[发明专利]线性风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的线性风力发电机(LWPEG)，其尤其适于安装在风力强度较低的地理位置处。更具体地，本发明涉及提供用于LWPEG的基于导轨的设计概念，这种设计概念具有用于在低强度风力场所使用的合理的经济参数。此外，线性风力发电机以基于导轨的风力发电机为基础，包含了空气动力学设计，该设计适于降低目前在此技术中遇到的机械复杂性，同时在其结构和操作方面都可节省成本。

背景技术

风力发动机的概念已经提出了相当长的时间，以用产生电能的风轮机的形式利用风能。风能提供充足的、可再生的、地理上广泛分布的清洁能源，同时，通过替代源自化石燃料的电能，可同时减小产生有害副产品和温室气体排放的危险。

可开发风能(其与代表清洁形式的可再生能源的太阳能类似)以产生可用电能，并且，风能变得越来越有经济和环境意义。在此技术中，目前已知有许多不同的本质上传统的用水平(风)轴操作以及其它用垂直(交叉)轴起作用的基于轴的风力发动机或涡轮机设计。

在世界范围上测量，地理上可获得的风能资源是巨大的，并且可能能够满足若干倍的人类目前所有的能源需求。然而，不幸的是，无法以相等的风力强度普遍地获得风能。基于所谓的能量密度，将风力强度分成七个一般等级，将第七级确定为最强的，将第一级确定为最弱的。因此，与例如在北美或北欧可获得的风力密度相比，在诸如印度这样的国家，风力密度非常小，其中，在北美或北欧将所有目前的风轮机设计设定为用于六级风力密度，这是在八十年代中期由美国定义的参考风力状态。在这一点上，对于六级风力密度每年可获得的能量大约是5200kWh/年/m²，并且，在地平面上方50m的高度处对于二级风力密度，减小为大约1200kWh/年/m²。

通常，将大面积的广阔区域确定为二级风力场所，即，在地平面上方50m处具有1200kWh/年/m²的风力密度。因此，例如，印度的官方数据单独表示，这里近89％的可安装的风力容量均处于较低的二级风力强度。目前使用的水平轴风轮机(HAWT)技术被认为不适于二级风力密度场所。因此，为了使低风能在下一个十年或未来数十年内能够有显著的贡献，需要提供在二级风力密度条件下具有良好的经营效益的设备。在普遍的年风速分布下，当与HAWT相比较时，这种设备必须提供基本上更高的年能量提取能力，例如，本发明考虑的线性风力发电机(LWPEG)。

根据现有技术，超过95％的现有风轮机设计是三叶片或双螺旋桨型的水平轴风轮机(HAWT)，而垂直轴风轮机(VAWT)通常被认为是具有低功率等级的独立单元，从而，也用一些多叶片HAWT和分筒型VAWT来实现抽水的目的。超过25年以前，如所提到的，美国能源部和NASA(国家航空和宇航局)将六级风力密度定义为美国的参考风力状态，其在地理上与美国的平均风力资源相近。目前，所有主要的风轮机制造商都将六级风力密度作为其设计的基础，其可在六级至七级风力范围下操作。稍微更近一些的时间中，作了特殊努力以开发出所谓的“低速风力技术”(指的是四级风力密度)，从而，实际上，将三级和三级以上的风力认为是能源。因此，此时，对于致力于将其设计开发为用于六级风力资源的主要风轮机制造商来说，没有可用于二级风力资源的有竞争性的技术解决方案，这些制造商尝试通过以更高的成本增加风轮机轮轴高度和转子直径，或通过降低设计等级(同样用更高的成本获得能量)来占有在低风力场所的设计市场。

目前大部分已安装的风轮机(例如，在如印度这样的国家中)是HAWT设计，并用于三级至五级风力场所。然而，需要注意的是，仅有大约10％的风能可在这些风力强度等级中获得，而其余的风能在二级中获得。三级至五级中可能的总风能加起来大约5000MW。因此，如果在接下来的数十年内风能基本上能用于发电，那么，开发用于二级风力场所的具有合理经济参数的产生能量的设计是必须的。

虽然目前已知许多发电风轮机形式的风力发动机，并且其广泛地安装并运行于不同国家和地区的许多场所，但是，这些风力发动机主要是要求用于更高密度风力应用场合(即，比二级风力场所高得多的应用场合)的普遍设计。

因此，在感兴趣的公开物中，可考虑以下公开内容：美国专利No.4,218,183、美国专利No.7,360,995；美国专利公开No.2004/164562；美国专利No.4,302,684；美国专利公开No.2004/080166；美国专利No.6,672,522B2；美国专利No.5,758,911；美国专利No.4,114,046和美国专利No.5,730,643。