TW202419740A - 一種風力發電系統 - Google Patents

Abstract

本發明係一種風力發電系統，包括了集風管，擾流裝置，以及風力發電裝置。

Description

一種風力發電系統

本發明係揭露一種風力發電系統，特別是本發明係具有集風管，擾流裝置，以及風力發電裝置的一種風力發電系統。

通常在一般所認定的低成本發電的燃煤發電，核能發電，以及風力發電的三種發電方式中，風力發電並非比燃煤發電或是核能發電具有更低的發電成本，但因風力發電比較有可能產生更低的發電成本，故具有使用上的優勢。通常，所謂的風能（wind power, wind energy），係指風所產生的能量，風的分布區域十分廣泛，且當流速夠大時，其內含的能量十分豐富，適合用於風力發電領域，而可利用風能帶動風力發電裝置進行運轉產生電力。且相較於火力發電的碳排放量，風力發電的碳排放量則低了許多，成為許多國家積極推動的永續能源，以及可再生能源的技術之一。此外，對比於燃燒煤炭或是燃燒天然氣，風能對環境的影響較小，故而，現今的風力發電已為全球電力供應的主要來源之一。

而前述的風力發電，係由風力發電廠廠進行運轉而輸出電力，而風力發電廠廠係由多組風力發電機所組成，並連接到輸電系統中以提供電力。而於風力發電廠廠的類型中，亦有一種小型風力發電廠，可以作為一種微型發電，除可為電網提供電力，或是為尚未納入於電網之外的較偏遠地區，提供有效的電力來源。

而在前述風力發電的習知技術領域中，會產生相當多的發電機議題，主要因風力發電裝置於啟動運作後，有可能產生相當大的機械能損失，在低風速下，轉子亦會因發電機之齒槽效應轉矩的影響，變得難以順暢旋轉，當想要盡快達到可開始發電的啟動風速時，需要預先花上很長的一段時間以提升速度，至所產生的發電效率亦相當低。

而在另一方面，如習知的風力發電機需仰賴自然風力以推動扇葉，使得扇葉轉動而作功於發電機，使得發電機運轉，可將風能轉換為電能，以方便儲存或輸送能源，得以用於滿足生活中的能源需求。但因自然界的風力強弱不穩定且無法以人工進行控制，當風力減弱至不足以推動扇葉時，發電機則會停止輸出電力。而當風力增強至超過扇葉的結構強度，或是超過發電機的負載時，則可能導致扇葉壽命減少，或是發電機迴路產生過熱而毀損等使用上的問題。

本發明係一種風力發電系統，包括了集風管，擾流裝置，以及風力發電裝置。

本發明係一種風力發電系統，其中集風管具有入口部，該入口部連接連通部，該連通部連接出口部，該入口部與該出口部為不同側的設置，該集風管的該入口部具有一特定曲率，使得該集風管可收集0度至90度的風向，將這些風向的風轉變為單風向，使其能收集到足夠的風量，除此之外，因入口部與出口部可互相切換，故亦可將另一側的0度至90度風向的風轉變為單風向。故而，該集風管適用於收集共180度風向的風，並將其轉變為平行流動的風。

本發明係一種風力發電系統，其中該集風管內較靠入口部的位置，裝設有擾流裝置，依序裝設有風力發電裝置，即該風力發電裝置位於該擾流裝置的另一側。

本發明係一種風力發電系統，其中擾流裝置係一種具有截面為直角三角形的長型柱子。

本發明之一種風力發電系統的優勢，係在於利用集風管的管道輸送外界風力，使管道全天候自然保持適當的流動風力。

本發明之一種風力發電系統的優勢，係針對集風管的管道，運用擾流裝置以配合產生風力的擾動作用。

本發明之一種風力發電系統，其主要目的暨使用功效在於利用集風管的管道輸送外界風力，並且配合擾流裝置進行風力的擾動作用，使管道全天候自然保持適當的流動風力。

本發明之一種風力發電系統，其主要目的暨使用功效在於能確保風力流通，能夠充分使用風力發電裝置，而能降低碳排放量，達到節能環保功效，並且大力地有效提升風力發電效能。

本發明之一種風力發電系統，其主要目的暨使用功效在於排除舊式通風道之死角，使用新式集風管，且搭配擾流裝置以產生更強大之能量擷取效果。

以下請參照所附圖式說明與敘述，以對本發明之實施形態據以示意圖進行描述。且於示意圖式中，相同之元件符號表示相同之元件，而為求清楚說明，元件之大小或厚度可能誇大顯示。

