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多风轮机械液压聚能风力发电机组

2012-07-18 17:32
华静一
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  摘要:“多风轮机械聚能风力发电机组”是将多个小风轮以横纵排列方式共同设置在旋转框架内,用机械传动方式实现集中聚能发电,并使旋转框架∠360度旋转整体对风;“多风轮液压聚能风力发电机组”是采用液压传动的方式将广泛分散设置的众多小风轮形成的出力通过“多压点桨轮式水(液)轮机”集中释放实现聚能发电,其各个小风轮可单独转向对风;两机组均属全新形态、类型、功效的风力发电机组,均可实现小风轮、大用风、高用风、广用风的优势作用。

  关键词:多风轮 机械聚能 液压聚能 旋转框架 间隔聚风板调控

  1、引言

  风力发电机组的应用环境十分复杂,用户要求其同时达到“采风、对风、适风、抗风、巨能、调控、高效、经济、耐用、轻便、适建、适用……等”各个方面的苛刻性能,并且需要其在全面达到上述各项要求的基础上实现机组整体结构的美观、协调、统一,这实属不易。

  07年最新发明专利技术“多风轮机械、液压聚能风力发电机组”,尤其是“机械聚能机组”在实现上述要求的探索过程中获得了较为满意的独特效果,其通过机械或液压传动聚能的方式汇集众多小风轮形成的动力,从而实现风电机组单机巨大功率发电能力的目标。

  2、需求背景

  任何创新的形成与发展均是由需求与不足两手共同推动的。

  水平轴叶桨迎风旋转式风力发电机组是当今全球风电机组设备中应用最为广泛、规格型号最为齐全的机型形态,其采用的风轮直径最初较小,小型叶桨风轮具有选材、制造、安装、应用简单方便,叶片设计安装形态多种多样(如:三叶片型、多叶片型、叶片自行支撑安装型、在叶片支撑架上分布安装超薄叶片型等);小风轮旋转速度很快,风轮的活动空间很小,但是在单位活动空间内所形成的有效采风面积与采风能力、以及风轮的乘风出力转换能力均很强,风轮转头对风方式灵活,风轮的旋转结构简单方便,叶片抗击恶劣风力冲击的能力优异,叶片的造价便宜。

  但是,随着风电机组大功率应用需求的推进与发展,风轮的直径正在逐步加大,当前国外较大型的风轮旋面直径已达126米。然而实践数据与应用结果确实证明,当风轮旋转直径放大到超出一定区域范围限制的情况下,其经济、性能、应用等各项指标均会共同出现急剧变差的发展状况。如:超长直径风轮设计所增加的有效乘风面积与其所需占用的活动空间面积的比值在急速下降,而其叶片延伸长度所增加的绝大多数旋转活动空间确是处于极其低效与无效的存在状态中,从而导致自然界提供的有限优质风场及其优质风能资源的有效利用程度大幅度降低;如果采用在相同风场风力流动路径上层层紧密叠加设置上述相同形态的风电机组,以试图减少其无效活动空间所造成的风能流失损失程度,又将导致该风场整体建设成本的更大幅度增加,况且前后层层紧密叠加设置的风机与其丛林塔架将会形成气流阻力与相互干扰影响,使该风场各个风机所能承接的风压强度和其运行效率普遍下降,这在风力强度不是很大的时刻会表现得尤为显著,从而使该风场整体投入与产出效益的比值大幅度下降。

  此外,随着风轮直径的超限放大,希望叶片增加的乘风能力与叶片配合增加的重量、叶片配合增加的抗折断强度需求指标的比值在急速下降,从而导致叶片的材料成本、制造成本、运输成本、安装成本的大幅提高;微弱风力无法驱动巨型巨重风叶的结果又将导致自然界风能的有效利用时间与强度范围大幅下降;因为超长超大功率风轮叶片的很大部分叶径截面的形态近乎于圆形,因此导致其转桨式调频调控方式的成效极其有限,且调控结构十分复杂;超长叶片与机组还难于避免高强度台风的冲击与摇晃;随着叶片直径的超限放大,风轮转速加剧下降导致需要配合的齿轮箱传动比值急剧攀升,从而导致齿轮箱设计加工难度与体积的大幅增加等,而上述各项列举的性能与应用指标均是随着风轮直径的持续超限放大呈现出几何级数加剧恶化发展的态势。

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