[发明专利]具有斜轴变桨和自启动功能的叶片浮动式海上风力发电机

说明书

本发明公开了一种具有斜轴变桨和自启动功能的叶片浮动式海上风力发电机，包括：浮动式叶片装置、轮毂、发电机组、桁架、阻力启动装置和斜轴变桨装置。浮动式叶片装置包括升力型叶片及用于支撑升力型叶片的浮艇。发电机组包括转轴，轮毂连接在转轴上。桁架的一端与升力型叶片固定连接，桁架的另一端与轮毂铰接连接。阻力启动装置连接在桁架的靠近浮动式叶片装置的一端，阻力启动装置为具有斜轴变桨和自启动功能的叶片浮动式海上风力发电机提供启动和正常运转时的转矩和升力，斜轴变桨装置的一端连接在桁架上，另一端连接在升力型叶片上，斜轴变桨装置用于调整升力型叶片的攻角。本发明实施例的海上风力发电机自启动速度快，可变桨调节。

技术领域

本发明属于海上风力发电技术领域，具体是一种具有斜轴变桨和自启动功能的叶片浮动式海上风力发电机。

背景技术

化石燃料的燃烧产生的温室气体排放是导致气候变化的主要原因之一。可再生能源(如太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等)因其具有可持续使用、无温室气体排放等优点成为了化石燃料的理想替代品。其中，风能因其清洁和产区分布广泛等优点成为了一种世界上发展迅速的可再生能源。

目前，自然界中风能的捕获主要是通过各种类型的风力发电机实现。通常来说，这些风力发电机可以分为两种类型，即：水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机的研究和应用早于垂直轴风力发电机，目前已有单机容量超过10MW的水平轴风力发电机组并网发电，能量转换率已经逐渐趋近于其理论最大值。

虽然目前商业发电装置以水平轴风力发电机为主，但垂直轴风力发电机相对于水平轴风力发电机仍具有多项显著的优势。首先，垂直轴风力发电机组不需要单独的偏航装置来调整风机和风向的相对位置，结构简单；其次，垂直轴风力发电机的齿轮箱和发电机等大型设备均安装在靠近地面(海面)的位置，设备安装和后期维护方便；再次，垂直轴风力发电机的叶片制造难度明显低于水平轴风机。上述优势均使得垂直轴风力发电机有实现单位发电成本低于水平轴风力发电机的潜能。

垂直轴风力发电机根据其工作原理可以分为两类：一种是利用空气对叶片产生阻力做功的阻力型风机，典型的为Savonius(萨沃纽斯)型风机；另一种是利用叶片升力做功的升力型风机，典型的为Darrieus(达里厄)风机。通常的Darrieus风机的叶片形式包括Φ型和H型两种，其中H型风机因其结构特点更适宜作为大型和超大型风力发电机的结构方案。

即便存在上述诸多优点，现有垂直轴风力发电机因其固有的结构特点也不可避免的存在相应弊端。垂直轴风力发电机叶片的攻角随其与风向相对位置的变化而改变，缺少稳定的自启动能力，自启动速度较慢，这也是垂直轴风力发电机一直以来最为人诟病的缺点之一。而垂直轴风力发电机的研究起步较晚，目前仍然缺乏成熟的变桨调节方案。H型垂直轴风力发电机叶片的安装位置位于其旋转平面最外层，传统的桁架支撑方式使得桁架与轮毂连接处承受叶片与桁架本身带来的巨大周期性弯矩载荷，很大程度上限制了垂直轴风力发电机的大型化。

发明内容

海上风力发电因其风力资源丰富、风速相对稳定、对环境和居民影响较小以及不需安装过高的塔架来获得足够的风速等优点，有利于制造单机容量更大的风力发电机并利用广阔的海洋面积进行大规模开发，代表了未来风力发电机可能的发展趋势。

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有斜轴变桨和自启动功能的叶片浮动式海上风力发电机，所述海上风力发电机结构简单，具有有效的自启动结构，启动快速，叶片具有变桨调节功能，有利于大型化设计。