一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，包括垂直设置的圆柱形的聚风塔，聚风塔内垂直方向设有多层平台；每层平台中心均设有核心机组，核心机组外周沿径向设有风道，风道内由内向外布置有多级风力发电机组；风道最外侧，即圆柱形聚风塔的外立面设有迎风口。风道为旋式结构，采用由外向内渐缩的风道，由于狭管效应，风从迎风口进入后，越向内风力越大，所以风力发电机组装机容量也是逐渐向核心区域递增的，中心的核心机组装机容量最大。本发明提供的系统装机容量大，占地面积小，发电效率高，是一种能最高效利用风能、具有最大单台装机容量、集成化程度最高、性价比最优的组合风力发电模式，具有广泛的应用前景。
【专利说明】
一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，属于风力发电技术领域。
【背景技术】
[0002]风力发电系统作为将风力转化为旋转力而生产电的技术，是将风能转化为机械能并驱动发电机而生产电的系统。中国国家电网统计全球清洁能源市场有50万亿美元的市场份额。
[0003]风力发电系统一般分为水平轴风力发电和垂直轴风力发电。水平轴风力发电效率高，但是受风向影响很大;垂直轴风力发电虽然受风向影响不大，但是与水平轴相比效率不高。因此，在垂直轴风力发电中，如何提高其发电效率，是急需解决的问题。
[0004]传统的垂直轴风力发电机机组为桅杆结构，通过一个长立杆将风力发电机举高到空中，为了保持长立杆在强风作用下还具有足够的强度，往往还需要在长立杆顶端和地面之间用数条与地面倾斜的钢缆加固。如果应用小型风力发电机来获取较高的发电功率时，就需要安装较多的小型风力发电机以增加总的风力发电机风轮扫风面积。为了减少风力发电机之间在风场中的互相干扰，还需要使他们之间具有适当的间隔，占地面积很大。
[0005]中国专利CN102953935A公开了一种聚风塔式风力发电系统，包括一个外形带有竖立的圆柱面的聚风塔，以及可以围绕聚风塔圆柱面轴线回转的回转车架，风力发电机安装在挂臂上，挂臂支承在回转车架上，回转车架可以带动风力发电机绕聚风塔圆柱面的外侧面回转。聚风塔塔体的外形可以将吹向它表面的风流导向位于其圆柱面外侧的各小型风力发电机，可提高风力发电机的发电能力和有效运行时间。
[0006]聚风塔式风力发电系统改变了一般小型风力发电机一台风力发电机用一条长立杆举高到空中的形式，可以提高风力发电机的发电效率，有更好的稳固性、安全性和与周围环境的协调性。但是其仅在聚风塔的两端挂臂上从上到下布置两列小型风力发电机，装机容量小，占地面积大。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种装机容量大、占地面积小、发电效率高的垂直轴大功率风力发电系统。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:包括垂直设置的圆柱形的聚风塔，聚风塔内垂直方向设有多层平台；每层平台中心均设有核心机组，核心机组外周沿径向设有风道，风道内由内向外布置有多级风力发电机组;风道最外侧，即圆柱形聚风塔的外立面设有迎风口。
[0009]优选地，所述风道为旋式结构。
[0010]更优选地，所述风道的旋转偏向与其所处地理位置的洋流、气旋的旋转偏向一致。
[0011]进一步地，中国身处北半球，地球的物理特性是北半球的洋流、气旋都是左旋式，所以本风力发电系统安装在中国时，将风道设计为左旋式。
[0012]优选地，沿半径方向由外向内，所述风道的截面积逐渐缩小。
[0013]优选地，相邻所述风道之间通过墙体隔开。
[0014]优选地，每条所述风道内由内向外布置有I?5级风力发电机组。
[0015]优选地，所述核心机组为2?10万千瓦每台。
[0016]优选地，所述聚风塔顶部设有雨水收集平台。
[0017]优选地，所述聚风塔顶部设有光伏发电系统。
[0018]本发明提供的三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，采用由外向内渐缩的风道，由于狭管效应，风从迎风口进入后，基本每向内100米长度，风力会增加3级左右，空气密度、风速也同步升级，可以最大限度地将大气环流在人工控制条件下形成聚能。所以风力发电机组装机容量也是逐渐向核心区域递增的，中心的核心机组装机容量最大。
[0019]本发明提供的系统克服了现有技术的不足，装机容量大，占地面积小，发电效率高，且使用寿命长，是一种能最高效利用风能、具有最大单台装机容量、集成化程度最高、性价比最优的组合风力发电模式，具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0020]图1为本实施例提供的三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0022]图1为本实施例提供的三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统示意图，所述的三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统包括垂直设置的圆柱形的聚风塔I，聚风塔I内垂直方向布置有多层平台，每层平台中心均布置有核心机组2，核心机组2外周沿径向布置有左旋式的风道3，每条风道3内由内向外布置有I?5级风力发电机组4。风道3最外侦U，即圆柱形聚风塔I的外立面开有巨大的迎风口。
