[发明专利]垂直轴型环式风能机发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及风能发电技术，特别是涉及一种垂直轴型环式风能机发电系统的技术。

背景技术

中国具有丰富的风能资源，据中国气象科学研究院的初步测算，中国陆地10m高度处可开发储量为2.53亿kw，海上可开发储量为7.5亿kw，总计约达10亿kw，风能利用潜力巨大。随着全球气候变暖和能源危机，全世界各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。

现代风能利用的主要方式是风力发电，风力发电的优越性在于：1）建造风力发电场的费用低廉，比水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低得多；2）风力是一种洁净的自然能源，没有煤电、油电与核电所伴生的环境污染问题；3）除常规保养外，没有煤电、油电与核电所需的任何其他燃料消耗，运行成本低；4）风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。

风力发电的核心是风轮机，风轮机为风力聚能装置，分为水平轴和垂直轴两大组，目前使用的规模风力发电系统主要是水平轴式风力聚能装置。但是水平轴式风能机必须迎风聚能，风能利用空间基本只能在地表以上100米上下的数十米空间，且不能提供连续稳定的电力输出，单机装机功率非常有限。比如丹麦现拥有风力发电机3000多座，但年发电仅100亿度。据粗略估计，仅在这个层面上，近期可利用的风能总功率约为10～100亿kw这个数值已经比全世界可以利用的水力资源大10倍。如果可以利用数千米高空范围的风力，那么风能甚至可以直接提供给我们全世界使用的电力。2005年以来中国每年风电新增装机容量连年翻番。其中，2005年装机容量达126万kw，至2008年底风电装机容量已超过1000万kw。据全球风能协会（GWRC）最新报告显示：2010年，中国新增1890万kw的风能容量，从而使总装机容量达到4470万kw。

自然界的风速、风向会随海拔高度的不同而出现剧烈变化，大型垂直轴型风能机不存在迎风面问题，可同时聚集不同水平面上的不同风向的能量。但是现有的垂直轴式风能机，由于轴型支撑重量有限，从而导致叶片数量有限，且叶片长度也不能很长，因此聚能部分的建设高度较低，所能收集风能的范围较小，也因此而同样存在着聚能功率小、聚能效率低且电力输出不稳定等问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种聚能功率大、聚能效率高且功率输出稳定性高的垂直轴型环式风能机。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种垂直轴型环式风能机发电系统，包括风力发电机组、垂直轴型环式风能机，所述垂直轴型环式风能机设有一底座内置液体的浮力凹槽，所述底座上设有一由浮力与滚轮或钢球共同支撑的旋转体，所述旋转体经传动部件连接风力发电机组，旋转体的转动轴线竖直，其特征在于：所述旋转体上固定设置有聚能结构体，所述聚能结构体中环绕旋转体的转动轴线轴对称设有多片弧形叶片，且各弧形叶片的聚能面均朝向顺时针方向或均朝向逆时针方向：所述聚能结构体至少有一个，各聚能结构体由下至上依次层叠并刚性连接。

进一步的，每个聚能结构体中，各弧形叶片分成两组，每组均有多片弧形叶片，其中一组为竖向叶片组，另一组为横向或斜向叶片组，所述竖向叶片组中的各弧形叶片均竖直，且竖向叶片组中的各弧形叶片分成多个叶片阵列，各叶片阵列依序环绕旋转体的转动轴线轴对称布设成圆环状，所述竖向叶片组中的各弧形叶片分别通过横向或斜向叶片组中的各弧形叶片相互刚性连接固定。

进一步的，所述弧形叶片的聚能面为平面或凹面，弧形叶片各表面中背向聚能面一侧的表面是弧心轴线竖直的弧形凸面。

进一步的，每个弧形叶片聚能面上均设有多根加强肋。

进一步的，所述底座上设有浮力凹槽，所述旋转体的底部有一向下凸出的浮托部，该浮托部活动置入底座上的浮力凹槽内。

进一步的，所述浮力凹槽内装有液体，所述旋转体底部的浮托部浸入浮力凹槽内的液体中。

进一步的，所述旋转体底部的浮托部的纵向截面或呈凸出圆弧形，或呈梯形，或呈方形。

进一步的，所述底座上环绕旋转体的转动轴线轴对称设有多个限位器，所述限位器的外缘呈圆形，旋转体的外缘与各限位器动连接。

进一步的，所述底座上环绕旋转体的转动轴线轴对称设有多个限位器，所述旋转体呈圆环形，旋转体或内缘与各限位器动连接，或外缘与各限位器动连接，或内、外缘与各限位器动连接。

进一步的，所述底座上环绕旋转体的转动轴线轴对称设有多个平面支撑体，所述旋转体的下表面与各平面滚动支撑体动连接。