[发明专利]风洞提速和压缩储能的风力发电技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术，尤其是风力发电的风叶结构和能量储存方式。

背景技术

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。

风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。

小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。

目前技术缺点主要表现为：

①风力发电机的受风时，会在尾翼作用下尽可能向风，这样风叶的正面受风压相对要比背面大，形成一定的风压差，从而推动风叶转动，但风压积累一定程度时就会自动释放，所以加宽风叶宽度与风压差不成正比。

由于上述原因，所以风叶一般做得比较窄，相对于圆周360度，一般一片叶片只能占有10～20度夹角，三叶累计30～60度，占整个圆周的5～17％之间。

受此影响，目前基本将研发方向集中在增加风叶半径，达到以平方效率增加扫风面积来而提高功率的目的。

②如果风速过低，那么形成的风压就不是很高，不能推动风叶提供可靠的输出。目前的技术切入风速在3米/秒以上，这样就对使用环境提出了较高的要求，限制了大部分地区的应用。

③如果将体积大的低速发电机设置在塔架上，势必极大增加塔架负荷，从而对塔架的设计强度提出更高要求，也就使塔架建设成本大幅度攀升。

同时，由于希望提升高度，进行高风速采风和满足平方效率提高扫风面积，这样会使做塔架的钢管成本高成立方效率地提升，从而提高风电的运营成本和架设投资门槛。

④由于风力发电输出不是很稳定，所以多数是采用化学电池进行储存能量再逆变成市电，这样电池的制造成本与容量有很大的限制，由于化学蓄电池内含铅酸等有毒或污染性物质，会造成二次污染的可能。而且电池容量基本与电池的大小及节数基本成正比，这样大规模风电也就对电池有很大的需要，提高风电投资与架设造价。另外，电池的老化比较快，使用寿命不长，维护成本及运营成本也相应比较高。

⑤目前的风力发电设备对台风或飓风等破坏性风力的对抗强度差，容易在台风或飓风等破坏性风力摧毁下被损坏，提高维修成本和运营成本，减少发电量。

⑥目前铜材价格昂贵，而低压高电流电缆对铜材消耗十分巨大，这样在整体运行时，建设成本普遍大幅度增加，也就提高了风力发电的投资和运营成本。

⑦目前的切入风速要求比较高，基本在3米/秒以上，这样低速风力蕴涵的能量就难以释放。

发明内容

本发明的任务是提供一种经济实用、风能利用效率高的风力发电技术。

本发明的是这样实现上述目的：

一种风力发电技术，包括承重架、风叶、发电机、能量储存器，其特征是采用流线形伞棚集中风力，在直径为伞棚直径1/2～1/5的风洞中集中加速，高速气流推动多元风叶式风车旋转，旋转的风车直接带动发电机，或者驱动多级空气压缩机进行空气压缩或者致冷并液化，然后输入大型空心高压的储存容器中进行储存，在需要能量输出时放出压缩气体推动汽缸或者汽轮而带动发电机进行发电输出。

这样与目前原有技术对比可以产生的进行效果有：

同等扫风面积情况下：

目前的风力发电运行效率评估为：风叶扫风占圆周率为15％左右，风能转化机械能效率60％，发电机效率为60％，化学储存效率为80％，输出为80％，稳定效率为60％，累积有效利用率为2.5％以内。