本發明係一種風力發電系統，其第一實施例如圖1A，為本發明一種風力發電系統100的俯視圖，設有集風管101，擾流裝置102，以及風力發電裝置103。

仍如圖1A，面對圖1A所示的左端位置，是該集風管101的入口部101A，該入口部101A連接連通部101B，另由面對圖1A所示的右端位置，是該集風管101的出口部101C，該連通部101B連接該出口部101C，而該入口部101A與該出口部101C為一不同側的設置，該入口部101A與該出口部101C可互相切換。該集風管101內較靠入口部101A的位置，裝設有擾流裝置102，以及依序裝設有風力發電裝置103，該風力發電裝置103係以搖擺方式進行發電，位於該擾流裝置102的另一側。

又如圖1B係本發明一種風力發電系統100的側視圖，可以得知，包括了集風管101，擾流裝置102，以及風力發電裝置103。

仍如圖1B，面對圖1B所示的左端位置，是該集風管101的入口部101A，該入口部101A連接連通部101B，另由面對圖1B所示的右端位置，是該集風管101的出口部101C，該連通部101B連接該出口部101C，而該入口部101A，與該出口部101C係為不同側的設置。該集風管101內較靠入口部101A的位置，裝設有擾流裝置102，以及依序裝設有風力發電裝置103，位於該擾流裝置102的另一側。

請參考圖1A與圖1B所示本發明一種風力發電系統100，該集風管101係為中空的管狀物體，當左端的風(亦即流體)從入口部101A流入該集風管101時，因管中截面積的逐漸降低，而使流速逐漸變快，此係屬於一種狹管效應，可以使得雜亂的多風向整理為單風向，且能讓風速上升，得到更快且強勁的風源，以便於使渦旋誘發振動 ( Vortex-Induced Vibration, VIV)更容易發生。

此外，參考由圖1A俯視圖所截左端之圖示2A，即圖示2A顯示係入口部101A的俯視圖，以及由圖1B側視圖所截左端之圖示2B，即圖示2B顯示係入口部101A的側視圖，觀察可知於該集風管101的入口部101A，在經過相當的角度設計後，可以收集到0度到90度的風向。本發明集風管101的管道在多風向時，皆能收集到足夠的風量，並將(左側的)多風向轉變為單風向。因入口部與出口部可互相切換，收集到(右側的)0度到90度的風向，而集風管101的管道在多風向時，皆能收集到足夠的風量，並將(右側的)多風向轉變為單風向。

故而本發明可得以避免在較紊亂之風場，風向的改變會影響到渦旋誘發振動 （Vortex Induced Vibration, VIV）效應的延續共振，而可有效獲得在方向上穩定的風。通常在流體力學領域，觀察到會有一個稱為渦旋脫落（Vortex Shedding）的現象，即當風遇到阻擋的物體，風向的流動就會改變，而在通過物體之後，製造產生出週期性的渦旋，一旦這頻率接近物體結構的自然振動頻率時，物體就會開始擺動，進入與風共振的狀態，進而產生渦旋誘發振動效應。

如前述，於圖2B所示位於該集風管101入口部101A的曲率201，該曲率201的前述角度設計方式，可以幫助0度到90度的風順利流入該集風管101中。特別值得注意的是，該曲率201之設計可整理出不同方向的風，提供風力發電系統更單一方向的流場，並放大流過的風速，使得所通過的風速，能夠流動的更佳，能有更好的風力發電表現。故而本發明的集風管101管道在多風向時，皆能收集到足夠的風量，並將其轉變為單風向，且能避免產生不必要的全風向振動。而本發明的功能之一，係可以避免在較紊亂之風場，風場的風向的任意改變，進而影響到渦旋誘發振動效應所產生的延續共振，而能有效獲得穩定的風向。此外，由於入口部與出口部可互相切換，故可將單風向之集風管101轉變成為雙風向。

