[发明专利]一种风力发电系统及其发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其是一种可工业化应用的大型风力发电系统及其发电方法。

背景技术

为了更好的利用风能，人们设计了多种形式的风力发电系统，从风力发电机旋转轴在空间的结构形式上分类，主要有旋转轴呈水平方向布置的的水平轴风力发电机以及旋转轴为垂直方向布置的垂直轴风力发电机。

现有的垂直轴风力发电机的风轮采用具有一定翼形的叶片，如图1所示，这些叶片一般被固定在绕回转中心旋转的悬臂上，并由这些叶片通过悬臂连接到垂直轴上而组成垂直轴风力发电机的风轮。该风轮安装在一个塔架上，风轮可绕设于垂直轴风力发电机的中心，即垂直轴，进行旋转。随着风轮直径的增大，垂直轴的长度也越来越长，相应的垂直轴的直径也越来越大，不仅难以加工，而且成本也难以承受，同时伴随着风轮直径的增大，对塔架的高度和强度要求也越来越高，在中国专利CN200810108995.8中，虽然采用了空心垂直轴或垂直轴内部采用桁架结构，但当风轮直径增加到一定值后，垂直轴的直径仍会非常巨大，依然难以加工，这非常不利于垂直轴风力发电机向更大型化的规模发展，将很难突破300KW或500KW，甚至更大的规模。

此外，对于现有固定叶片角度的垂直轴风力发电机的风轮，当其在转动时，叶片所处的不同位置，其扭矩大小、方向都不同，叶片在风轮旋转一周的轨迹中，在有些位置扭矩大、在有些位置扭矩小、在有些位置扭矩为正、在有些位置扭矩为负。而且，随着风轮直径的增大和风轮转速的下降，这些扭矩变化的绝对值尤其明显。而风轮最终的输出扭矩是这些扭矩的合力矩，这样垂直轴风力发电机的风轮气动效率就较低，因此必须对叶片的角度进行调整，进一步根据叶片所处位置进行实时调节从而提高垂直风轮的效率。调整叶片角度变化的机构一般采用在叶片中心位置设置叶片转轴，以使得叶片可环绕该叶片转轴旋转从而实现调整叶片角度的目的。但旋转扭矩会随着叶片不同尺寸、叶片转轴设置的不同位置、叶片所受风的风向、风速，以及叶片的角度等多种因素密切相关，因此在工业化应用实施中，需根据具体情况，例如在一定的风速和风向情况下，采用固定叶片角度的方法以使得垂直轴风力发电机的输出功率保持恒定，参见中国专利CN2014100561114，名称为一种大型垂直轴风力发电机叶片转角调节和锁定装置。

在中国专利CN200610028267.7中，较适合的风轮半径是叶片宽度（弦长）的1.8到4倍，按此计算，一个12米直径的风轮，较佳的叶片宽度近2米，一个30米直径的风轮，较佳的叶片宽度达到5米，40米直径的风轮，较佳的叶片宽度近7米，50米直径的垂直风轮叶片宽度达到8米以上，而50米直径的垂直轴风力发电机的风轮如果以风轮高度和风轮直径1:1的比例设计，在13米/秒风速下的功率也仅在1兆瓦左右，而如此宽的物件（50米长*5米宽）不仅难以加工、更难以运输，因此也难以实现工业化应用和商业化实施。

此外，现有的风力发电机一般都是按照设计要求，以确定的额定功率为要求，设计生产而成，然后运输到现场进行安装调试。但限于场地以及风力发电机的额定功率，往往不能充分有效的加以利用现场的有限土地和风力资源。例如，一般的风力发电机以10KW，30KW，50KW，100KW这样单独生产，但因不同功率的风力发电机其零件的生产、加工、装配，甚至结构都是不一样的，有繁有简，所需的生产设备和工艺要求也都有很大的区别。因此对工业化流水线生产作业而言，存在相当大的难度。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种可实现工业化生产、且具有模块化设计的风力发电系统。

本发明的具体技术方案是：一种风力发电系统，包括有环绕一圈的回旋体22、支撑回旋体的支撑件11、回旋体上设有轨道32，若干个相互连接的台车31、台车连接有可受控调整转动角度的叶片55、若干个固定在回旋体上的发电机61，回旋体上和台车上分别安装有发送和接受信号的若干定位装置71、台车上安装有可接收动力电的受电装置81、测风仪91；在所述台车内部设有帆船自动驾驶仪（sailboat autopilot）的装置73；叶片55a顶部安装有风向标74；

该帆船自动驾驶仪装置73的输入端连接风向标74，输出端接液压伺服机构，通过风向标74向帆船自动驾驶仪装置73提供风向角θ，以及叶片运动的叶片攻角β和叶片转角α，自动调节叶片到最佳转角α，达到叶片从风中最大限度的捕获风能，驱动叶片向前移动，从而带动发电机发电。

上述回旋体可以是单元模块结构，两个回旋体之间可通过插接方式互相连接，根据设计需要，由若干回旋体组成所设计的形状。