[发明专利]高效的矩阵式风力发电机

说明书

所属技术领域：

本发明涉及一种新型风力发电装置。现有大功率风力发电机采用三叶片单涡轮，叶片很巨大，强风状态产生很大风载，很容易造成风电机不稳定和损坏，特别是作为海上风电机，很容易遭到台风的损坏，并且现有风电机叶片窄长，三叶片受风面积很小，所以风电机的风能获取效率很低，造价昂贵，维护费用很高，不利于风电机的推广普及，也严重阻碍了风电产业的发展。而本风电机采用无数个小风叶涡轮形成立体矩阵式安装，一个风电机上安装有无数个涡轮轴，一个涡轮轴上又串联有无数个小涡轮，风电机获取的风能是无数个小涡轮获取风能之和，它所获取的风能是立体的；而现有风电机只能获取叶片平面的风能，并且叶片受风面积很小，大部分风能都会被浪费掉；因此，本发明风电机获取风能的效率将比现有风电机提高数倍，可大幅提高风电机的发电能力。由于小叶片涡轮可以完全避免高风载，无数个小涡轮受到的风载是分散均匀的，不会对风电机造成冲击破坏，可以大幅提高风电机的抗风能力。这种新型风电机不但适合在陆地使用，大幅提高风电场的发电量，更适合开发抗台风的海上大功率风力发电机，彻底解决台风对风电机造成的破坏威胁，为我国开发海上风能提供技术保证。这种新型风电机制作和安装成本也较低，维护费用也很少。是一种新型高效的低成本风力发电机，具有很好的使用推广价值，将为我国和世界风能资源的开发作出巨大的贡献。

背景技术：

风能是最具有开发价值的新能源，风能是分布最广，离我们最近，取用最方便的无污染的清洁能源，用好风电对减少碳排放，改善环境意义重大。风能也是储量巨大的新能源，风能取之不尽，用之不竭，并具有相对最低的开发成本，所以风电的发展应该作为新能源发展的重点。

我国有丰富的风能资源，我国在“三北”(西北、东北、华北)地区在建的有6个千万千瓦级风电基地，经过近几年的高速发展已初具规模，但存在的问题也突出的表现出来，装机容量大，而发电量低；并网稳定性没有保证，造成并网难题；投资成本大，维护费用高，造成经营困难。我国风电产业需要扶持，需要补贴，否则将难以生存，急需技术突破和技术保证。

我国有很长的海岸线，海上风电开发已悄然兴起。海上风电技术一直都是国外研发的重点，由于欧洲没有台风的威胁，所以，现有风电机并不具有抗台风性能，但海上气流的变化很强，对风电机的破坏也是不能低估的，欧洲在开发海上风能的过程中也遭受了巨大的损失。这些经验教训必须引起我们的重视，我国沿海每年都有数次台风的袭扰，风电机所面对的气候环境要比欧洲更加恶劣。但是在抗台风技术上始终没有重大突破，叶片技术和控制技术也没有重大改进，只是采用陆地风电机的加强版，其抗台风性能令人担忧。2003年13号台风“杜鹃”，2006年1号台风“珍珠”和8号台风“桑美”分别造成了广东汕尾红海湾风电场，南澳风电场和浙江苍南鹤顶山风电场的风机严重损毁。虽然台风对风能的开发造成了很大的威胁，但仍不能阻挡人们开发海上风电的热情，海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，从而使海上风力发电技术成为最近的研究和应用热点。中国海上风能资源储量远大于陆地风能，储量10m高度可利用的风能资源超过7亿kW，而且距离电力负荷中心很近。如果能够得到有效开发，将对我国经济发展提供有力保障，也为节能减排的目标作出贡献。目前海上风电开发有两大难点，一是风电机的稳定性和安全性没有保障。二是海上建风电场投资很大，成本很高。

下面就目前最先进的风力发电技术作简单介绍，目前主流风电机组都采用横轴式逆风型三叶片结构。偏航技术、变浆距技术和大叶片的制造技术是目前大功率发电机组的核心技术。偏航技术就是利用风向测试装置、电子控制装置和机械传动装置，控制风力发电机沿水平方向转动，使风轮始终面向着来风的方向，以获取最大的风能。变浆距技术就是利用风力测速装置、电子控制装置和机械传动装置控制浆叶沿纵轴旋转叶片，控制风轮的能量吸收，保持一定的能量输出，变浆距调节的优点是机组启动性能好，输出功率稳定，机组结构受力小，停机方便安全。现有叶片是参照直升飞机螺旋桨结构进行设计，目的是为了实现调速和稳速的功能，大功率风力发电机的叶片都很巨大，现有的2MW发电机组叶片达60米，重量达十几吨。叶片采用高强度玻璃钎维或高强碳纤维制作，具有升阻高、动态特性好、韧性强，使用可靠，不变形，重量轻，性能优良。巨大的叶片要保证在50～60m/s的强风速下，不能折断，不能有太大变形，所以设计难度和制造难度都很大，成本很高。但巨大的叶片在强风的作用下，就会产生巨大的风载，对风电机的稳定性和安全性造成很大威胁。