參考圖3A所示係擾流裝置102，該擾流裝置102係一種具有截面為直角三角形的長型柱子。當風(亦即流體)流過該擾流裝置102時，得以因為直角三角形的尖角301，即因圖3A中的尖角301部分，進而形成邊界層分離的現象。而直角三角形的擾流裝置102可使風力發電裝置103產生明顯的振幅，且當改變迎風面時，依舊可以提升風力發電裝置103的振幅。故當於集風管101中加上擾流裝置102後，風力發電裝置103的振幅則會明顯提升，而通常擾流裝置102具有45度的攻角時，風力發電裝置103則會產生最大且最明顯的振幅。

參考由圖1A俯視圖所截取之中間連通部101B的風場圖示3B，依圖3B所示係風力流場圖，流動的風力在邊界層進行分離後，流場變得非常混亂，但反可提升紊流強度，故而可以藉此增加風力發電裝置103的振動，使得風力發電的效果與效率更能大幅提升。

綜前所述，本發明係一種風力發電裝置，其第一實施例包括了集風管101，擾流裝置102，以及風力發電裝置103。其中本發明之集風管101具有入口部101A，該入口部101A連接連通部101B，該連通部101B連接出口部101C，該入口部101A與該出口部101C為不同側的設置，該集風管101的該入口部101A具有一特定曲率201，使得該集風管可收集0度至90度風向，而於多風向時，因入口部101A與出口部101C可互相切換，除了能收集到足夠的風量，並可將多風向轉變為雙風向。該集風管101內較靠入口部101A的位置，裝設有擾流裝置102，依序裝設有風力發電裝置103，該風力發電裝置103係以搖擺方式進行發電，該風力發電裝置103位於該擾流裝置102的另一側。而本發明之擾流裝置102係一種具有截面為直角三角形的長型柱子。

本發明係一種風力發電系統，其第二實施例如圖4所示之本發明一種風力發電系統400的俯視圖，包括有集風管401，以及風力發電裝置403。

仍如圖4A，面對圖4A所示的左端位置，是該集風管401的入口部401A，該入口部401A連接連通部401B，另由面對圖4所示的右端位置，是該集風管401的出口部401C，該連通部401B連接該出口部401C，而該入口部401A與該出口部401C為一不同側的設置，該入口部401A與該出口部401C可互相切換。該集風管401內較靠入口部401A的位置，裝設有風力發電裝置403，該風力發電裝置403係以搖擺方式進行發電，故而該風力發電裝置403位於該集風管401的內部。

請參考圖4A所示本發明一種風力發電系統400，該集風管401係為中空的管狀物體，當左端的風(亦即流體)從入口部401A流入該集風管401時，因管中截面積的逐漸降低，而使流速逐漸變快，此係屬於一種狹管效應，可以使得雜亂的多風向整理為單風向，且能讓風速上升，得到更快且強勁的風源，以便於使渦旋誘發振動更容易發生。

此外，由圖4A可知於該集風管401的入口部401A，在經過相當的角度設計後，可以收集到0度到90度的風向。本發明集風管401的管道在多風向時，皆能收集到足夠的風量，並將(左側的)多風向轉變為單風向。因入口部401A與出口部401C可互相切換，收集到(右側的)0度到90度的風向，而集風管的管道在多風向時，皆能收集到足夠的風量，並將(右側的)多風向轉變為單風向。

如前述，圖示4B顯示係入口部401A的側視圖，而有圖4B所示位於該集風管401入口部401A的曲率410，該曲率410的前述角度設計方式，可以幫助0度到90度的風順利流入該集風管401中。特別值得注意的是，該曲率410之設計可整理出不同方向的風，提供風力發電裝置更單一方向的流場，並放大流過的風速，使得所通過的風速，能夠流動的更佳，能有更好的風力發電表現。故而本發明的集風管401管道在多風向時，皆能收集到足夠的風量，並將其轉變為單風向，且能避免產生不必要的全風向振動。而本發明的功能之一，係可以避免在較紊亂之風場，風場的風向的任意改變，進而影響到渦旋誘發振動效應所產生的延續共振，而能有效獲得穩定的風向。此外，由於入口部401A與出口部401C 可互相切換，故可將單風向之集風管401轉變成為雙風向。

