[发明专利]风力发电站和多转子风轮机系统

说明书

风力发电站包括成行列布置的多个风轮机系统，并且包括具有至少一个线缆的线缆支撑系统。所述线缆在第一风轮机上方且在第二风轮机下方联接至支撑结构。所述线缆将直接相邻的风轮机系统联接在一起。所述线缆可以沿着至少一行或至少一列的整个长度延伸。风轮机系统包括多个风轮机以及包括塔架和支撑臂的支撑结构。该线缆支撑系统联接至所述风轮机系统，并且被构造成将该风轮机系统上的载荷传递至风力发电站中的另一个风轮机系统。

技术领域

本发明总体上涉及风力发电站，更具体而言涉及包括多转子风轮机系统的风力发电站。

背景技术

风轮机用来利用可再生资源并且无需燃烧化石燃料来产生电能。一般来说，风轮机将运动风能转换成机械能，并且随后将机械能转换成电能。风轮机经常以大群体方式放置在一起，从而有效地形成风力发电站。

风轮机的一种通用类型为逆风水平轴风轮机(HAWT)。HAWT包括塔架、位于塔架顶点处的机舱和由机舱支撑的单个风轮机转子。风轮机转子位于机舱的前部，并且在其支撑塔架的上游面对风向。风轮机转子与容纳在机舱内部的发电机直接联接或者间接联接。风轮机转子包括中央毂和安装至该中央毂并从该中央毂径向地延伸的多个叶片(例如，三个叶片)。

从任何风轮机输出的功率都取决于风轮机处的风力。通常，风向和风速与地球上方海拔强烈相关。海拔越高相当于风速越高。例如，海拔翻倍可以使风力增加20％到60％。从另一个角度来说，海拔翻倍可以使风轮机输出功率增加34％。因此，在更高海拔处操作的风轮机产生相对比较而言更多的功率。然而，将风轮机定位在更高海拔处比较昂贵。

为了到达更高海拔，增加塔架高度。增加塔架高度需要增加塔架直径以避免塔架由于最大风载荷的预期增加而弯曲。例如，塔架高度翻倍可能必须将塔架直径翻倍。塔架高度翻倍因而导致材料用量增加至少四倍。更高塔架的成本因而可能成为将风轮机升高至更佳海拔以产生能量的限制因素。因此，在所有构建成本包括塔架成本与计划功率输出之间存在折衷。对于HAWT来说，已经发现近似为叶片长度两到三倍的塔架高度能够平衡塔架和其它部件的材料成本和功率输出。

风轮机设计在任何特定海拔从风输出的功率方面也起重要作用。除了从更高风速获得更大功率之外，从风获得的功率与风轮机叶片的扫掠区域成比例。对于HAWT，通过使用较长风轮机叶片增加扫掠区域。叶片越长，叶片顶端追踪的面积就越大。还有其它风轮机设计变化来增加扫掠区域。

作为包括单个风轮机转子的HAWT的替换方案，多转子风轮机在单个塔架上结合多个风轮机转子。将转子数量倍增能够有效地增加扫掠区域。这相当于将一组叶片的扫掠区域简单地乘以转子数量的倍数(假定所有叶片都为相同长度)。

通常有两种类型的多转子风轮机。一种类型为共面多转子风轮机，而另一种类型为同轴风轮机。在共面多转子风轮机中，多个风轮机转子与在每个风轮机转子上的各个分轮机叶片平行地布置，从而在相同平面上旋转。这种类型的风轮机还可以被称为阵列风轮机。在同轴多转子风轮机中，涡轮机转子串联地布置在单个轴线上。也就是说，风驱动前端风轮机转子，然后操作尾端风轮机转子。

鉴于扫掠区域可通过多转子风轮机倍增，多转子风轮机至少提供了相比于单转子风轮机使每个塔架实现高得多的容量的前景。然而，多转子风轮机在塔架高度方面同样会经历与HAWT类似的缺陷。此外，当考虑到更为复杂的塔架系统(包括多个转子的重量和附加支撑设备)时，多转子风轮机塔架的成本可能仍然较大。

因而，需要一种改进的风力发电站和风轮机系统，它们允许在更高海拔放置多个风轮机，同时使资本成本最小化并且不会牺牲结构稳定性。

发明内容