二提供的风能发电系统的平面示意图；

图5为本发明实施例二提供的风能发电系统的立体结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的风能发电系统的侧视图；

附图标记：

1’-风轮；2’-发电机；3’-塔架；

1-发电单元；2-风道；3-发电设备；

31-发电机组；32-风轮；4-集风口；

41-集风口的进风处；42-集风口的侧壁；5-设备间；

6-迎风面墙壁；61-背风面墙壁；62-外围侧壁；

63-内部墙壁。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图2、图3所示，本实施例提供了一种风能发电系统；图2为本实施例的发电单元的平面示意图；图3为本实施例的发电单元的集风口的正视图；

本实施例提供的风能发电系统，包括发电单元1；发电单元1包括风道2和多个发电设备3；

风道2的延伸方向连接有集风口4，集风口4为漏斗状，集风口的进风处41的截面积大于风道2相应的截面积，也就是说集风口的进风处41的截面积相对比较大，有利于收集较多的风；集风口的进风处41朝向迎风向，便于集风口4收集风能；例如，我国西北沙漠地区西北风富集区域，集风口的进风处41朝向西北方向；

发电设备3包括位于风道2外的发电机组31和位于风道2内的风轮32，即风道2内有多个风轮32；风轮32的输出轴伸出风道2，并驱动连接发电机组31的输入轴，令发电机组31的输入轴随风轮32的输出轴旋转。将风轮32置于专用的风道2内，提高风轮32转化风能的效率，也避免了风蚀发电机组31，减少发电机组31出现故障的概率，延长了发电机组31的使用寿命。

本实施例中所述风能发电系统包括发电单元1，该发电单元1包括风道2和多个发电设备3；风道2用于收集风能，令发电设备3将风能转化为电能，其结构紧凑、相对于现有的塔式发电装置，占地面积较小；发电设备3的风轮32位于风道2内，一方面便于将收集到的风能作用于风轮32上，提高风轮32将风能转化为旋转机械能的效率，进而提高与风轮32驱动连接的发电机组31将旋转机械能转化为电能的效率，另一方面风道2降低了风轮32在旋转时的噪声，减少了风能发电系统周边的噪声污染，还便于维修风轮32和发电机组31；同时，通过采用漏斗状的集风口4、以及集风口的进风处41的截面积大于风道2相应的截面积，从而便于收集大量的风，而大量的风经过漏斗状的集风口4后，风速加快，从而导致作用于风轮32上的风能更大，令发电机组31的输入轴随风轮32的输出轴旋转的速度更快，进一步提高了风能转化为电能的效率；综上，所述风能发电系统的结构紧凑、占地面积小、风能利用率高、噪声相对较小、维护简便，使用更加安全。

本实施例中风轮32是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只、三只、四只或更多只螺旋桨形的叶轮(简称桨叶)组成；当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动；桨叶的材料要求强度高、重量轻，优选地，桨叶的材料采用玻璃钢或碳纤维等复合材料。

本实施例的可选方案中，发电单元1还包括设备间5，多个发电设备3位于设备间5内，设备间5与风道2相邻，且设备间5的长度方向平行于风道2的长度方向，即设备间5的长度方向平行于风道2的延伸方向。通过将发电设备3固定于设备间5内，便于多个发电设备3集成化、模块化，进而可以有效的利用风能，提高风能转化为电能的效率；还可以减少风对发电设备3的腐蚀，提高了发电设备3的使用寿命；还为工作人员管理、维护多个发电设备3提供了便利。

进一步地，风轮32的旋转轴垂直于风道2的延伸方向；风轮32的旋转轴可以与风轮32的输出轴位于同一直线上，也可以平行于风轮32的输出轴，还可以垂直于风轮32的输出轴，或者与风轮32的输出轴成一定角度；优选地，风轮32的旋转轴与风轮32的输出轴位于同一直线上，以便于风轮32输出旋转的机械能；

为了便于风道2收集的风更好的作用于风轮32，多个风轮32沿风道2的延伸方向依次设置,并沿竖直方向错开；以便风可以作用于每个风轮32，提高风能的转化效率。

具体而言，风轮32的旋转轴的两端分别搭接在风道2相对的两个墙壁上，便于风轮32的转动更加平稳，延长了风轮32的使用寿命；例如风轮32的旋转轴的两端通过轴承分别与风道2的两个墙壁连接，以减少该旋转轴与墙壁之间的摩擦力。当然，风轮32的体积较小时，还可以使其旋转轴的一端搭接在风道2的墙壁上，以简化结构。