[0023]风道3为外大内小型，即越向内侧延伸风道越窄。则由于狭管效应，风从迎风口进入后，基本每向内100米长度，风力会增加3级左右，空气密度、风速也同步升级。当外界年均风力6级时，风道内的压力风速以5级机组计(由外向内依次为第一级、第二级……)，第一级机组受风风力9级(27m/s)，第二级机组受风风力11级以内(扣除机组阻力作用、风道摩擦、扰流系数等)，第三级机组受风风力大于12级，第四级机组受风第风力大于13级，五级机组受风风力大于14级(42m/s)。随后风会在圆柱形聚风塔I中心聚集，驱动核心机组2做功。
[0024]本实施例中，核心机组2为2万?10万千瓦每台。风力发电机组4最大为1.2万千瓦m* π ο
[0025]中国身处北半球，地球的物理特性是北半球的洋流、气旋都是左旋式，而南半球的洋流、气旋是右旋式的，所以将风道3设计为左旋式，顺应自然科学、地球的物理特性，可以达到事半功倍的效果。相邻风道3之间通过墙体隔开。
[0026]本实施例提供的三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统可以最大限度地将大气环流在人工控制条件下形成“聚能腔式”，所以风力发电机组装机容量也是逐渐向核心区域递增的，中心的核心机组装机容量最大。核心区域每平方米压力可达10公斤左右，甚至更大，这是确保十万千瓦级每台风电机组正常发电的保障因素。
[0027]本实施例提供的三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，可以在直径1100米(0.949km2)面积上获得最大装机容量约2700万千瓦以上;是一种能最高效利用风能、具有最大单台装机容量、集成化程度最高、性价比最优的组合风力发电模式。该模式装机有效发电率为88%以上。丹麦学者测得中高宽区域风力、风期均优于低空，年风期达6500小时左右。即使在东南沿海台湾海峡优质风源地福建泉州海上风电场，测得年风期3800小时左右。本实施例以年风期3800h计算，则年发电量达到902.88亿千瓦时，由此带来的经济效益极为可观。
[0028]此外，聚风塔顶部还可以作为雨水收集平台，或者放置光伏电池板进行光伏发电。
[0029]同时，本风力发电系统在上层建造的同时下层就可以运行发电，属于一种边建边发电的优势风电模式，而不需要一次性建成后发电。这样，当整个系统全部建成之时，已发电相当可观了。
【主权项】
1.一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:包括垂直设置的圆柱形的聚风塔(I)，聚风塔(I)内垂直方向设有多层平台；每层平台中心均设有核心机组(2)，核心机组(2)外周沿径向设有风道(3)，风道(3)内由内向外布置有多级风力发电机组(4)；风道(3)最外侧，即圆柱形聚风塔(I)的外立面设有迎风口。2.如权利要求1所述的一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:所述风道(3)为旋式结构。3.如权利要求2所述的一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:所述风道(3)的旋转偏向与其所处地理位置的洋流、气旋的旋转偏向一致。4.如权利要求1?3任一项所述的一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:沿半径方向由外向内，所述风道(3)的截面积逐渐缩小。5.如权利要求1所述的一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:相邻所述风道(3)之间通过墙体隔开。6.如权利要求1所述的一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:每条所述风道(3)内由内向外布置有I?5级风力发电机组(4)。7.如权利要求1所述的一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:所述核心机组(2)为2?10万千瓦每台。8.如权利要求1所述的一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:所述聚风塔(I)顶部设有雨水收集平台。9.如权利要求1或8所述的一种三维空间全向聚能垂直轴大功率风力发电系统，其特征在于:所述聚风塔(I)顶部设有光伏发电系统。
【文档编号】F03D9/25GK105909475SQ201610407174
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】朱安心
【申请人】朱安心