[发明专利]一种并联矩阵整合型风力发电系统

说明书

技术领域

本发明为一种并联矩阵整合型风力发电系统，特别是关于一种以并联方式排列的多个沙伯纽式风车构成的整合型风车。

背景技术

充足的能源动力，是时代进步的关键推手！

面临能源短缺、动力匮乏的极限危机，世界各国无不积极寻求新能源。加上为减缓温室效应所造成的地球暖化危机，全球已展开了包括：制订与签定京都议定书、各国国内法规限制、以及各区域性市场的规范要求，均将新能源的开发需求与使用条件标准提高为能够永续发展的绿色能源。而干净、无污染、技术成熟且可再生使用的风力发电，无疑成为这类绿色能源的最佳方案之一！

风力发电可定义为使用风车收集风能，并将其转换为旋转的动能进而推动发电机，而产生电能。以风力发电的外型来分类，简略可分为转轴与风向平行的水平轴式(horizontal axis wind turbine，HAWT)及转轴与风向垂直的垂直轴式(vertical axis wind turbine，VAWT)风力发电二大类型。

在历经长时期的发展及实际应用经验之后，这二大类型的风力发电逐渐分出强弱，目前的风力发电机主流，可以说已几乎是属于水平轴式(HAWT)类型风力发电型式的天下了。例如：散布在台湾各处的海岸线上的大型三叶式(Three-bladed)风力发电机即是其中一种应用极广的水平轴式风力发电机种。

这是因为水平轴式风力发电其轴向及叶形的关系，可使得每一水平轴式风力发电效率平均达到Cp值约0.30-0.45，是相当理想的发电效率。

Cp=P/(ρAU13/2)]]>

(P表示风车所撷取的风能，p表示空气密度

A表示风车受风面积，U表示风速)

而垂直轴式风力发电的平均Cp值则仅可达到0.15-0.30，相形之下，水平轴式风力发电效率明显较垂直轴式风力发电效率来得高。

然而，水平轴式风力发电的高周速比使得叶片速度远大于风速，造成低频率的风切声噪音，而且，由于水平轴式风力发电系统的叶片转动会形成一定范围的风场，因此每一水平轴式风车之间，必需保持一定距离，以避免风场干扰，甚至导致风车故障损坏。

另外，水平轴式风车为求良好发电效率，还必需迎合风向而调整风车角度，一旦所需调整的迎风角度大时，风机甚至需先停止运转，再将庞大的风车机组缓慢转向，最后再度启动运转，整体时程可能需耗费约1～2小时。综合以上因素，水平轴式风力发电往往只能设置在空间宽广、风向稳定的地方，如海岸边、台地上等。

而要在人烟稀少、空旷风向稳定的地方设置庞大的风车机组，同时也意味着各项高昂的费用与支出。从整地、设置发电机组、安装风车系统的一次性建设成本，到日常运转、调整、维修与养护的持续性花费，根据统计数据指出，每一水平轴式风力发电系统的平均造价都高达新台币数亿元。

而且，水平轴式风力发电为求经济效益，往往会于所选定的合适风场区域设置超过一部以上的风力发电风车，但因为水平轴式风车需迎合风向的运转特性，往往每一部水平轴式风车需搭配一部发电机组，因此，水平轴式风力发电风车系统整体的建置与后续维持成本均高。

高建置成本、设置空间与场地的限制使得人们重新省思及审视使用垂直轴式风力发电的可能性。此时，达留斯式(Darrieus)与Φ-达留斯(Φ-Darrieus)式由于其不差的发电效率(Cp值可达20-30％)，较简单的系统装置、相对较低的建置成本，逐渐被使用在都市街道、建物四周等处，如台湾外观设计专利D115854、D115855及台湾实用新型专利M312834。

相较于1931年法国航空工程师所发明的达留斯式风车所受到的重视与重新改良与应用，早在1922年就由芬兰工程师所设计开发出来的沙伯纽(Savonius)式风车的际遇就显得冷清许多。即便沙伯纽式风车的结构简便与成本低廉程度均不逊于达留斯式风车，但其较低的发电效率Cp值(一般平均值仅达15-20％)是沙伯纽式风车仍无法被产业界重新应用的主因。