本实施例中集风口4的侧壁与集风口的进风处41的表面相邻，且集风口的侧壁42与集风口的进风处41的表面的夹角范围为锐角；优选地，集风口的侧壁42与集风口的进风处41的表面的夹角范围为30°-40°，采用该角度使集风口的侧壁42的高度与集风口的进风处41的表面的面积的比例最佳，进而便于在一定占地面积内可以更好的收集风能；优选地，集风口的进风处41的表面垂直于风道2延伸的方向，也即集风口的侧壁42与垂直于风道2延伸的方向的夹角范围为30°-40°。

优选地，设备间5的长度为100m-200m，宽度为9.5m，高度为8m-9m；风道2的长度与设备间5的长度相等，风道2的高度与设备间5的高度相等，风道2宽度为5m；集风口4的高度与风道2的高度相等；优选地，设备间5的长度为100m，高度为9m；风道2的长度与设备间5的长度相等，即风道2的长度为100m，风道2的高度与设备间5的高度相等，即风道2的高度为9m，集风口4的高度与风道2的高度相等，即集风口4的高度为9m。

设备间5、风道2的墙壁的厚度分别为1.3m-1.8m。设备间5、风道2的墙壁包括墙壁内层和墙壁外层；优选的，设备间5、风道2的墙壁内层可采用混凝土浇筑而成，设备间5、风道2的墙壁外层为保护层，该保护层可以但不限于泰山石等石砌层或者加强混凝土层；以增强设备间5、风道2的牢固度，减少风对设备间5、风道2的破坏。

由于风轮32的转速比较低，而且风力的大小经常变化着，令风轮32的转速不稳定，在风轮32与发电机组31之间设置一个把转速提高到发电机组31额定转速的变速齿轮箱；具体而言，本实施例的又一可选方案中，发电设备3包括变速齿轮箱(图中未示出)；风轮32的输出轴驱动连接变速齿轮箱的输入轴，变速齿轮箱的输出轴驱动连接发电机组31的输入轴；变速齿轮箱采用增速齿轮箱，通过该增速齿轮箱可以将较低的输入转速转化为较高的输出转速，从而便于发电机组31获得较高的、恒定的输入转速，令发电机组31将该输入转速的旋转机械能转化为电能。

为了增加风轮32的安全性，风轮32外套有防护罩。

实施例二

实施例二提供了一种风能发电系统，该实施例是在实施例一的基础上对发电单元进行集成的另一技术方案，实施例一所公开的发电单元的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的发电单元的技术特征不再重复描述。

参见图4-图6所示，本实施例提供的风能发电系统，图4为本实施例提供的风能发电系统的平面示意图，图中示出了该层风能发电系统包括四个发电单元；图5为所述风能发电系统的立体结构示意图，图中示出了风能发电系统包括四层、每层五个发电单元；图6为所述风能发电系统的集风口一面的侧视图，图中示出了风能发电系统包括八层、每层九个发电单元；为了更加清楚的显示结构，图5仅示出部分发电单元的集风口的结构细节，图4-图6未示出发电单元的内部结构。

参见图4-图6所示，本实施例提供的风能发电系统，发电单元1的排布不少于一层、一列；即风能发电系统包括至少一层发电单元1，每层发电单元1包括至少一列发电单元1；以便将发电单元1模块化、集成化，从而可以将更多地风能转化为电能。风能发电系统的层数、列数可根据风力、建设地的面积、土质状况、资金等因素确定。

为了便于节约面积，使风能发电系统模块化，优选地，设备间5的宽度与风道2的宽度之和等于集风口的进风处41的宽度；集风口的进风处41的高度与设备间5的高度相等。

为了更好地适应风能富集区的环境，优选地，风能发电系统的迎风面墙壁6的厚度大于背风面墙壁61的厚度，即迎风面墙壁6为集风口4的一面的墙壁，以增强迎风面墙壁6的牢固度，减少风对迎风面墙壁6的侵蚀；与迎风面墙壁6和背风面墙壁61相邻的外围侧壁62的厚度大于内部墙壁63的厚度；外围侧壁62为风能发电系统外周的墙壁，以增强外围侧壁62的牢固度，减少风对外围侧壁62的侵蚀。

