[发明专利]风能系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年4月30日提交的美国专利申请No.12/771,898的优先权，该专利申请通过引用方式将其整体合并于此，而该专利申请要求2009年10月29日提交的美国专利申请No.61/256,174和2009年10月30日提交的美国专利申请No.61/256,474的优先权，这两份专利申请通过引用方式将其整体合并于此。

技术领域

本发明涉及风能系统和方法。

背景技术

分布式发电风能系统，尤其是发电量在10-1,000千瓦(kW)范围内的中等风电市场中的分布式发电风能系统，能够产生重要的环境影响并且满足对可再生能源逐渐增长的需求。然而，这样的系统并不经济，因为多数分布式发电的风力涡轮机在低于实用规模的高度处工作，而在这些高度，风速低于使得能量回收经济可行所需的最小速度。

通常用于分布式发电的涡轮机的类型是垂直轴风力涡轮机(vertical axis wind turbine)(“VAWT”)。当前的VAWT不能通过桨叶系统有效地转换来自气流的能量，因为所述桨叶系统不能在100英尺以下的低空有效旋转，此时要求桨叶带动高转动惯量(MOI)的发电机(需要50kW及更大的发电机)转动。

解决该问题的一种途径是改变风力涡轮机或其构件的设计，以尝试提高效率。已知的调节包括改变涡轮机桨叶的形状、引入螺旋桨固定片，甚至通过利用其他形式的可再生能源(例如阳光)来提高效率(例如通过向风能系统添加太阳能电池)。然而，这些途径增加了生产成本，因为将会要求专门的工厂来生产不同的涡轮机设计。添加太阳能电池也增加了提供和安装风能系统的成本。

其他的风能系统向涡轮机添加风力加速器，以增加与涡轮机桨叶接触的空气的气流速度。在这样的系统的一个示例中，加速器是截头圆锥的漏斗型设备，旨在引导气流经过所述设备到达风车的叶轮上。该系统存在的缺点是，漏斗型设备是大体积、易损坏且难看的。更重要地，其配合水平入口(horizontal access)风力涡轮机，而不是常见于分布式发电应用的垂直轴涡轮机进行工作。

因此，存在对于经济的分布式发电风能系统的需求，所述系统能够配合现有的垂直轴风力涡轮机模型进行工作。具体地，存在对于风能系统的需求，所述系统不需要额外的或专门的涡轮机构件。总之，存在对于分布式发电风能系统的需求，所述系统采用风力加速器，以提高效率并且能够配合现有的垂直轴风力涡轮机模型进行工作。

发明内容

通过提供一种包括风力加速器的风能系统，本发明(在其多个实施例中)在很大程度上克服了已知的分布式发电风能系统的缺点，所述风力加速器具有前区和后区、在所述后区中或所述后区附近的最宽点，以及安装在所述风力加速器的后区上的一个或多个涡轮机。通过风/速度加速技术，所公开的实施例允许低空(大约100英尺的高度)的风能发电，通过将空气从空气进入所公开的结构之处加速至空气与VAWT达里厄或萨沃纽斯桨叶系统(取决于使用的结构)接触之处，这进而允许所公开的实施例在低处有效地发电。这还降低了对于转动惯量(Moment of Inertia，MOI)所需的扭矩，并且优化了所公开的系统在无风至低风速时使发电机转动的能力。实施例使用风和速度加速技术使达里厄和萨沃纽斯涡轮机桨叶系统转动，达里厄和萨沃纽斯涡轮机桨叶系统通常在不受影响的独立式户外环境中通过我们所拥有的风/速度加速技术转动。

所述风力加速器可以包括支撑组件和围绕所述支撑组件的外部结构。风力加速器的后区本质上比前区更宽。所述外部结构从所述加速器的后区向所述加速器的前区逐渐变窄。风力加速器的形状可以是以下形状中的一种：楔形、泪滴形、蝌蚪形、V形、W形，或变形的楔形、泪滴形或蝌蚪形。所述涡轮机可以是任意类型的风力涡轮机。示例性的实施例使用垂直轴风力涡轮机，例如达里厄或萨沃纽斯涡轮机。

系统的设计使得，当空气流经风力加速器时，空气随着其从所述前区行进经过所述外部结构到达所述后区而加速。风力加速器将空气导入一个或多个涡轮机，使得与所述一个或多个涡轮机接触的空气以高于空气流经风力加速器的前区的速度行进。这种速度提高大约是10-50％。