綜合前述，本發明之一種風力發電系統，其主要目的暨使用功效在於，妥善運用集風管且以集風管的管道輸送外界風力，並且配合擾流裝置進行風力的擾動作用，使管道全天候自然保適當的流動風力，且能確保風力流通，能夠充分使用風力發電系統，而能降低碳排放量，達到節能環保功效，並且大力地有效提升風力發電效能。有鑑於此，習知的舊式風力發電機確實仍有加以改善之必要。甚且，本發明之一種風力發電系統，其主要目的暨使用功效在於排除舊式通風道之死角，使用新式集風管，且搭配擾流裝置以產生更強大之通風效果。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100:風力發電系統 101:集風管 101A:入口部 101B:連通部 101C:出口部 102:擾流裝置 103:風力發電裝置 201:曲率 301:尖角 400:風力發電系統 401:集風管 401A:入口部 401B:連通部 401C:出口部 403:風力發電裝置 410:曲率

圖1A所示係本發明一種風力發電系統100的俯視圖。 圖1B所示係本發明一種風力發電系統100的側視圖。 圖2A顯示係入口部101A的俯視圖。 圖2B顯示係入口部101A的側視圖。 圖3A所示係擾流裝置102。 圖3B所示係風力流場圖。 圖4A所示係本發明一種風力發電系統400的俯視圖。 圖4B顯示係入口部401A的側視圖。

100:風力發電裝置

101:集風管

101A:入口部

101B:連通部

101C:出口部

102:擾流裝置

103:風力發電裝置

Claims (14)

1. 一種風力發電系統，至少包含: 一集風管； 一擾流裝置；以及 一風力發電裝置，該風力發電裝置係以一搖擺方式進行發電。
2. 如請求項1之風力發電系統，其中該集風管包含: 一入口部； 一連通部；以及 一出口部，該入口部連接該連通部，該連通部連接該出口部，該入口部與該出口部為一不同側的設置，該入口部與該出口部可互相切換。
3. 如請求項2之風力發電系統，其中該集風管的該入口部具有一特定曲率，使得該集風管可收集零度至九十度風向，於多風向時，能收集一足夠風量，該入口部與該出口部可互相切換，轉變該多風向為雙風向。
4. 如請求項1之風力發電系統，其中該擾流裝置包含一種具有截面為直角三角形的長型柱子。
5. 一種具有特定曲率集風管的風力發電系統，至少包含: 一集風管； 一擾流裝置；以及 一風力發電裝置，該風力發電裝置係以一搖擺方式進行發電。
6. 如請求項5之具有特定曲率集風管的風力發電系統，其中該集風管包含: 一入口部； 一連通部；以及 一出口部，該入口部連接該連通部，該連通部連接該出口部，該入口部與該出口部為一不同側的設置，該入口部與該出口部可互相切換。
7. 如請求項6之具有特定曲率集風管的風力發電系統，其中該集風管的該入口部具有一特定曲率，使得該集風管可收集零度至九十度風向，於多風向時，能收集一足夠風量，該入口部與該出口部可互相切換，轉變該多風向為雙風向。
8. 如請求項5之具有特定曲率集風管的風力發電系統，其中該擾流裝置包含一種具有截面為直角三角形的長型柱子。
9. 一種風力發電系統，至少包含: 一集風管；以及 一風力發電裝置，該風力發電裝置係以一搖擺方式進行發電。
10. 如請求項9之風力發電裝置，其中該集風管包含: 一入口部； 一連通部；以及 一出口部，該入口部連接該連通部，該連通部連接該出口部，該入口部與該出口部為一不同側的設置，該入口部與該出口部可互相切換。
11. 如請求項10之風力發電裝置，其中該集風管的該入口部具有一特定曲率，使得該集風管可收集零度至九十度風向，於多風向時，能收集一足夠風量，該入口部與該出口部可互相切換，轉變該多風向為雙風向。
12. 一種具有特定曲率集風管的風力發電系統，至少包含: 一集風管；以及 一風力發電裝置，該風力發電裝置係以一搖擺方式進行發電。
13. 如請求項12之具有特定曲率集風管的風力發電系統，其中該集風管包含: 一入口部； 一連通部；以及 一出口部，該入口部連接該連通部，該連通部連接該出口部，該入口部與該出口部為一不同側的設置，該入口部與該出口部可互相切換。
14. 如請求項13之具有特定曲率集風管的風力發電系統，其中該集風管的該入口部具有一特定曲率，使得該集風管可收集零度至九十度風向，於多風向時，能收集一足夠風量，該入口部與該出口部可互相切換，轉變該多風向為雙風向。