例如：迎风面墙壁6的厚度为1.5m，背风面墙壁61的厚度1.3m，外围侧壁62的厚度为1.8m，内部墙壁63的厚度为1.3m。

本发明提供的风能发电系统，可在风能富集区域建造庞大的、雄伟的、巨型的风能工程，例如可以是风能发电系统高达100m-200m(包括十几至二十几层发电单元)，宽度(也即设备间的长度)为100m-200m，长度为1000m以上，将风能最大限度的集结，形成强劲的风势集束流，有效地将风能转化为电能；所述集风口的设计，进一步集结、利用风能，提高了风能的转化效率；该风能发电系统的风能的转化效率，约为现有的塔式风力发电装置的风能的转化效率的2-5倍；相同土地使用面积，该风能发电系统的风能的使用率，约为现有的塔式风力发电装置的风能的使用率的5-20倍以上，甚至更强；该风能发电系统可以创造相当于大同煤田、大庆油田数千座、数万座，甚至于几何级当量的能量型能源，而且持久、恒定，对环境、气候没有任何的负面影响，还没有辐射等不利因素；风能可替代煤、石油等能源，从而减轻公路、铁路等紧张的线路运输；采用该风能发电系统可提供绿色、清洁的能源，可减少煤电发电等带来的雾霾，还可遏制风沙、保护生态、大气环境气候，保护人们的身心健康，为国家、民族、人类社会提供强劲的能源保障后盾。

该风能发电系统具有六大功能优势：

1、创新能源；

2、保护能源；

3、节省能源；

4、保护生态大气环境气候；

5、清除雾霾、减少大气中所含的尘埃物；

6、以风能发电系统工程促进带动工程所在地周边绿化进程，以控制风沙的危害。

本发明提供的风能发电系统，专项用于建造工程规模庞大、雄伟、巨型的风能电站系统工程，即能源基地工程；此项工程愈大、效益愈强、环境愈好，因空中风势相比近地风势更强劲，因而该风能发电系统的风能的转化效率更高；该风能发电系统为国家、民族的发展、进步奠定坚实的基础及能源保障性后盾；工程外围两端墙壁所用的石材，可用泰山石作材料，可多可少，但必须有，其寓意为：愿我们伟大的祖国及此项工程坚如磐石、稳如泰山。

该风能发电系统会以超凡的优势，为国家、民族、人类社会的进步发展，作出更多、更优势的功绩；为国家的社会主义建设、实现人类社会的伟大理想、天之蓝、水之蓝、梦之蓝作出更为卓越的努力，可扭转能源危机，为人类发展进步奠定了坚实的基础。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种风能发电系统，其特征在于，包括发电单元；所述发电单元包括风道和多个发电设备；

所述风道的延伸方向连接有集风口，所述集风口为漏斗状，所述集风口的进风处的截面积大于所述风道相应的截面积；

所述发电设备包括位于所述风道外的发电机组和位于所述风道内的风轮；所述风轮的输出轴伸出所述风道，并驱动连接所述发电机组的输入轴，令所述发电机组的输入轴随所述风轮的输出轴旋转。

2.根据权利要求1所述的风能发电系统，其特征在于，所述发电单元还包括设备间，所述多个发电设备位于所述设备间内，所述设备间与所述风道相邻，且所述设备间的长度方向平行于所述风道的长度方向。

3.根据权利要求2所述的风能发电系统，其特征在于，所述风轮的旋转轴垂直于所述风道的延伸方向；

多个所述风轮沿所述风道的延伸方向依次设置,并沿竖直方向错开。

4.根据权利要求3所述的风能发电系统，其特征在于，所述风轮的旋转轴的两端分别搭接在所述风道相对的两个墙壁上。

5.根据权利要求3所述的风能发电系统，其特征在于，所述集风口的侧壁与所述集风口的进风处的表面相邻，且所述集风口的侧壁与所述集风口的进风处的表面的夹角范围为30°-40°。

6.根据权利要求3所述的风能发电系统，其特征在于，所述设备间、所述风道的墙壁包括墙壁内层和墙壁外层。

7.根据权利要求6所述的风能发电系统，其特征在于，所述设备间的长度为100m-200m，宽度为9.5m，高度为8m-9m；

所述风道的长度与所述设备间的长度相等，所述风道的高度与所述设备间的高度相等，所述风道宽度为5m；

所述设备间、所述风道的墙壁的厚度分别为1.3m-1.8m。

8.根据权利要求2-7任一项所述的风能发电系统，其特征在于，所述发电单元的排布不少于一层、一列。

9.根据权利要求8所述的风能发电系统，其特征在于，所述设备间的宽度与所述风道的宽度之和等于所述集风口的进风处的宽度；所述集风口的进风处的高度与所述设备间的高度相等；

所述风能发电系统的迎风面墙壁的厚度大于背风面墙壁的厚度；与所述迎风面墙壁和所述背风面墙壁相邻的外围侧壁的厚度大于内部墙壁的厚度。

10.根据权利要求6所述的风能发电系统，其特征在于，所述墙壁外层的材料为泰山石。